DE2846377A1 - Filter fuer fluessigkeiten - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Prankfuarfc/Main Staufenstraße 36

Facet Enterprises, Inc.
7030 South YaIe,

Tulsa, Oklahoma/USA

Filter für Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Filtereinheit für Flüssigkeiten mit einem Gehäuse und einem darin eingesetzten rohrförmigen Filterelement, wobei die Flüssigkeit durch eine durchlässige Gehäusewand eintritt, das Filterelement durchströmt und über eine mit diesem fluchtende Auslaßöffnung das Gehäuse wieder verläßt.

Ein derartiges Filter dient zur Reinigung von Flüssigkeiten. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit der Abscheidung von festen und flüssigen Verunreinigungen aus flüssigen Treibstoffen.

Bekannte Treibstoffsysteme verwenden Überwachungseinrichtungen, die in Strömungsrichtung hinter Wasserabscheidern und Feststoffabscheidern angeordnet werden. Andere bekannte Treibstoffsysteme haben eine Treibstoffüberwachungseinrichtung, welche einen Wasserabscheider in Form einer mehrschichtigen Sandwichkonstruktion einschließt statt mit einem Wasserabscheider

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kombiniert zu sein. Diese Geräte funktionieren als Filter für flüssige und feste Verunreinigungen nur bei solchen Treibstoffen zuverlässig, die eine normale Qualität haben, d.h. verhältnismäßig geringe Mengen an flüssigen und festen Verunreinigungen enthalten. Außerdem können bei den bekannten Geräten unter bestimmten Umständen, z.B. bei geringem Durchsatz oder niedrigem Druck der Treibstoffpumpe, kleine Mengen Wasser und feinste Teilchen durch die Schichten des Filterelements hindurchsickern und zur Auslaßöffnung der Filtereinheit gelangen, weil die Schichten des Filterelementes nicht genügend zusammengedrückt werden, um den Durchtritt von Kleinstteilchen und Wasser zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Sandwichschichten zu verhindern.

Andere bekannte Treibstoffsysteme verwenden eine Treibstoffüberwachungseinrichtung mit einem Feststoff-Filterelement, welches auch bis zu einem gewissen Maße im Treibstoff enthaltene flüssige Verunreinigungen abscheidet und absorbiert, darüberhinaus flüssige Verunreinigungen jedoch durchläßt. Wenn der Grad der Verunreinigung in Strömungsrichtung hinter dem Filterelement ein bestimmtes Maß erreicht, wird der Durchfluß durch das Gerät selbsttätig abgesperrt. Im übrigen spricht diese Art von Treibstoffüberwachungseinrichtung nur auf flüssige Verunreinigungen an, welche allein zum Absperren des Durchflusses führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinheit mit Überwachungsfunktion zu schaffen, welche sowohl flüssige wie auch kleinste Feststoff verunreinigungen abzuscheiden in der Lage ist, auch bei geringem Durchsatz und niedrigem Pumpendruck zuverlässig arbeitet und das Durchsickern von Wasser verhindert und schließlich den Flüssigkeitsstrom absperrt, wenn sie entweder ihre Fähigkeit,Feststoffe oder ihre Fähigkeit, flüssige Verunreinigungen abzuscheiden,bis zu einem bestimmten Grade verloren hat.

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Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filterelement unter einer vorbestimmten axialen Vorspannung steht und an seinem der Auslaßöffnung gegenüberliegenden Ende ein seinen Innenraum von dem das Gehäuse umgebenden Raum trennendes Ventil aufweist, welches bei einer vorbestimmten maximalen Druckdifferenz öffnet und gleichzeitig die Auslaß-Öffnung absperrt.

Durch die vorgeschlagene Vorspannung des Filterelements wird erreicht, daß die neue Filtereinheit unabhängig vom Durchsatz und dem Pumpendruck einwandfrei funktioniert, d.h. sowohl
feinste Feststoffteilchen als auch flüssige Verunreinigungen zurückhält. Wenn sich dabei allmählich das Filterelement zusetzt, steigt der Durchlaßwiderstand und damit der Differenzdruck zwischen dem das Gehäuse umgebenden Raum und dem davon durch die genannte druckabhängige Ventilanordnung getrennten Innenraum des Filterelements, bis schließlich bei einer vorbestimmten Druckdifferenz das Ventil den Durchfluß absperrt. Die vorgeschlagene Kombination der Überwachungseinrichtung
mit dem Filterelement hat eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung der gesamten Anordnung zur Folge.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Sicherheits-Filte reinheit,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Filtereinheit nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Schnittlinie 3-3.

Die in Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete Filtereinheit hat ein Gehäuse 12 mit einer für die zu filternde Flüssigkeit
durchlässigen Wand 14 und einer Auslaßöffnung 16. Die zu
filternde Flüssigkeit strömt durch die durchlässige Wand 14

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von außen nach, innen ein und verläßt die Filtereinheit wieder durch, die Auslaßöffnung 16. Das Gehäuse 12 hat vorzugsweise eine zylindrische Form, wobei sich die Auslaßöffnung 16 an einem Ende befindet.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß als geeignetes Material für die Gehäusewand 14 ein mit Polyvinylchlorid überzogenes Glasfasergewebe in Frage kommt.

Wie am besten aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, weist die Filtereinheit 10 weiterhin eine an der durchlässigen Gehäusewand 14 anliegende Filterschicht 18 auf, welche so ausgelegt ist, daß sie kleinste Feststoffteilchen aus der Flüssigkeit abscheiden kann. Als geeignete Materialien kommen z.B. PPPCR, Glasfasern, Zellulose, Polyester oder eine Kombination derartiger Stoffe in Frage. Als nächstes folgt dann eine Lage groben Drahtgitters 20, welche innen am Filtermaterial 1-8 anliegt. Das Drahtgitter 20 wird für die Dränage gebraucht. Schließlich ist noch eine Lage 22 aus perforiertem Metall, vorzugsweise Aluminium, vorgesehen, welche innen am Drahtgitter 20 anliegt und die Festigkeit des Gehäuses verbessert, andererseits aber die Flüssigkeit durchläßt.

Für die Filtereinheit wird die dargestellte zylindrische Form bevorzugt, weU sich dabei eine kontinuierliche V/and ergibt, durch welche die Flüssigkeit hindurchströmen kann. Außerdem bietet eine zylindrische Form aus sich heraus konstruktive Festigkeit. Wegen der zylindrischen Gestalt des Gehäuses 12 sind auch die Schichten des Filtermaterials 18, des Drahtgitters 20 und des perforierten Aluminiumblechs 22 zylindrisch und relativ zueinander sowie zur Gehäusewand 14 konzentrisch. Die mit 24 und 25 bezeichneten Enden der Gehäusewand 14 können zu Hälsen kleineren Durchmessers verjüngt sein, wobei weiterhin vorgesehen sein kann, daß sich die Filterschicht 18 und auch das Drahtgitter 20 ebenso lang erstrecken wie die zylindrische Gehäusewand 14. Der Zylinder aus perforiertem Aluminium 22 kann ebenfalls so lang sein wie die zylindrische Gehäusewand 14 und auf ganzer Länge einen konstanten Durchmesser haben. Im

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Im Ausführungsbeispiel liegen die zylindrischen Schichten des Filtermaterials an den gegenüberliegenden Enden 24 und 25 der Filtereinheit zwischen der Innenfläche der zylindrischen Gehäusewand 14 und der Außenfläche der zylindrischen Schicht 20 aus perforiertem Aluminium.

Auf dem mit 24 bezeichneten Ende der Gehäusewand 14 sitzt eine Endkappe 26 mit einer Öffnung 28. Am anderen Ende 25 ist eine weitere Endkappe 30 mit der Gehäusewand 14 verbunden. Die Endkappe 30 kann mit einem Nippel bzw. Anschlußstutzen 32 ausgebildet oder versehen sein, welcher die Auslaßöffnung 16 des Gehäuses bildet. Der Anschlußstutzen 32 ist außerdem mit einem Ventilsitz 32 versehen, auf welchen später noch eingegangen wird.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, sitzt koaxial im perforierten Aluminiumzylinder 22 ein axial zusammendrückbares rohrförmiges Filterelement 36, dessen Innenraum mit 37 bezeichnet ist. Der zwischen dem perforierten Aluminiumzylindcr 22 und dem Filterelement 36 vorgesehene Ringraum ist in Fig.2 mit 39 bezeichnet. Das rohrförmige Filterelement 36 kann aus einer Vielzahl koaxial geschichteter Scheiben aus Filtermaterial bestehen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Flüssigkeitsstrom durch das Filterelement 36 in radialer Richtung durch die Zwischenräume zwischen den Scheiben erfolgt. Die Filter— scheiben können z.B. hergestellt sein aus Papier, Zellulose oder einem anderen geeigneten faserigen oder nicht faserigen Material. Das eine axiale Ende des zylindrischen Filterelements 36 liegt an der Endkappe 30 des Filtergehäuses 12 an, wobei der zylindrische Innenraum 37 mit der Auslaßöffnung 16 fluchtet.

Mittels einer im wesentlichen zylindrischen, fluiddichten Wand 42, welche sich zwischen der Endkappe 26 des Filtergehäuses 10 und dem der Auslaßöffnung 16 gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Filterelements 36 erstreckt, ist innerhalb des Gehäuses 12 eine weitere Kammer 40 abgegrenzt, welche über die Öffnung 28 mit der äußeren Umgebung des Filtergehäuses

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in Verbindung steht. Die zylindrische Wand 42 hat vorzugsweise eine zylindrische Faltung 44, so daß sie in Längsrichtung nach Art eines Faltenbalgs auseinandergezogen und dann wieder zusammengeschoben werden kann, wenn sich das rohrförmige Filterelement 36 durch die Absorption flüssiger Verunreinigungen ausdehnt.

Zwischen der Kammer 40 und dem Innenraum 37 ist ein insgesamt mit 46 bezeichnetes Ventil angeordnet. Letzteres besteht aus einem Ventilgehäuse 48, welches zwischen die zylindrische Wand 42 und das rohrförmige Filterelement 36 eingesetzt ist, und einem Ventilkörper in Form einer Kugel 54. Das Ventilgehäuse 48 ist mit einer die Kugel 54 aufnehmenden Fassung ausgebildt, die im wesentlichen in Flucht mit dem Innenraum angeordnet ist. Wenigstens eine Durchgangsöffnung 52 durch die die Fassung 50 begrenzende Wand stellt eine Verbindung zwischen der Kammer 40 und dem Innenraum 37 dar. Die Durchgangsöffnung 52 wird normalerweise dadurch abgesperrt, daß die Kugel 54 durch einen elastischen Ringflansch 36 in der Fassung 50 zurückgehalten wird. Der elastische Ringflansch 56 ist mit dem Ventilgehäuse 48 verbunden, liegt nachgiebig an der Kugel 54 an und drückt sie in die Fassung, so daß sie dicht am Ventilsitz anliegt. Das Ventil 46 wird somit auf der einen Seite mit dem Druck im Innenraum 37 und auf der anderen Seite über die Kammer 40 mit dem Druck außerhalb des Gehäuses 12 beaufschlagt. Die Dimensionierung und Materialauswahl der Teile des Ventils sind so getroffen, daß dann, wenn in der Flüssigkeit beim Durchströmen der Filtereinheit ein vorbestimmter Druckabfall auftritt, der sich an der Kugel 54 als Differenzdruck bemerkbar macht, die vom elastischen Flansch 56 auf die Kugel 54 ausgeübte Haltekraft überwunden wird und dann die Kugel am Flansch 56 vorbei aus der Fassung 50 herausgedrückt und gegen den Ventilsitz 34 im Anschlußstutzen 32 getrieben wird, wodurch der Flüssigkeitsstrom durch die Auslaßöffnung 16 der Filtereinheit unterbrochen wird.

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Auf das rohrförmige Filterelement 36 wird 25.B. durch eine im wesentlichen koaxial angeordnete, zur undurchlässigen zylindrischen Wand 42 der Kammer 40 konzentrische Schraubenfeder 58 ein axialer Druck ausgeübt. Die Schraubenfeder 58 sitzt dabei unter Vorspannung zwischen der Endkappe 26 und einem sich radial erstreckenden, als Federlager dienenden Plansch 60, welcher zwischen dem Ventilgehäuse 48 und dem Ende des rohrförmigen Pilterelements 36 gehalten wird. Durch diese Anordnung steht das Filterelement 36 immer unter dem gewünschten axialen Druck, kann sich aber bei Absorption flüssiger Verunreinigungen ausdehnen.

Wie durch Strömungspfeile in Fig. 2 angedeutet, strömt ein zu filternder Treibstoff im wesentlichen radial von außen nach innen durch die durchlässige Gehäusewand 14, die Filterschicht 18, das Drahtgitter 20 und die perforierte Aluminiumschicht 22 in den Ringraum 39, wobei Peststoff verunreinigungen aus dem Treibstoff abgeschieden werden. Der von festen Verunreinigungen befreite Treibstoff kann nicht in die Kammer 40 gelangen, weil die zylindrische Wand 42 undurchlässig ist. Es kann jedoch Treibstoff durch die Öffnung 28 in der Endkappe 26 in die Kammer 40 gelangen. Die in der Passung 50 sitzende Ventilkugel 54 verhindert jedoch, daß Treibstoff aus der Kammer 40 in den Innenraum 37 strömt. Der Treibstoff muß also in radialer Richtung aus dem Ringraum 39 durch das rohrfor— mige Filterelement 36 hindurch in den Innenraum 37 fließen. Dabei absorbiert das Filterelement 36 flüssige Verunreinigungen, wie z.B. Wasser. Der nunmehr gereinigte Treibstoff verläßt den Innenraum 37 des als Filter- und Überwachungsreinrichtung dienenden Geräts über die Auslaßöffnung 16, um von dort zu einem nicht gezeigten Verbraucher, wie z.B. einem Motor, oder einem Tank geleitet zu werden.

Bei längerem Gebrauch sammeln sich ausgeschiedene Peststoffteilchen auf der Außenseite der Gehäusewand I4 und in der Pilterschicht 18, bis sich deren Pilterkapazität bis auf ein bestimmtes Mindestmaß verringert hat oder sie in anderer Weise

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durch abgeschiedene Peststoffe verstopft sind. Unabhängig davon läßt das durch das rohrförmige Filterelement 36 abgeschiedene Wasser dieses bis zu einem Punkt anschwellen, bei welchem die Wasseraufnahmefähigkext bis auf eine zulässige Untergrenze gesunken ist und der weitere Treibstoffstrom durch das rohrförmige Filterelement bis auf ein bestimmtes Maß eingeschränkt ist. Wenn eine dieser Situationen eintritt, überwiegt der Treibstoffdruck in der Kammer 40 den Druck im Innenraum 37 um soviel, daß die Ventilkugel 54 aus der Kugelfassung 50 gedruckt und gegen den Ventilsitz 34 getrieben wird, so daß die Auslaßöffnung 16 blockiert und damit der weitere Treibstoffstrom abgesperrt wird. Daraufhin wird die blockierte Filter- und Überwachungseinheit entfernt und gegen eine frische ausgewechselt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, schließt das Ventil 46, 34 die Auslaßöffnung 16 der Filtereinheit bereits dann, wenn nur eine der beiden genannten Bedingungen eintritt, d.h. entweder der Druckabfall an der äußeren Gehäusewand 14 und der Pilterschicht 18 oder an dem rohrförmigen Filterelement 36 so groß wird, daß der vorbestimmte Differenzdruck überschritten wird, bei welchem das Ventil anspricht.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. ^ Filtereinheit für Flüssigkeiten mit einem Gehäuse und

einem darin eingesetzten rohrförmigen Filterelement, wobei die Flüssigkeit durch eine durchlässige Gehäuse— wand eintritt, das Filterelement durchströmt und über eine mit diesem fluchtende Auslaßöffnung das Gehäuse wieder verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (36) unter einer vorbestimmten axialen Vorspannung steht und an seinem der Auslaßöffnung (16) gegenüberliegenden Ende ein seinen Innenraum (37) von dem das Gehäuse umgebenden Raum trennendes Ventil (46, 34) aufweist, welches bei einer vorbestimmten maximalen Druckdifferenz öffnet und gleichzeitig die Auslaßöffnung (16) absperrt.

2. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (46) über eine vom übrigen Innenraum des Gehäuses (12) abgetrennte Kammer (40) mit der Umgebung des Gehäuses in Verbindung steht.

3. Filtereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (40) durch eine im wesentlichen zylindrische undurchlässige Wand (42) begrenzt ist, welche koaxial zu dem rohrförmigen Filterelement (36) angeordnet ist und mit einem Ende am Gehäuse (12, 26) und dem anderen Ende an dem Ventil (46) anliegt.

4. Filtereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand (42) balgartig mit einer Vielzahl ringförmiger Falten versehen ist.

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5. Filtereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer (40) über eine Öffnung (28) im Gehäuse (12) mit dessen Umgebung in Verbindung steht.

6. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus einem zwischen der Kammer (40) und dem rohrförmigen Filterelement (36) angeordneten Ventilgehäuse (48) und einem darin derart lösbar in Schließstellung gehaltenen Ventilkörper (54) besteht, daß bei einer vorbestimmten Druckdifferenz am Ventil (46) der Ventilkörper (54) gelöst und an der Auslaßöffnung (16) dichtend zum Eingriff gebracht wird.

7. Filtereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (48) eine Kugelfassung (50) und mindestens eine die Wand der Kugelfassung durchdringende Durchgangsöffnung (52) aufweist und in der Kugelfassung (50) eine Kugel (54) mittels eines elastischen, am Ventilgehäuse (48) angebrachten Ringflanschs lösbar gehalten ist.

8. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
rohrförmige Filterelement (36) durch eine vorgespannte Schraubenfeder (58) unter axialem Druck gehalten ist,
welche zwischen dem Filterelement (36) und dem Gehäuse (12) eingespannt ist.

9. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Anlage an der Innenfläche der durchlässigen Gehäusewand (14) eine aus anorganischem Material bestehende Filterschicht (18) vorgesehen ist, welche in der zu filternden Flüssigkeit enthaltene Feststoffteilchen zurückhält.

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10. Filtereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß an der Innenfläche der Filterschicht (18) ein Drahtgitter (20) anliegt.

11. Filtereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche des Drahtgitters (20) eine Schicht aus perforiertem Material (22) anliegt.

12. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Gehäusewand (14) aus einem Glasfasergewebe besteht.

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