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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit mindestens einem Filterelement, das in einem Filtergehäuse aufgenommen ist, das über mindestens zwei Anschlussstellen verfügt, die abwechselnd der Zufuhr von Unfiltrat und der Abfuhr von Filtrat dienen, wobei mittels einer Umsteuereinrichtung der über die Anschlussstellen jeweils sich in der Richtung umkehrende Fluidstrom das Filterelement in nur einer vorgebbaren Richtung durchquert.
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In manchen hydraulischen Kreisläufen, in denen Filtervorrichtungen für Betriebsfluide, wie Hydrauliköl, zum Einsatz kommen, kann sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen die Durchflussrichtung des Fluidstroms im Leitungssystem ändern. Da die für die Filtration der in Frage kommenden Fluide eingesetzten Filterelemente konstruktionsbedingt nur in einer Durchflussrichtung betrieben werden dürfen, ist man geneigt, bei Kreisläufen mit reversierenden Durchflussrichtungen auf eine Filtration zu verzichten. Angesichts der hohen Anforderungen, die bei derartigen Systemen an die Reinheit der Fluide zu stellen sind, um Schäden oder Ausfälle der hydraulischen Komponenten des Systems zu vermeiden, ist der Verzicht auf eine Filtration jedoch nur in den seltensten Fällen hinnehmbar.
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Im Hinblick hierauf ist es Stand der Technik, für den zum Filterelement gelangenden Fluidstrom eine die Strömungsrichtung anpassende Umsteuereinrichtung vorzusehen. Dabei erfolgt eine Strömungsgleichrichtung mittels einer Art Graetz-Schaltung, die aus vier Sitzventilen aufgebaut ist. Da bei derartigen Schaltungen eine größere Anzahl von Komponenten erforderlich ist, nämlich vier Ventilkörper, vier Ventilsitze und vier Ventilfedern, ergeben sich in nachteiliger Weise ein hoher Bedarf an Bauraum und entsprechend hohe Herstellkosten. Zudem treten relativ hohe Druckverluste auf, die bei größeren Volumenströmen mehrere bar betragen können.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine einfache, kompakte und kostengünstig herstellbare Bauweise auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 die Umsteuereinrichtung eine Ventilschiebereinrichtung aufweist, deren Ventilkolben vom jeweiligen Unfiltratstrom angesteuert ist, der an der einen oder an der anderen Anschlussstelle ansteht, liefert der Betriebsdruck selbst, von der einen Anschlussstelle oder von der anderen Anschlussstelle her, den Steuerdruck zum Umschalten der Ventilschiebereinrichtung in die Schaltposition, bei der der Unfiltratstrom jeweils zur Rohseite des Filterelements gelangt. Bei Verwendung lediglich eines Ventils und dessen selbsttätig erfolgender Steuerung zeichnet sich die Erfindung durch geringen baulichen Aufwand und eine kompakte Bauweise bei geringen Herstellkosten aus. Bei lediglich einem im Fluidstrom befindlichen Schieberventil sind zudem Druckverluste minimiert.
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Bei unmittelbar vom Unfiltrat druckbetätigtem Ventilkolben erfolgt die Umsteuerung der Anschlussstellen von Unfiltratzufuhr zu Filtratabfuhr und umgekehrt im Wesentlichen zeitnah oder zeitgleich. Insbesondere erfolgen die Umschaltbewegungen des Ventilkolbens nahezu verzögerungsfrei, wenn der Ventilkolben im Ventilgehäuse frei beweglich gelagert ist. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, für den Ventilkolben eine Federzentrierung in einer Mittelstellung vorzusehen, bei der die Öffnungsquerschnitte sowohl zur Rohseite als auch zur Reinseite des Filterelements hin geschlossen sind. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einem Wechsel der Strömungsrichtung im Leitungssystem keine Gefahr besteht, dass das Filterelement kurzzeitig in falscher Richtung durchströmt wird.
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Hinsichtlich der Ventilbauweise kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass der Ventilkolben an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten mit jeweils einer Anschlussstelle fluidführend verbunden ist, an denen abwechselnd der Unfiltratstrom mit einem vorgebbaren Druck, also dem Betriebsdruck der Vorrichtung, ansteht.
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Weiterhin kann der Ventilkolben ausgehend von seinen beiden freien Stirnseiten jeweils eine Hohlkammer aufweisen, die, über einen Wandteil voneinander separiert, mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, die abhängig von der Verfahrstellung des Ventilkolbens zuordenbare Durchlassstellen im Ventilgehäuse mit der jeweiligen Hohlkammer verbinden oder diese sperren. Bei dieser Bauweise bildet der Ventilkolben selbst mit seinen voneinander getrennten Hohlkammern die Fluidführung zwischen den äußeren Anschlussstellen und denjenigen Durchlassstellen des Ventilgehäuses, die je nach Schaltstellung des Ventilkolbens zur Rohseite oder Reinseite des Filterelements führen.
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Das Ventilgehäuse kann Bestandteil des Filtergehäuses sein oder als separater Block angeflanscht werden. Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Ventilgehäuse einstückiger Bestandteil eines Filterkopfes, an den unter Bildung des Filtergehäuses ein Filtertopf mit dem Filterelement anschließbar ist, wobei die Durchlassstellen im Ventilgehäuse aus Ringkanälen gebildet sind, von denen der eine an die Rohseite des Filterelements angeschlossen ist und je nach Verfahrstellung des Ventilkolbens der andere an dessen Reinseite.
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Hierbei kann ein mittlerer Ringkanal einer Dreiergruppe von Ringkanälen in zwei tangential einmündende Verbindungskanäle, die an die Rohseite des Filterelements angeschlossen sind, übergehen, die zwischen sich einen Sammelkanal zur Reinseite des Filterelements aufnehmen, der in zwei Abzweigleitungen übergeht, von denen die eine in einen Ringkanal und von denen die andere in den anderen Ringkanal ausmündet. Bei dieser Gestaltung der Kanäle ergeben sich im Betrieb geringe Strömungsverluste.
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In besonders vorteilhafter Weise kann die Ventilschiebereinrichtung mit ihrem Ventilgehäuse im Filterelement integriert sein, das mit seiner vorzugsweise plissierten Filtermatte das Ventilgehäuse mit einem vorgebbaren Abstand umfasst. Im Vergleich zu Bauweisen mit am Ventilgehäuse angeflanschtem Ventilblock oder mit im Filterkopf eingebautem Ventilgehäuse ist dadurch eine besonders raumsparende Bauweise realisierbar. Bei derartiger Ausbildung kann die Filtervorrichtung auch als Low-Cost-Filter ohne Möglichkeit eines Elementwechsels ausgeführt werden, wie auch als wartungsfähige Version mit ausbaubarem Filterelement. Aufgrund der kompakten Bauweise kann die Filtervorrichtung auch als In-Line-Filter in Schlauchleitungen des betreffenden Systems integriert werden.
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Insbesondere bei Ausführungsbeispielen mit im Filterelement integrierter Ventilschiebereinrichtung ist die Anordnung mit Vorteil so getroffen, dass das im Filtergehäuse aufgenommene Filterelement nach außen die Rohseite und nach innen die Reinseite mit begrenzt.
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Mit besonderem Vorteil kann das Ventilgehäuse in zwei Paare gruppierte Durchlassstellen aufweisen, wobei die beiden am weitesten voneinander beabstandeten Durchlassstellen abwechselnd die Rohseite des Filterelements mit Unfiltrat versorgen und die zu diesen benachbarten Durchlassstellen jedes Paares jeweils in Abhängigkeit der Verfahrstellung des Ventilkolbens, abwechselnd mit der Reinseite des Filterelements verbunden, der Abfuhr des Filtrats dienen.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
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1a und 1b in Symboldarstellung eine Graetz-Schaltung für die Strömungsgleichrichtung einer ein Filterelement durchströmenden Fluidströmung gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Symboldarstellung der Hydraulikschaltung einer Umsteuereinrichtung zur Strömungsgleichrichtung bei einer Filtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 einen mit einer Gehäuseunterbrechung gezeichneten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Umsteuereinrichtung gemäß 2;
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4 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels entsprechend der Schnittlinie IV-IV von 3 und
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5 eine längs aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung.
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Die 1 zeigt eine dem Stand der Technik entsprechende, in der Art einer Graetz-Schaltung aufgebaute Einrichtung zur Gleichrichtung einer ein Filterelement 3 durchströmenden Fluidströmung. In der Teilfigur 1a ist ein Betriebszustand dargestellt, bei dem an der Anschlussstelle A der Schaltung Unfiltrat unter einem Betriebsdruck zuströmt und an einer Anschlussstelle B der Schaltung Filtrat abströmt, nachdem das Fluid das Filterelement 3 in der mit Strömungspfeil 5 angegebenen Richtung durchquert hat. Entsprechend einer Graetz-Schaltungsanordnung weist die Einrichtung vier Sitzventile auf, die jeweils in nur einer Strömungsrichtung durchströmbar sind und jeweils durch federbelastete Rückschlagventile gebildet sind. Von diesen befindet sich ein erstes Rückschlagventil 7 zwischen der Anschlussstelle A und dem Unfiltrateingang U des Filterelements 3. Ein zweites Rückschlagventil 9 ist zwischen der zweiten Anschlussstelle B und dem Unfiltrateingang U des Filterelements 3 angeordnet. Die Rückschlagventile 7 und 9 sind jeweils derart orientiert, dass der Fluidweg von der Anschlussstelle A zum Unfiltrateingang U bei am Anschluss A anstehendem Unfiltratdruck über das Rückschlagventil 7 freigegeben ist oder dass bei an der Anschlussstelle B anstehendem Unfiltratdruck die Verbindung über das Rückschlagventil 9 zum Unfiltrateingang U freigegeben ist.
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Zwischen dem Filtratausgang F des Filterelements 3 und den Anschlussstellen A und B befinden sich ein drittes Rückschlagventil 11 und ein viertes Rückschlagventil 13, die jeweils die Verbindung zu der den Unfiltratdruck führenden Anschlussstelle A oder B sperren, jedoch die Verbindung zwischen Filtratausgang F und derjenigen Anschlussstelle A oder B freigeben, an der kein Unfiltratdruck ansteht.
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Bei dem Betriebszustand von 1 b, wo der Unfiltratdruck an der Anschlussstelle B ansteht, öffnet das Rückschlagventil 9 zum Unfiltrateingang U des Filterelements 3, während das Rückschlagventil 7 schließt, wie auch das Rückschlagventil 13. Das am Filtratausgang F des Filterelements 3 abströmende Filtrat gelangt über das öffnende Rückschlagventil 11 nunmehr zur Anschlussstelle A.
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Die 2 zeigt die Schaltung der Umsteuereinrichtung für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung. Anstelle der Graetz-Schaltung mit vier Rückschlagventilen ist eine Ventilschiebereinrichtung in Form eines hydraulisch betätigten 4/2-Wegeventils 15 vorgesehen, dessen Ventilkolben 17 auf der in 2 linksseitig gelegenen Stirnseite mit dem Fluiddruck der Anschlussstelle A und auf der gegenüberliegenden Stirnseite mit dem Fluiddruck der Anschlussstelle B als Steuerdruck beaufschlagt ist. Die 2 zeigt die Schaltstellung des Ventilkolbens 17 bei an der Anschlussstelle B herrschendem Unfiltratdruck, wobei die Verbindung von der Anschlussstelle B zum Unfiltrateingang U des Filterelements 3 hergestellt ist und der Filtratausgang F mit der Anschlussstelle A verbunden ist. Bei umgekehrter Strömungsrichtung mit an der Anschlussstelle A herrschendem Unfiltratdruck bewegt sich der Ventilkolben 17 in 2 nach rechts, so dass die Anschlussstelle A mit dem Unfiltrateingang U in Verbindung kommt und der Filtratausgang F mit der Anschlussstelle B verbunden ist.
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Die 3 und 4 zeigen ein praktisches Ausführungsbeispiel, bei dem die Ventilschiebereinrichtung 15 Bestandteil eines Filterkopfes 19 ist, der zusammen mit einem an ihm abschraubbar anbringbaren Filtertopf 21 ein Filtergehäuse bildet, in dem das Filterelement 3 aufnehmbar ist. Dieses ist im Filtrationsbetrieb von außen nach innen durchströmbar, so dass der Raum 23 zwischen der Außenseite des Filterelements 3 und der Innenseite des Filtertopfes 21 die Rohseite und damit den Unfiltrateingang U bildet. Das Filterelement 3 weist in der bei Filterpatronen üblichen Bauweise eine hohlzylinderförmige Filtermatte auf, die einen zur Filterlängsachse 25 konzentrischen, inneren Filterhohlraum umgibt, der die Reinseite bildet, wobei sich der Filtratausgang F koaxial an der Verbindung zum Filterkopf 19 befindet.
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In diesem erstreckt sich im rechten Winkel zur Filterlängsachse 25 ein von der Anschlussstelle A zur Anschlussstelle B verlaufender Durchgang, der das Ventilgehäuse 27 mit einer Verfahrachse 29 für die Axialbewegungen des Ventilkolbens 17 bildet. Dieser weist, von seinen beiden den Anschlussstellen A und B zugewandten Stirnseiten 31 und 32 ausgehend, jeweils eine Hohlkammer 35 und 37 auf, die durch eine in der Mitte des Ventilkolbens 17 befindliche Wand 39 voneinander getrennt sind. In der Nähe dieser Wand 39 weist jede Hohlkammer 35 und 37 einen Kranz von Durchgangsöffnungen 41 bzw. 43 auf. Je nach Schaltstellung der Ventilschiebereinrichtung 15, d. h. je nach Axialposition des Ventilkolbens 17, sind die Durchlassöffnungen 41 und 43 auf Durchlassstellen ausgerichtet, die im Ventilgehäuse 27 durch Ringkanäle 45, 47 und 49 gebildet sind, die die Ventilachse 29 konzentrisch umgeben und in einer Dreiergruppe angeordnet sind, wobei der mittlere Ringkanal 47 auf die Längsachse 25 ausgerichtet ist. Dieser mittlere Ringkanal 47 ist, wie der 4 entnehmbar ist, über zwei Verbindungskanäle 51 und 53, die in den Ringkanal 47 tangential einmünden und sich zur Längsachse 25 achsparallel erstrecken, mit dem Unfiltrateingang U, d. h. mit dem Raum 23 der Rohseite im Filtergehäuse verbunden. Die äußeren Ringkanäle 45 und 49 sind über je eine schräg verlaufende Verbindungsleitung 55 bzw. 57 mit dem Filtratausgang F in Verbindung.
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Bei dem in 3 und 4 gezeigten Betriebszustand, bei dem, in Entsprechung zum Zustand der in 2 gezeigt ist, der Unfiltratdruck an der Anschlussstelle B ansteht, befindet sich der Ventilkolben 17 in der linksseitig gelegenen Schaltstellung, wobei die Durchgangsöffnungen 43 auf den mittleren Ringkanal 47 ausgerichtet sind, so dass Unfiltrat vom Ringkanal 47 über die Verbindungskanäle 51 und 53 (4) zum Raum 23 der Rohseite gelangt. Die anderen Durchlassöffnungen 41 sind auf den linksseitig gelegenen Ringkanal 45 ausgerichtet, so dass der Filtratausgang F über die Verbindungsleitung 55, die Durchgangsöffnungen 41 und die Hohlkammer 35 mit der Anschlussstelle A in Verbindung ist. Gleichzeitig ist der Ringkanal 49 durch den Ventilkolben 17 geschlossen, so dass die Verbindung zwischen der Anschlussstelle B und dem Unfiltratausgang F gesperrt ist. Bei reversierter Strömungsrichtung, wobei der Unfiltratdruck der Anschlussstelle A den Ventilkolben 17 nach rechts verschiebt, befinden sich die Durchgangsöffnungen 41 in Ausrichtung auf den mittleren Ringkanal 47, so dass nunmehr das Unfiltrat über die Verbindungskanäle 51, 53 (4) zum Raum 23 gelangt, während die Durchgangsöffnungen 43 auf den Ringkanal 49 ausgerichtet sind, so dass das Filtrat vom Filtratausgang F über die Verbindungsleitung 57 zur Anschlussstelle B abströmt.
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Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ventilschiebereinrichtung 15 in das Filtergehäuse 61 eingebaut ist. Genauer gesagt, ist das Ventilgehäuse 63 konzentrisch innerhalb des die Reinseite bildenden Filterhohlraums 65 angeordnet. Der Ventilkolben 17 entspricht dem zuvor beschriebenen Beispiel, weist also von den Stirnseiten ausgehende Hohlkammern 35 und 37 auf, die durch eine Wand 39 getrennt sind, neben der sich die Durchgangsöffnungen 41 und 43 befinden. Anders als beim zuvor beschriebenen Beispiel sind in der Wand des Ventilgehäuses 63 zwei Paare von Durchlassstellen gebildet, von denen jedes Paar in der Nähe eines Endes des Ventilgehäuses 63 gelegen ist, wobei jedes Paar einen Kranz von Durchlassstellen aufweist. Diese sind bei dem in 5 oben liegenden Paar mit 69 und 71 und bei dem unteren Paar mit 73 und 75 bezeichnet.
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Die 5 zeigt den Betriebszustand, bei dem der Unfiltratdruck an der Anschlussstelle A ansteht, so dass der Ventilkolben 17 in der Figur nach unten verfahren ist. Wie ersichtlich, gibt der Ventilkolben 17 in dieser Position die Durchlassstellen 69 frei, so dass das Unfiltrat zur Rohseite 77 an der Außenseite des Filterelements 3 gelangt. Gleichzeitig sind die Durchgangsöffnungen 43 des Ventilkolbens 17 auf den Kranz mit den Durchlassstellen 73 des unteren Paares ausgerichtet, so dass aus dem die Reinseite bildenden Raum 65 Filtrat über die Durchgangsöffnungen 43 in die Hohlkammer 37 eintritt und über die Anschlussstelle B abströmt. Bei umgekehrter Strömungsrichtung und nach oben verschobenem Ventilkolben 17 sind die Durchlassstellen 75 des unteren Paares freigegeben, so dass Unfiltrat von der Anschlussstelle B zur Rohseite 77 gelangt. Gleichzeitig sind die Durchgangsöffnungen 41 auf die Durchlassstellen 71 des unteren Kranzes des oberen Paares ausgerichtet, so dass das Filtrat aus dem Raum 65 der Reinseite über die Hohlkammer 35 zur Anschlussstelle A abströmt.
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Während das Ausführungsbeispiel von 5 ein beidseits geschlossenes Filtergehäuse 61 aufweist, könnte eines der Gehäuseendteile 81 oder 83 als Deckel ausgebildet sein, der abnehmbar ist, um eine Auswechslung des Filterelements 3 zu ermöglichen, indem dieses zusammen mit seinen Endkappen 85 und 87 von dem einen Rohkörper bildenden Ventilgehäuse 63 abgezogen wird.