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Die Erfindung betrifft Filtereinheiten.
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Eine Filtereinheit enthält ein Filterelement und nimmt zu
filterndes Fluid auf. Nach Passage des Elements fließt
gefiltertes Fluid von der Einheit ab. Filterelemente haben nur
eine begrenzte Lebensdauer; nach einer gewissen Zeit sind sie
mit Filtrat zugesetzt und müssen ausgewechselt werden, wobei
ein gebrauchtes Filterelement aus der Filtereinheit ausgebracht
und ein neues Filterelement eingebracht wird.
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In kritischen Produktionsprozessen finden sich häufig
Hydraulik- und Schmiersysteme, die im Dauereinsatz mit extrem reinem
Fluid betrieben werden müssen, und folglich wird solchen
Systemen Fluid mittels einer Filtereinheit zugeführt. Wenn die
Filterelemente in solchen Einheiten zugesetzt sind, ist es
erforderlich, sie unverzüglich ohne Unterbrechung des
Fluidflusses auszutauschen, um auf diese Weise die Verfügbarkeit des
Systems aufrechtzuerhalten.
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Bislang wurde dies auf verschiedene Art und Weise gehandhabt.
Gemäß einem Vorschlag sind in der Filtereinheit zwei
Filterelemente in paralleler Anordnung enthalten, derart, daß zu
filterndes Fluid normalerweise einem der Elemente der Einheit
zugeführt wird; wenn jedoch dieses Element ausgetauscht werden
muß, wird das Fluid dem anderen Element zugeführt.
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Bei einer zweiten, dabei jedoch ähnlichen Anordnung sind zwei
Filtereinheiten parallel angeordnet, und Rohrleitungen und
Ventile sind so angeordnet, daß zu filterndes Fluid durch die
eine oder die andere Einheit geleitet werden kann.
Gleicherweise wie bei dem erstem Vorschlag kann demnach mit einem
Filterelement Fluid gefiltert werden, während das andere
ausgetauscht wird.
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Ein dritter Vorschlag sieht vor, eine einzige Filtereinheit zu
verwenden und die Einheit in eine Rohranordnung einzufügen,
welche einen Nebenschluß zwischen dem Einlaß der Einheit und
dem Auslaß der Einheit schafft. Durch Vorhandensein eines
Ventils in einer zum Einlaß führenden Rohranordnung, eines
normalerweise geschlossenen Ventils in der
Nebenschlußrohranordnung und eines Rückschlagventils in einer vom Auslaß
abgehenden Rohranordnung führt ein Schließen des Einlaßventils
dazu, daß die Einheit zum Austausch des Filterelements
abgetrennt wird, während das Nebenschlußventil geöffnet wird, so
daß das Fluid während des Auswechselns durch den Nebenschluß
strömt.
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Die Vorschläge, in denen zwei Filtereinheiten vorgesehen sind,
sind nachteilig insofern, als zwei Filterelemente erforderlich
sind, obwohl die meiste Zeit lediglich eines davon gebraucht
wird. Somit muß in Filterkapazität investiert werden, die in
Wirklichkeit nur mit großen Unterbrechungen und für kurze Zeit
benötigt wird. Darüber hinaus weist eine derartige Anordnung
eine beträchtliche Größe auf, was ihre Installation an
bestimmten Stellen erschweren kann.
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Im Falle von zwei parallelen Filtereinheiten können sich aus
der Installation und den zusätzlichen Rohrleitungen und
Ventilen große Druckabfälle in der Einheit ergeben, was von Nachteil
ist. Schwierigkeiten kann es auch geben, wenn eine
Filtereinheit vor Öffnen der anderen abgesperrt wird, was dazu führen
kann, daß das nachgeschaltete System vom Fluidfluß abgetrennt
wird, was wiederum nachteilig ist.
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Ein Einzelsystem mit externen Ventilen und Rohrleitungen hat
den Nachteil, daß die zusätzlichen Rohrleitungen und Ventile
die Kosten erhöhen und einen großen Druckabfall in dem System
verursachen. Ferner ist es eventuell nicht möglich, das Öffnen
des Nebenschlußventils gleichzeitig mit dem Schließen des
Einlaßventils (und umgekehrt) erfolgen zu lassen, wodurch das
nachgeschaltete System vom Fluidfluß abgetrennt werden könnte.
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Die GB-A-656494 offenbart eine Filtereinheit, welche ein
Filterelement mit einem zu dem Element führenden Einlaßkanal
und einen von dem Element abgehenden Auslaßkanal umfaßt.
Zwischen dem Einlaß- und Auslaßkanal erstreckt sich ein
Nebenschlußkanal, welcher ein Ventil beinhaltet, das den
Nebenschlußkanal entsprechend dem absoluten Fluiddruck öffnet und
schließt. Der Einlaßkanal und der Auslaßkanal werden durch
Ventile gesteuert, die auf den Druckunterschied zwischen dem
Einlaßkanal und dem Auslaßkanal ansprechen.
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Die GB-A-707718 offenbart eine Filtereinheit, welche ein
Filterelement mit einem zu dem Element führenden Einlaßkanal
und einem von dem Element abgehenden Auslaßkanal umfaßt.
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Zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckt sich ein
Nebenschluß. Das Filterelement ist in einem Behälter aufgenommen,
der mit einem Gehäuse entfernbar verbunden ist. Wird der
Behälter abgetrennt, werden durch Ventile im Einlaßkanal und
Auslaßkanal diese Kanäle geschlossen.
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In der US-A-4379053 ist eine Filtereinheit offenbart, welche
ein Filterelement mit einem zu dem Filterelement führenden
Einlaßkanal und einem von dem Filterelement abgehenden Auslaßkanal
umfaßt. Zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal verläuft
ein Nebenschlußkanal. Ein Drehventil lenkt in einer seiner
Stellungen einströmendes Fluid in den Einlaßkanal und schließt
den Nebenschlußkanal, während es in einer zweiten Stellung den
Einlaßkanal schließt und den Nebenschlußkanal öffnet. Im
Auslaßkanal ist vor dessen Verbindung mit dem Nebenschlußkanal ein
Rückschlagventil vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird eine Filtereinheit geschaffen, welche eine
Filtereinheit der Art umfaßt, die ein Gehäuse mit einem
Behälter zur Aufnahme eines Filterelements umfaßt, wobei der
Behälter zum Auswechseln des Filterelements entfernbar und wieder
einsetzbar ist, einen durch das Gehäuse zu dem Behälter
führenden Einlaßkanal für den Durchtritt von zu filterndem Fluid
darein, einen Auslaßkanal für gefiltertes Fluid, welcher von
dem Behälter durch das Gehäuse führt, ein Rückschlagventil in
dem Auslaßkanal, einen Nebenschlußkanal, welcher sich durch das
Gehäuse zwischen dem Einlaßkanal und einem Punkt des
Auslaßkanals stromab des Rückschlagventils erstreckt, wobei ein
Ventil stromab der Verbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem
Nebenschlußkanal in dem Einlaßkanal vorgesehen ist, welches so
betätigbar ist, daß es den Einlaßkanal schließt oder öffnet,
und wobei ein Nebenschlußventil vorgesehen ist, welches so
betätigt wird, daß es den Nebenschlußkanal öffnet, wenn der
Einlaßkanal geschlossen wird, und den Nebenschlußkanal
schließt, wenn der Einlaßkanal offen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlaßkanalventil vor dem Entfernen oder nach dem
Wiedereinsetzen des Behälters betätigbar ist und daß ein
Entlüftungsverschluß in dem Gehäuse vorgesehen ist, mit dem der
Behälter nach Schließen des Ventils und vor dem Beginn oder dem
Entfernen des Behälters zur Atmosphäre hin entlüftet werden
kann.
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Auf diese Weise, indem nur ein Filtergehäuse und -element
vorgesehen sind, werden die Größe der Einheit sowie die
Investitionskosten auf ein Minimum reduziert. Ferner ergibt sich
dadurch, daß sich sämtliche Komponenten in einem einzigen
Gehäuse befinden, ein minimaler Druckabfall.
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Im folgenden wird beispielhaft eine Ausführungsform der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher
beschrieben, wobei im einzelnen zeigen:
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Fig. 1 ein schematisches Hydraulikdiagramm einer
Filtereinheit, welche ein Filterelement
beinhaltet; und
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Fig. 2 eine teilweise im Querschnitt ausgeführte
Seitenansicht einer Ausführungsform der Filtereinheit
nach Fig. 1.
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Es wird nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß welcher
eine Filtereinheit ein Gehäuse umfaßt, welches schematisch mit
einer strichpunktierten Linie dargestellt und mit "10"
bezeichnet ist. Das Gehäuse 10 enthält ein Filterelement 11 und weist
einen Einlaß 12 für zu filterndes Fluid und einen Auslaß 13 für
gefiltertes Fluid auf.
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Durch das Gehäuse 10 führt ein Einlaßkanal 14 vom Einlaß 12 zum
Filterelement 11, und ein Auslaßkanal 15 führt durch das
Gehäuse 10 vom Filterelement 11 zum Auslaß 13. Im
Einlaßkanal 14 ist ein Einlaßventil 16 vorgesehen, mit dem der
Einlaßkanal 14 geöffnet oder geschlossen wird. Im Auslaßkanal ist
ein Rückschlagventil 17 vorgesehen, welches einen Fluß nur in
eine Richtung vom Filterelement 11 zum Auslaß 13 zuläßt.
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Ein Nebenschlußkanal 18 erstreckt sich durch das Gehäuse 10
zwischen dem Einlaß 12 und dem Auslaß 13. In diesem Kanal 18
ist ein Nebenschlußventil 19 vorgesehen. Das Ventil 19 läßt
einen Fluß nur in eine Richtung vom Einlaß 12 zum Auslaß 13 zu,
wenn der Druck am Ventil 19 eine vorbestimmte Höhe
überschreitet.
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Ferner ist ein Entleerungsverschluß 20 mit dem Filterelement 11
verbunden, mit dem Fluid aus dem Element abgelassen werden
kann. Ferner ist ein Entlüftungsverschluß 21 mit dem Element 11
verbunden, mit dem Luft aus dem Filterelement 11 abgelassen
werden kann.
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Ein weiterer Kanal 22 erstreckt sich zwischen einem Punkt des
Einlaßkanals 14 hinter dem Einlaßventil 16 und einem Punkt des
Nebenschlußkanals 18 hinter dem Nebenschlußventil 19. Dieser
weitere Kanal 22 wird durch ein Ventil 23 zum Wiederaufbau von
Druck gesteuert.
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Im Gebrauch funktioniert die Filtereinheit wie folgt.
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Im normalen Gebrauch ist das Einlaßventil 16 geöffnet, und der
Entleerungsverschluß 20, der Entlüftungsverschluß 21 und das
Ventil 23 zum Wiederaufbau von Druck sind geschlossen. Zur
Filtration anstehendes Fluid tritt in den Einlaß 12 ein und
durchströmt den Einlaßkanal 14 zum Filterelement 11.
Gefiltertes Fluid verläßt das Filterelement 11 und durchströmt den
Auslaßkanal 15 zum Auslaß 13. Das Nebenschlußventil 19 ist
geschlossen, weil der Druck am Ventil 19 nicht ausreicht, um das
Ventil 19 zu öffnen.
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Wenn das Filterelement 11 gewechselt werden muß, wird wie folgt
verfahren. Zunächst wird das Einlaßventil 16 geschlossen.
Dadurch erhöht sich der Druck am Nebenschlußventil 19, welches
sich öffnet, so daß Fluid durch den Nebenschlußkanal 18 zum
Auslaß 13 strömt. Das Rückschlagventil 17 verhindert den
Durchtritt von Fluid durch den Auslaßkanal 15 zum Element 11. Der
Entlüftungsverschluß 21 wird geöffnet, um den Druck in dem
Element 11 absinken zu lassen, und sodann wird der
Entleerungsverschluß 20 geöffnet, um Fluid aus dem Element 11 abzulassen,
und nach Entleerung wird das Element 11 entfernt und durch ein
neues Element ersetzt. Sodann wird der Entleerungsverschluß 20
geschlossen und das Ventil 23 zum Wiederaufbau von Druck
geöffnet. Das Fluid strömt vom Nebenschlußkanal 18 durch den
weiteren Kanal 22 zum Filterelement 11, um Luft aus dem
Filterelement 11 zu verdrängen, die durch den Entlüftungsverschluß 21
entweicht. Sobald Fluid aus dem Entlüftungsverschluß 21
auszutreten beginnt, wird der Entlüftungsverschluß 21 geschlossen.
Sodann wird das Einlaßventil 16 geöffnet, wodurch sich das
Nebenschlußventil 19 schließt. Damit wird die normale
Fluidströmung durch das Filterelement 11 wieder aufgenommen.
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Auf diese Weise läßt sich das Filterelement 11 schnell und
leicht auswechseln. Da sich alle Teile innerhalb des
Gehäuses
10 befinden, können der Druckabfall und die Größe der
Einheit auf ein Minimum reduziert werden. Durch Vorhandensein des
Entlüftungsverschlusses 21 und des Entleerungsverschlusses 20
wird sichergestellt, daß der Fluid-Überströmverlust minimal ist
und Luft beseitigt wird, bevor die Filtration wieder
aufgenommen wird, so daß kein System, das Fluid aus der Filtereinheit
erhält, Luft aufnimmt.
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Eine Ausführungsform des vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1
beschriebenen Systems ist in Fig. 2 gezeigt. Nach Fig. 2 umfaßt
die Filtereinheit ein Gehäuse, welches insgesamt mit "30"
bezeichnet ist. Das Gehäuse weist zwei Komponenten auf: einen
Körper 31 und ein zylindrisches Gehäuse 32, welches von dem
Körper 31 herabhängt, an einem oberen Ende offen ist, an dem
oberen Ende mit dem Körper 31 über ein Schraubengewinde in
Eingriff steht und an einem unteren Ende geschlossen ist. Das
untere Ende ist mit einem Entleerungsverschluß 33 versehen.
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Das Gehäuse 32 umschließt ein Filterelement 34, welches ein um
einen zylindrischen Kern 36 herum angeordnetes gefälteltes
Filtermedium 35 in der Form eines Zylinders umfaßt. Zwischen
der äußeren Oberfläche des Filterelements 34 und dem Gehäuse 32
befindet sich ein ringförmiger Raum 37.
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Der Körper 31 beinhaltet einen Einlaß 39 und einen Auslaß 40.
Eine Bohrung 41 erstreckt sich zwischen dem Einlaß 39 und dem
Auslaß 40 und enthält ein Nebenschlußventil 42. Dieses
Ventil 42 umfaßt ein Ventilelement 43, welches mittels einer
Feder 45 in Zulaufrichtung gegen einen Ventilsitz 44 gedrückt
wird.
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Der Körper 31 beinhaltet eine weitere Bohrung 47, die von der
Bohrung 41 an einer zwischen ihren Enden und hinter dem
Nebenschlußventil
42 befindlichen Position abgeht. Mit dieser
Bohrung 47 ist ein Ende einer Hülse 48 verbunden, wobei die
Hülse 48 nach unten gerichtet von der Bohrung 47 herabhängt und
ihr gegenüberliegendes Ende in fluiddichter Verbindung mit dem
Kern 36 des Filterelements 38 steht. Die Hülse 48 schafft einen
Auslaßkanal, der vom Kern 36 zur Bohrung 41 führt.
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In der Hülse 48 enthalten und eingeschränkt axial bewegbar
darin gehalten ist eine Stange 49, welche an ihrem oberen Ende
ein Ventilelement 50 aufweist, welches, in der in Fig. 2
gezeigten Position, auf dem Ende der Hülse 48 aufsitzt, um die
Hülse 48 zu schließen, so daß der Durchtritt von Fluid von der
Bohrung 41 zum Filterelement 34 verhindert wird. Jedoch können
das Ventilelement 50 und die Stange 49 durch Fluidstrom vom
Filterelement 34 zur Bohrung 41 angehoben werden, um den
Durchlaß zu öffnen. Demnach wird durch das Ventilelement 50 ein
Rückschlagventil geschaffen.
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Von der Bohrung 41 geht an einer vor dem Nebenschlußventil 42
befindlichen Position ein Einlaßkanal 51 ab. Der Kanal führt
durch eine rechtwinklige Umlenkung, bevor er in eine
ringförmige Kammer 52 mündet, die zwischen dem Äußeren der Hülse 48
und dem Körper 31 gebildet ist. Diese Kammer 52 steht mit dem
ringförmigen Raum 37 um das Äußere des Filterelements 34 herum
in Verbindung.
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Ein Kugelventil 53 ist in der Umlenkung in dem Einlaßkanal 51
vorgesehen und läßt sich durch einen Griff 54 betätigen, um den
Kanal 51 zu öffnen und zu schließen.
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Eine Öffnung 55 erstreckt sich durch den Körper 31 von der
Kammer 52 zum Äußeren des Körpers 31. Eine Schraube 56 ist in
die Öffnung 55 eingeschraubt, damit die Öffnung geöffnet und
geschlossen werden kann. Die Öffnung 55 und die Schraube 56
bilden zusammen einen Entlüftungsverschluß.
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Eine weitere Öffnung 57 erstreckt sich von der Kammer 52 zu
einem Punkt der Bohrung 41 hinter der weiteren Bohrung 47.
Diese weitere Öffnung 57 kann mit Hilfe der Schraube 58
geöffnet und geschlossen werden und bildet ein Ventil zum
Wiederaufbau von Druck.
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Die unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene Filtereinheit
funktioniert wie folgt:
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Der Einlaß 39 ist mit der Quelle eines zu filternden Fluids
verbunden. Dieses kann ein Gas oder eine Flüssigkeit,
beispielsweise Öl, sein. Der Auslaß 40 ist mit einem System
verbunden, welches gefiltertes Fluid erfordert. Der Griff 54
wird betätigt, so daß das Kugelventil 53 den Einlaßkanal 51
öffnet und die Schrauben 56 und 58 werden geschlossen, um den
Entlüftungsverschluß und den Entwässerungsverschluß zu
schließen.
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Somit strömt in den Einlaß 39 eintretendes Fluid über das
Kugelventil 53 durch den Einlaßkanal 51 zur Kammer 52. Der
Druck des Fluids bei geöffnetem Kugelventil 53 ist nicht
ausreichend, um das Ventilelement 50 zu öffnen, und somit fließt
kein Fluid durch die Bohrung 41 zum Auslaß 40.
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Das Fluid fließt sodann von der Kammer 52 in den Behälter 32
und wird durch Passage des Filtermediums 35 gefiltert. Das
gefilterte Fluid tritt in den Kern 36 ein und strömt von dort
durch die Hülse 48 in die Bohrung 41, wobei das
Ventilelement 50 geöffnet wird. Von der Bohrung 41 strömt das Fluid
zum Auslaß 40.
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Zum Auswechseln des Filterelements 34 wird wie folgt verfahren.
Zunächst wird der Griff 54 betätigt, um das Kugelventil 53 zu
schließen. Dies erzeugt einen Anstieg des Fluiddrucks am
Nebenschlußventil 42, wodurch das Ventilelement 43 vom Sitz 44
abgehoben wird und damit zuläßt, daß Fluid direkt vom Einlaß 39
durch die Bohrung 41 zum Auslaß 40 strömt. Die Bohrung 41
fungiert somit als ein Nebenschlußkanal.
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Dann wird die Schraube 56 geöffnet, um den Entlüftungsverschluß
zu öffnen, so daß der Fluiddruck absinken kann. Sodann wird der
Entleerungsverschluß 33 geöffnet, um Fluid aus dem Gehäuse 32
abzulassen, und wenn dies geschehen ist, wird das Gehäuse 32
vom Körper 31 abgeschraubt, und das Filterelement 34 wird
entfernt und durch ein frisches Element ersetzt. Sodann wird das
Gehäuse 32 wieder auf den Körper aufgeschraubt und der
Entleerungsverschluß 33 geschlossen. Daraufhin wird die Schraube 58
aufgeschraubt, um das Ventil zum Wiederaufbau von Druck zu
öffnen. Das Fluid strömt von der Bohrung 41 durch die weitere
Öffnung 57 und in das Gehäuse 32. Verdrängte Luft entweicht über
die Entlüftungsöffnung 55. Sobald Fluid aus der
Entlüftungsöffnung 55 austritt, werden die Schrauben 56 und 58 eingeschraubt,
um die Entlüftungsöffnung und Ventile zum Wiederaufbau von
Druck zu schließen. Sodann wird der Griff 54 betätigt, um den
Einlaßkanal 51 zu öffnen und die Filtration des Fluids wieder
aufzunehmen. Das Nebenschlußventil 42 schließt unter der
Wirkung der Feder 45.
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Selbstverständlich muß die Ventileinheit nicht genau so wie
vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben
ausgeführt werden. Der Entleerungsverschluß könnte fortfallen,
wobei, bezogen auf Fig. 2, die Entleerung des Gehäuses 32 nach
seiner Abnahme vom Körper 31 erfolgt.
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Ferner könnten das Ventil zum Wiederaufbau von Druck und die
Entlüftungsöffnung weggelassen werden. Nach Einsetzen des neuen
Filterelements kann einfach das Einlaßventil geöffnet werden,
um Fluid zu dem neuen Filterelement hindurchtreten zu lassen.
Jedoch ist das Vorhandensein dieser beiden Komponenten
bevorzugt, um Luft aus dem Fluid zu entfernen.