DE19842889A1 - Geschweißter Filter mit orbitaler Vibration - Google Patents

Geschweißter Filter mit orbitaler Vibration

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John W Gizowski
Glenn T Gajda
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Louis P Macino
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Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich generell auf Fluidfilter und insbesondere auf hermetisch abgedichtete Flüssigkeitsfilter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Filter werden dazu benutzt, sich absetzende Materie ("Sediment") aus der Flüssigkeit zu entfernen, die durch ein automatisches Getriebe eines Fahrzeugs umläuft. Für diesen Zweck verwendete Filter weisen ein Gehäuse mit einem Einlaß auf, um die Flüssigkeit von einer Ölwanne aufzunehmen, und einen Auslaß, durch welchen die Flüssigkeit zu einer Pumpe geleitet wird, welche die Getriebeflüssigkeit umpumpt. Wenn das Fluid in das Gehäuse eintritt, fließt es durch ein Filtermedium, welches dieses Sediment entfernt.
Eine der Probleme, auf die sich eine Saugfilterkonstruktion für Getriebe richten muß, ist sicherzustellen, daß nichts von der Flüssigkeit, die durch das Gehäuse strömt, an dem Filtrationsmedium vorbei kommt, mit anderen Worten, daß das gesamte Fluid durch das Filtermedium hindurchgelangt, bevor es den Auslaß erreicht.
Das Gehäuse wird typischerweise aus zwei Deckel hergestellt, die am Rand miteinander verbunden sind. Ein weiteres Problem, an das sich eine Saugfilterkonstruktion für Getriebe wenden muß, ist die Schaffung einer hermetischen Abdichtung zwischen den Deckeln, so daß keine Luft in das Filtergehäuse eindringen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist ein Fluidfilter vorgesehen, welches ein Gehäuse mit zwei Deckeln umfaßt, die am Rand miteinander verbunden sind, um eine Gehäusekammer mit einem Einlaß und einem Auslaß zu bestimmen. Das Filtermedium ist innerhalb des Gehäuses zwischen dem Einlaß und dem Auslaß vorgesehen. Der Flansch des einen Deckels weist eine Rippe auf, die sich zu dem Flansch des anderen Deckels hin erstreckt. Der andere Deckel weist eine Rinne oder Nut gegenüber der Rippe auf. Das Filtrationsmedium weist einen Randbereich auf, der zwischen der Rippe und der Rinne eingeklemmt ist, um eine Dichtung zu bilden, welches das Eintreten des Fluids daran hindert, den Auslaß zu erreichen, ohne durch das Filtermedium zu gelangen. Um den Randteil des Filtermediums effektiver zwischen Rippe und Rinne zu sichern, weist einer der Deckel eine Reihe von Spitzen auf, die in den Endteil des Filtermediums eingreifen. Vorzugsweise stehen die Spitzen von der Rippe ab und reichen in die Rinne hinein.
Vorzugsweise sind die Deckel aus Kunststoff hergestellt und ein Deckel weist eine periphere Schweißrippe auf, die von der Rippe und der Rinnenformation Abstand einhält und an dem anderen Deckelglied durch ein Verfahren der Reibschweißung mit orbitaler Vibration angeschweißt ist. Die Schweißung mit diesem Verfahren bildet eine effektive hermetische Abdichtung zwischen den Deckeln.
Eine Zielrichtung der Erfindung liegt in der Schaffung eines Fluidfilters und eines Verfahrens mit den vorhergehenden Merkmalen und Fähigkeiten.
Eine weitere Zielrichtung ist die Schaffung eines Fluidfilters, der aus relativ wenigen einfachen Teilen zusammengesetzt ist, robust und dauerhaft im Gebrauch ist und in der Lage ist, kostengünstig hergestellt und zusammengebaut zu werden.
Andere Zielrichtungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit der Zeichnung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung des gemäß Erfindung ausgebildeten Fluidfilters;
Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des oberen Deckels, des unteren Deckels und des Filtermediums, die Teile des Fluidfilters sind;
Fig. 3 ist eine Ansicht von oben auf das Fluidfilter;
Fig. 4 ist eine Einzelheit gemäß Schnitt 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Einzelheit gemäß Schnitt 5-5 in Fig. 3; und
Fig. 6 ist eine Einzelheit gemäß Schnitt 6-6 in Fig. 3.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezug auf die Zeichnungen ist das Filter 10 zur Anwendung in einem automatischen Getriebe eines Fahrzeugs gedacht und weist ein Gehäuse 12 mit oberen und unteren aus Kunststoff bestehenden Deckeln 14 und 16 auf, die eine Gehäusekammer 18 bestimmen und ein Filtermedium 20 aufnehmen.
Der obere Deckel 14 ist schüssel- oder napfartig gestaltet, und weist eine obere Wandung 22 sowie einen peripheren Flansch 24 auf. Strömungslenkeinrichtungen 26 (Fig. 2) sind integral auf der Innenseite der oberen Wandung 22 angebracht. Ein Auslaß 28 in der oberen Wandung führt zu einer nicht gezeigten Pumpe zum Umpumpen der Getriebeflüssigkeit.
Der untere Deckel 16 ist ebenfalls napf- oder schüsselartig gestaltet und weist eine Bodenwand 30 und einen peripheren Flansch 32 auf. Die peripheren Flansche 24 und 32 der oberen und unteren Deckel 14 und 16 werden aneinander befestigt, wie noch zu beschreiben ist. Strömungslenkeinrichtungen 34 sind integral auf der Innenseite der Bodenwand 30 angebracht. Ein Getriebeflüssigkeitseinlaß 36 ist in der Bodenwand gebildet.
Das Filtermedium 20 besteht vorzugsweise aus einer Lage aus Polyesterfasermaterial mit Phenolharz impregniert, das in diesem Fall doppellagig in Folge der Faltungslinie 38 ist, um obere und untere Filtrationsschichten 40 und 42 zu bilden. Der Randbereich 44 des doppellagigen Filtermediums erstreckt sich zwischen den Flanschen 24 und 32 der beiden Deckelglieder. Andere Filterausbildungen sind möglich, bei der nur eine einzige Lage aus Filtermedium verwendet wird.
Der Randflansch 32 des unteren Deckels 16 weist auf seiner Innenseite eine längliche Rippe 52 (Fig. 4 und 5) auf, die seitlich von dem äußeren Umfang des unteren Deckels nach innen beabstandet ist. Die Rippe 52 erstreckt sich zu dem Randflansch 24 des oberen Deckels 14 und kann sich vollständig um den Randflansch 32 oder zumindestens entlang des vollen Ausmaßes des Randteils 44 des Filtermediums 20 erstrecken.
Der Randflansch 24 des oberen Deckels 14 weist eine längliche Rinne oder Nut 54 auf der Innenseite auf, die seitlich nach innen vom äußeren Umfang des oberen Deckels beabstandet ist. Die Rinne 54 öffnet sich zum peripheren Flansch 32 des unteren Deckels und steht der Rippe 52 direkt gegenüber. Die Rinne 54 kann sich vollständig um den Randflansch 24 oder zumindestens entlang des vollen Ausmaßes des Randbereichs 44 des Filtermediums erstrecken.
Eine Reihe von Spitzen 56, die integral mit der Rippe 52 ausgebildet sind, sind entlang der Länge der Rippe in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die Spitzen 56 stehen zu dem Randflansch 24 des oberen Deckels 14 vor und können sich in die Rinne 54 hinein erstrecken und berühren tatsächlich den Boden der Rinne in zusammengebautem Zustand der Deckel, siehe Fig. 4. Der Randteil 44 des Filtermediums erstreckt sich zwischen den Randflanschen 24 und 32 und über die Rippe 52 und die Rinne 54. Nach Zusammenbau des Filters wird der Randteil 44 des Filtermediums zwischen der Rippe 52 und der Rinne 54 eingepreßt, um eine Abdichtung zu bilden, welche das in den Einlaß 36 eintretende Fluid daran hindert, den Auslaß 28 zu erreichen, ohne durch das Filtermedium gelangt zu sein. Der Randteil 44 des Filtermediums wird von den Spitzen 56 durchbohrt und verankert und rückgehalten.
Der Randflansch 32 des unteren Deckels 16 weist eine integrale ringförmige Schweißrippe 60 auf der Innenseite auf, die sich zu dem Randflansch 24 des oberen Deckels 14 hin erstreckt. Bei dieser speziellen Konstruktion ist die Schweißrippe 60 von der Rinne 54 seitlich nach außen angeordnet. Die Innenoberfläche 52 des Randflansches 24 des oberen Deckels 14 ist glatt und steht der Schweißrippe 60 gegenüber. Wenn die Deckel zusammengebaut werden, umgibt die Schweißrippe 60 den Randbereich 44 des Filtermediums 20, um diesen festzulegen.
Der Fluideinlaß 36 in der Bodenwandung des unteren Deckels 16 weist einen ringförmigen Rand 64 (Fig. 6) auf, der in die Gehäusekammer 18 vorsteht. Eine Mehrzahl von ringförmigen, als Grate ausgebildete Leisten 66 mit umgekehrt V-förmigem Querschnitt umgeben den Rand 64 und erstrecken sich nach oben von der Bodenwand 30. Die untere Schicht 42 des Filtermediums weist eine Öffnung 68 auf, die den Rand 64 umgibt. Die Gratleisten 66 berühren die untere Schicht 42 des gefalteten Filtermediums und bilden eine hermetische Abdichtung rund um den Einlaß 36, nachdem Schallschweißung zur Bildung der Abdichtung rund um den Einlaß angewendet worden ist. Das Schweißen mit Schalltechnik umfaßt die Anlage einer raschen wiederholten Kraft, die durch ein Sonarschmelzhorn erzeugt und an das Filtermedium angelegt wird.
Nach dem Schweißen gemäß Schalltechnik des Filtermediums 20 an die Bodenwand 30 des unteren Deckels 16 wird der obere Deckel 14 über den unteren Deckel 16 zusammengebaut, wie in Fig. 1 und 3 bis 6 ersichtlich, wobei die Randflansche 24 und 32 dabei den Deckel einander gegenüberstehen und den Randbereich 44 des Filtermediums zwischen die Rippe 52 und die Rinne 54 klemmen. Ein Verfahren des Schweißens mit orbitaler Reibvibration wird dann angewendet, um den oberen und unteren Deckel aneinander zu befestigen.
Der Schweißprozeß wird durch Anlage einer Klemmkraft an die oberen und unteren Deckel ausgeführt, so daß der Randbereich 44 des Filtermediums 20 zwischen den Rippe 52 und der Rinne 54 eingepreßt wird, wobei die Spitzen 56 durch den Randbereich 44 vorstehen und den Boden der Rinne kontaktieren; die Schweißrippe 60 kontaktiert ebenfalls die glatte innere Oberfläche 62 des Randflansches 24 des oberen Deckels 14. Das Vibrationsgerät veranlaßt dann einen der Deckel sich in einer Ebene generell parallel zur Verbindungslinie zwischen den Deckel zu drehen, während der andere Deckel stationär gehalten wird. Diese orbitale Bewegung (in Umfangsrichtung) führt zu Reibung zwischen der Schweißrippe 60 und der glatten Oberfläche 62 des peripheren Flansches 24 des oberen Deckels 14 und die Reibung erzeugt Aufschmelzen und Verschweißen des thermoplastischen Materials der Schweißrippe 60 und des Randflansches 24. Die Zusammenschweißung erfolgt komplett um den gesamten Umfang der Schweißrippe, um eine hermetische Abdichtung zu schaffen, welche den Eintritt von Luft in die Gehäusekammer ausschließt. Auch die Spitzen 56 werden am Boden der Rinne 54 bei diesem Verfahren angeschweißt.
Nach Schmelzen und Zusammenschweißen der Teile wird die orbitale Bewegung ausgesetzt, obzwar die Klemmkraft weiter für eine genügende Zeit anhält, damit die geschmolzenen Teile erhärten können und die hermetische Abdichtung vervollständigen können. Der Randteil 44 des Filtermediums wird zwischen die Rippe 52 und die Rinne 54 gepreßt, um eine Abdichtung zu bilden, welche sicherstellt, daß nichts von der strömenden Flüssigkeit durch das Gehäuse an dem Filtermedium vorbeigelangt. Die gesamte, in den Gehäuseeinlaß 6 eintretende Flüssigkeit fließt durch den Raum zwischen den Filterschichten 40 und 42 des Filtermediums 20, gelangt durch das Filtermedium und tritt über den Auslaß 28 aus.

Claims (11)

1. Filtermedium mit folgenden Merkmalen:
Ein Gehäuse (12) mit ersten und zweiten Deckel (14, 16), die jeweils einen Randflansch (24, 32) aufweisen;
die Randflansche (24, 32) der Deckel sind miteinander vereinigt, um eine Gehäusekammer (18) mit Einlaß (36) und Auslaß (28) zu bilden;
ein Filtermedium (20) ist in der Gehäusekammer (18) zwischen Einlaß und Auslaß angeordnet;
der Flansch (32) des ersten Deckels (16) weist eine Rippenformation (60) auf, die sich zum Flansch (24) des zweiten Deckels (14) erstreckt;
der Flansch (24) des zweiten Deckels (14) weist eine Rinnenformation (54) auf, die der Rippenformation (52) gegenübersteht;
das Filtermedium (20) weist einen Randbereich (44) auf, der zwischen der Rippe und der Rinnenformation eingepreßt wird, um eine Abdichtung zu bilden, die in den Einlaß eintretende Flüssigkeit daran hindert, den Auslaß zu erreichen, ohne durch das Filtermedium getreten zu sein.
2. Fluidfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randflansch einer der Deckel (14, 16) eine Reihe von Filtermedium-Rückhaltespitzen (56) aufweist, die in dem Randbereich (44) des Filtermediums (20) eingreifen.
3. Fluidfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (56) von der Rippe (52) oder der Rinnenformation (54) vorstehen.
4. Fluidfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (56) von der Rippenformation (52) in die Rinnenformation (56) vorstehen.
5. Fluidfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (14, 16) aus Kunststoff bestehen und einer der Deckel eine periphere Schweißrippe (60) aufweist, die im Abstand von der Rippen- und Rinnenformation (52, 54) angeordnet ist, um mit dem jeweils anderen Deckel durch ein Schweißverfahren der orbitalen Reibvibration verschweißt ist.
6. Fluidfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Filtermedium-Rückhaltespitzen (56) vorgesehen sind, die von der Rippe (52) oder der Rinnenformation (54) vorsteht und in den Randbereich (44) des Filtermediums eingreift sowie mit anderen Rinnen oder Rippenformation durch das Schweißverfahren der orbitalen Reibvibration verschweißt ist.
7. Fluidfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (56) von der Rippenformation (52) in die Rinnenformation (54) vorstehen.
8. Verfahren der Bildung eines Fluidfilters mit folgenden Schritten:
  • (a) erste und zweite Kunststoffdeckel (14, 16) werden vorgesehen, die jeweils einen Randflansch (24, 32) aufweisen, welche nach Verbindung miteinander ein Gehäuse (12) bilden, wobei der Randflansch (32) des ersten Deckels (16) eine Rippenformation (52) und der Flansch (24) des zweiten Deckels (14) eine Rinnenformation (54) gegenüber der Rippenformation aufweist und der Randflansch des einen Deckels eine Schweißrippe (60) aufweist, die sich zu dem Randflansch des anderen Deckels erstreckt;
  • (b) es wird ein Filtermedium (20) mit einem Randbereich (44) vorgesehen;
  • (c) das Filtermedium (20) und die Deckel (14, 16) werden durch Anordnung des Filtermediums zwischen dem Deckel zusammengebaut, so daß der Randbereich (44) des Filtermediums (20) gefaßt und zwischen Rippe und Rinnenformation (52, 54) zusammengepreßt und die Schweißrippe (60) den peripheren Flansch (24) des anderen Deckels berührt;
  • (d) die zusammengebauten Deckel (14, 16) werden einem Schweißverfahren der orbitalen Reibvibration unterworfen, um eine Abdichtung zwischen der Schweißrippe und dem anderen Deckel zu bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Filtermedium-Rückhaltespitzen (56) vorgesehen sind, die von der Rippe oder der Rinnenformation vorstehen und in den Randbereich (44) des Filtermediums (20) eingreifen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (56) von der Rippenformation (52) in die Rinnenformation (54) vorstehen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (56) mit der Rinnenformation (54) durch das Schweißverfahren der orbitalen Reibvibration verschweißt sind.
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