DE102006034874A1

DE102006034874A1 - Filtersystem für Kraftstoff

Info

Publication number: DE102006034874A1
Application number: DE102006034874A
Authority: DE
Inventors: Gunnar-Marcel Dr. Klein; Günter Jokschas; Martin Klein
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-01-31
Also published as: BRPI0607642A2; EP1846135A1; WO2006084823A1; US20080035537A1; CN101115541B; DE102005005848A1; JP2008530415A; CN101115541A; KR20070102537A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstofffilter, der mit einem Coalescerelement versehen ist. Das Coalescerelement dient zum Verbessern der Abscheidung von Wassertröpfchen und ist im unmittelbaren Eintrittsbereich des Kraftstoffes angeordnet. Der Kraftstofffilter zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. So besitzt das Coalescerelement eine obere Abdichtscheibe, die sich bis an die Innenwand des Gehäuses erstreckt und damit nicht nur das Coalescerelement abdichtet, sondern gleichzeitig auch den Einströmbereich und den äußeren Rohflüssigkeitsbereich. Das Coalescerelement 20 und der Partikelfilter 19 sind an einem gemeinsamen Trennelement 25 angeordnet. Dieses Trennelement stützt sich über eine Profildichtung an dem im Kraftstofffilter mittig angeordneten Steigrohr ab. Die Endscheibe des Coalescerelements kann in Zwei-Komponenten-Spritzgießtechnik oder auch in Kunststofftechnik mit angeformter Profildichtung aus einem Elastomermaterial hergestellt sein.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filtersystem für Kraftstoff insbesondere für Dieselfilter, wobei ein Partikelfilter in einem Gehäuse vorgesehen ist, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Aus der US 5,084,170 ist ein Kraftstofffilter zu entnehmen. Dieser weist ein Gehäuse auf, in welchem ein Hauptfilterelement und ein zweites Filterelement vorgesehen sind. Das Hauptfilterelement wird von innen nach außen durchströmt. Außerdem hat dieses koaleszierende Eigenschaften, so dass evtl. im Kraftstoff vorhandenes Wasser koaliert, d. h. sich größere Wassertropfen bilden. Diese gelangen in einen Wassersammelraum. Damit die Wassertropfen nicht durch das zweite Filterelement hindurchströmen, ist das Filterelement mit wasserabstoßenden Materialien, insbesondere Silicon versehen, so dass sich eine äußere Wasserbarriere bildet. Sowohl das erste Filterelement als auch das zweite Filterelement besteht aus einem gefalteten Filterpapier oder Filtervlies. Während die Durchströmung des ersten Filterelementes von innen nach außen erfolgt, wird das zweite Filterelement von außen nach innen durchströmt und der gereinigte Kraftstoff in einem Rohr einer Reinflüssigkeitsleitung zugeführt. Ein Nachteil dieses Aufbaus besteht darin, dass das Hauptfilterelement aufgrund seiner filterwirksamen Eigenschaften mit Schmutz beladen wird und dieser Schmutz die Durchströmung verringert bzw. behindert. Außerdem verliert das Hauptfilterelement mit der Zeit seine Eigenschaften als Coalescer, dies bedeutet, dass insgesamt das Filtersystem seine wasserabscheidenden Eigenschaften verliert bzw. diese Wasserabscheidung sich bis zum Austausch des Filterelementes verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Filtersystem für Kraftstoffe zu schaffen, welches über die gesamte Standzeit des Filterelementes eine hochwirksame Abscheidung gewährleistet und einfach herzustellen ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Coalescerelement in einfacher Art und Weise aufgebaut ist, wobei insbesondere die zur Abdichtung notwendige Dicht- bzw. Endscheibe einstückig ausgebildet ist und sich bis zu einer Wandung des Gehäuses erstreckt. Dadurch entfällt ein weiteres Dichtungselement.
Weiterbildungsgemäß besteht die Endscheibe aus einem Zwei-Komponenten-Kunststoffmaterial, wobei die erste Komponente ein üblicher thermoplastischer Kunststoff und die zweite Komponente ein Elastomer ist. Diese zweite Komponente übernimmt die Abdichtung an der Wandung des Gehäuses. Anstelle einer Zwei-Komponenten-Dichtscheibe kann auch ein Dichtring oder eine Formdichtung verwendet werden, wobei dieser Dichtring bzw. die Formdichtung im radial äußeren Bereich der Endscheibe angeordnet ist und auf jeden Fall außerhalb der wirksamen Coalescerfläche liegt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Einströmöffnung für die Flüssigkeit am Gehäuse und die Einströmöffnung für die Flüssigkeit an der Endscheibe des Coalescers fluchtend anzuordnen, d. h. die Flüssigkeit erfährt keine Strömungsumkehr beim Einströmen. Dies hat den Vorteil, dass sofern Wassertröpfchen sich bereits in der Flüssigkeit gebildet haben, diese nicht durch Umlenkkanten oder Umlenkflächen zerstört oder aufgespalten werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Abdichtung für das Coalescerelement erfolgt dies axial, d. h. an der Dichtscheibe ist in Richtung Einströmöffnung eine Profildichtung oder eine Formdichtung angeordnet.
Die Fixierung sowohl des Coalescerelements, als auch des Filterelements erfolgt grundsätzlich über eine Federscheibe, welche sich einerseits am Boden des Gehäuses abstützt und andererseits eine axial gerichtete Kraft auf das Filterelement ausübt. Dieses Federelement übernimmt sowohl die radiale Führung auf der einen Seite des Filterelements, als auch die axiale Lagepositionierung. Auf der gegenüberliegenden Seite, d. h. im Bereich der Einströmöffnung für die Flüssigkeit erfolgt die radiale Lagesicherung der Elemente durch ein Steigrohr oder entsprechend an dem Steigrohr angeformte Lagerstellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Gehäuseboden ein Wassersammelraum angeordnet, dieser ist mit einer Öffnung bzw. einem Ablassventil zum Austragen des Wassers versehen. Ferner kann in diesem Bereich eine Heizung und/oder ein Wassersensor vorgesehen sein. Der Wassersammelraum selbst ist in das Gehäuse integriert, es besteht jedoch die Möglichkeit, an das nach unten offene Gehäuse einen beispielsweise aus durchsichtigem Kunststoffmaterial bestehenden Topf anzuschrauben.
Das Coalescerelement besteht in bevorzugter Weise aus einem hydrophilen Material. Der nachgeschaltete Partikelfilter kann ebenfalls eine äußere Schicht aus hydrophobem Material beispielsweise aus Gewebe, Meltblown oder Vlies aufweisen.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Hierbei zeigt:
1 eine Halbschnittdarstellung eines Kraftstofffilters in schematischer Form,
2 eine vergrößerte Darstellung des Einströmbereichs eines Kraftstofffilters,
3 bis 6 Varianten des Einströmbereichs des in 1 schematisch dargestellten Kraftstofffilters.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Ein Kraftstofffilter gemäß 1 besteht aus einem Gehäuse 10, welches im Wesentlichen topfförmig gestaltet ist. Das Gehäuse ist im oberen Bereich durch einen Deckel 11 verschlossen, dieser Deckel weist Eintrittsöffnungen 12 zum Einströmen des Kraftstoffes auf, wobei hier eine der Eintrittsöffnungen dargestellt ist. Diese Eintrittsöffnungen sind auf einem Teilkreis als Bohrungen gestaltet und gleichmäßig verteilt. Ferner ist eine Austrittsöffnung 13 vorgesehen, aus welcher der gereinigte Kraftstoff entnommen werden kann. Am unteren Ende des Gehäuses 10 befindet sich ein Wasseraustragventil 14, das hier lediglich schematisch dargestellt ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Steigrohr 17.
Im Gehäuse 10 befindet sich ein Partikelfilter 19, dieser besteht aus einem zick-zack-förmig gefalteten Filtermaterial, welches beispielsweise mehrschichtig aufgebaut sein kann. Oberhalb des Partikelfilters 19 ist ein Coalescerelement 20 angeordnet. Dieses besteht im gezeigten Beispiel ebenfalls aus einem zick-zack-förmig gefalteten Medium. Dieses Medium kann ein Polyestermaterial, ein Polyamid oder ein anderes Material mit coalescierenden Eigenschaften für Wasser sein.
Der Partikelfilter 19 besitzt an der Innenwandung ein Stützrohr 15, welches mit Öffnungen versehen ist, so dass die gereinigte Flüssigkeit ungehindert in den mittleren Bereich hindurchtreten kann und über das Steigrohr 17 abströmt.
Über die Einströmöffnung 12 strömt das zu reinigende Medium wie beispielsweise Dieselkraftstoff ein und durchströmt gemäß dem Pfeil 22 das Coalescerelement 20 von innen nach außen. Das Wasser, das sich in dem Kraftstoff befindet, koaliert zu großen bzw. größeren Ansammlungen oder Tröpfchen, strömt an der Gehäusewandung 10 nach unten und sammelt sich innerhalb eines Wasserreservoirs 23. Der zu reinigende Kraftstoff strömt von außen nach innen gemäß dem Pfeil 24 durch das Filterelement, wird dort gereinigt und verlässt über das Steigrohr 17 und die Austrittsöffnung 13 das Filtersystem. Sofern sich im Wasserreservoir 23 Wasser bis zu einem bestimmten Pegel angesammelt hat, kann dieses über das Wasseraustragsventil 14 entfernt werden.
Zwischen dem Coalescerelement 20 und dem Partikelfilter 19 befindet sich ein Trennelement 25. Eine Profildichtung 26a an der Außenwand des Steigrohrs 17 befestigt und sorgt für eine flüssigkeitsdichte Abtrennung des oberen Einströmbereich und des unteren Reinflüssigkeitsbereiches. Die Profildichtung 26a kann entfallen, wenn die Abdichtung zwischen Steigrohr 17 und Trennelement 25 durch ein Einpressen des Steigrohres in eine entsprechende Öffnung am Trennelement 25 erfolgt. An dem Trennelement 25 ist der Partikelfilter 19 und das Coalescerelement 20 durch eine Klebe- oder Schweißverbindung oder durch Einbetten verbunden. Die obere Endscheibe 26 des Coalescerelement besitzt wie Deckel 11 konzentrisch verteilt angeordnete Einströmöffnungen 27 und im äußeren Bereich eine Dichtung zu der Wandung des Gehäuses 10. Diese Endscheibe bildet damit eine Dichtscheibe, die in bevorzugter Weise einstöckig ausgebildet ist. Gleichzeitig dient diese Endscheibe auch als Anschlag für die Elemente 20 und 19. Der Anschlag wird definiert durch einen nach innen gezogenen Absatz 28 des Steigrohres 17. Anstelle des Absatzes 28 kann auch die Endscheibe 26 einen entsprechend geformten Kragen aufweisen. Aufgrund der nach oben gerichteten Kraftwirkung eines Federelementes 29, welches sich am Gehäuse 10 abstützt und eine, auf den Partikelfilter 19 gerichtete Kraft ausübt, werden die dargestellten Elemente 19 und 20 in ihrer gezeichneten Lage fixiert. Gleichzeitig dient das Federelement 29 auch als Toleranzausgleich für evtl. vorhandene Längentoleranzen des Gehäuses oder der darin befindlichen Elemente.
2 zeigt eine Detaildarstellung des oberen Einströmbereichs für den zu reinigenden Kraftstoff. Die mit 1 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Filtersystem ist an eine Befestigungsstruktur 30 angeschraubt, dies erfolgt über ein an dem Deckel 11 angeordnetes Gewinde 31 und einer an der Befestigungsstruktur angeordneten Gewindehülse 32. Die Abdichtung des Rohflüssigkeitsbereichs erfolgt über eine Profildichtung 33. Die Endscheibe bzw. Dichtscheibe 26 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, der im äußeren Bereich zu dem Gehäuse 10 hin verjüngt ist und nach Art einer Lippe 34 gestaltet ist. Durch diese, aufgrund ihrer Struktur weichelastischen Lippe 34 wird eine Abdichtung zwischen dem oberen Flüssigkeitsbereich 35 und dem unteren Flüssigkeitsbereich 36 erzielt. Durch die Gestalt der Lippe ist ein Ausgleich von Toleranzen des Gehäuses 10 oder auch von geringen Unrundheiten ohne weiteres möglich.
3 zeigt eine Dichtscheibe 26 bei welcher über einen, sich nach oben erstreckenden Kragen 37 eine Aufnahmenut 38 gebildet wird, in dieser Aufnahmenut kann ein O-Ring 39 oder eine andere Art einer elastischen Dichtung eingelegt werden.
Zur Vermeidung von Flüssigkeitsumlenkungen der über die Eintrittsöffnung 12 zugeführten Flüssigkeit weist die Endscheibe 26 Einströmöffnungen 27 auf, die näherungsweise mit den Öffnungen 12 fluchten. Damit wird vermieden, dass die Flüssigkeit über Kanten umgelenkt werden muss. Der Vorteil dieser verminderten Umlenkung liegt darin, dass ein Zerteilen von, in der Flüssigkeit enthaltenen Wassertröpfchen aufgrund von Kanten oder Verwirbelungen vermieden wird und damit ein höherer Wirkungsgrad des Coalescers erzielbar ist.
4 zeigt ein weiteres Dichtungsprinzip der Endscheibe 26. Hier befindet sich an der Endscheibe, die einen geringeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Gehäuses 10, eine Profildichtung 40 nach Art eines U-Profils, diese Dichtung wird vor der Montage über die Endscheibe gezogen bzw. gestülpt und bewirkt aufgrund der relativ großen Dichtungslänge eine besonders zuverlässige Abdichtung. Da sich der untere Schenkel der U-Profildichtung nicht bis in den Bereich des Filterelements erstreckt, besteht hinsichtlich der wirksamen Filterfläche keinerlei Einschränkung, d. h. die Flüssigkeit kann bis an die Endscheibe heran aus dem Coalescerelement heraus strömen. Es wird deutlich, dass das Dichtsystem sich außerhalb der wirksamen Coalescerfläche befindet.
5 zeigt eine Axialdichtung 41, welche auf die Endscheibe 26 aufgelegt oder aufgeklebt ist. Diese Dichtung ist eine einfache, vierkantförmig gestaltete Profildichtung, welche gleichzeitig auch die axiale Lage des Coalescerelements und des Partikelfilters 19 definiert. Ein Axialanschlag an dem Steigrohr 17 wie in 1 gezeigt, ist hier nicht erforderlich.
6 zeigt eine Endscheibe 26 mit einem Zwei-Komponenten-Aufbau. Der innere Bereich der Endscheibe ist ein Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polyamid. Am äußeren Rand ist eine Elastomerlippe 42 aus Kunststoff angespritzt. Diese Elastomerlippe legt sich dichtend an dem Gehäuse 10 an. Die axiale Abstützung von Coalescerelement und Partikelfilter 19 erfolgt über Stege 43, die an der Endscheibe 26 angeordnet sind.
Grundsätzlich können die Elemente 20 und 19 in unterschiedlicher Art und Weise abgestützt werden, dies zeigt die 2, Varianten auch 5 und 6. Wie bereits erwähnt, besteht die Abstützung in 2 durch einen Absatz 28, in 5 durch eine Axialdichtung 41 und in 6 durch Stege 43. Es besteht die Möglichkeit, diese unterschiedlichen Abstützungen auch zu kombinieren, bzw. zu variieren.

Claims

Filtersystem für Kraftstoff insbesondere Diesel-Filtersystem, wobei ein Partikelfilter in einem Gehäuse vorgesehen ist und ein Coalescerelement dem Partikelfilter vorgeschaltet ist und der Kraftstoff zunächst das Coalescerelement und, anschließend den Partikelfilter durchströmt und das Coalescerelement zu einer Verbesserung der Wasserabscheidung von im Kraftstoff enthalten Wasser am nachgeschalteten Partikelfilter führt, nach Patentanmeldung 10 2005 005 848.5 dadurch gekennzeichnet, dass das Coalescerelement zur Abdichtung zwischen dem einströmseitigen Kraftstoff und dem abströmseitigen Kraftstoff eine Dichtscheibe aufweist und diese Dichtscheibe einstückig ausgebildet ist und sich über das Coalescerelement in radialer Richtung bis zu einer Wandung des Gehäuses erstreckt, wobei das Coalescerelement aus einem hydrophilen Material besteht.
Filtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endscheibe aus einem Zweikomponentenkunststoffmaterial hergestellt ist, wobei die erste Komponente Polyester, Polyamid oder andere synthetische Stoffe aufweist und die zweite Komponente aus einem Elastomer besteht.
Filtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endscheibe mit einem Dichtring oder einer Formdichtung versehen ist, wobei das Dichtsystem außerhalb der wirksamen Coalescerfläche liegt.
Filtersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens eine Einströmöffnung für die zu reinigende Flüssigkeit aufweist und die Einströmöffnung an der Endscheibe des Coalescers für die zu reinigende Flüssigkeit derart angeordnet ist, dass die Flüssigkeit im wesentlichen ohne Umlenkung einströmen kann.
Filtersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen Coalescerelement und Gehäuse axial erfolgt.
Filtersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse in einem geodätisch unteren Bereich ein Wassersammelraum angeordnet ist und dieser insbesondere mit einer Heizung und/oder einem Wassersensor sowie einem Wasserablassventil ausgestattet ist.
Filtersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Coalescerelement aus einem hydrophoben Material besteht und der nachgeschaltete Partikelfilter eine äußere Schicht von hydrophobem Material als Gewebe, Meltblown oder Vlies aufweist.
Filtersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassersammelraum aus insbesondere durchsichtigem Kunststoffmaterial gestaltet ist.