DE102014006259B4

DE102014006259B4 - Koaleszenzelement eines Wasserabscheiders für Kraftstoff und Wasserabscheider

Info

Publication number: DE102014006259B4
Application number: DE102014006259.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Veit; Jochen Reyinger; Pius Trautmann; Heiko Fund
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2034-05-01
Also published as: DE102014006259A1

Abstract

Koaleszenzelement (36; 136; 236; 336) eines Wasserabscheiders (10; 310), das in einem Gehäuse (12) so angeordnet werden kann, dass es wenigstens einen Kraftstoffeinlass (26; 126) des Gehäuses (12) von wenigstens einem Kraftstoffauslass (18; 318) trennt, wobei im Strömungsweg (78) des Kraftstoffs wenigstens ein Koaleszenzmedium (58) zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Koaleszenzmedium (58) wenigstens ein zur Koaleszenz von Wasser geeignetes schaumartiges Koaleszenzmaterial umfasst, und wobei das Koaleszenzmaterial wenigstens teilweise offenporig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen von Poren (60) des Koaleszenzmaterials in Durchströmrichtung (78) des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium (58) zunehmen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Koaleszenzelement eines Wasserabscheiders, insbesondere eines Kraftstofffilters, für Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, insbesondere mit wenigstens einem Additiv, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das in einem Gehäuse so angeordnet werden kann, dass es wenigstens einen Kraftstoffeinlass des Gehäuses von wenigstens einem Kraftstoffauslass trennt, wobei im Strömungsweg des Kraftstoffs wenigstens ein Koaleszenzmedium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet ist.
Ferner betrifft die Erfindung einen Wasserabscheider, insbesondere eines Kraftstofffilters, für Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, insbesondere mit wenigstens einem Additiv, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, welches wenigstens einen Kraftstoffeinlass für zu reinigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser aufweist und in dem wenigstens ein Koaleszenzelement, insbesondere ein erfindungsgemäßes Koaleszenzelement, angeordnet ist, das den wenigstens einen Kraftstoffeinlass von dem wenigstens einen Kraftstoffauslass trennt, wobei im Strömungsweg des Kraftstoffs wenigstens ein Koaleszenzmedium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet ist.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2011 120 641 A1 ist ein Kraftstofffilter für Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und ein Filterelement bekannt. Ein Gehäuse des Kraftstofffilters weist wenigstens einen Kraftstoffeinlass für zu reinigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser auf. In dem Gehäuse ist das Filterelement angeordnet, das den Kraftstoffeinlass dicht von dem Kraftstoffauslass trennt. Das Filterelement weist ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium auf, das zur Filtrierung des Kraftstoffs von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmbar ist. Im Strömungsweg des Kraftstoffs hinter dem Filtermedium, dieses umgebend oder in dem von ihm begrenzten Innenraum, ist ein als Hohlkörper gestaltetes Koaleszenzmedium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet. Das Koaleszenzmedium umfasst wenigstens eine Lage aus einem zur Koaleszenz von Wasser geeigneten Vlies. Eine Hauptorientierung von Fasern der wenigstens einen Vlieslage verläuft quer zu einem Hauptströmungsweg für das abgeschiedene Wasser stromabwärts des Koaleszenzmediums.
Ein weiteres Koaleszenzelement ist aus der DE 10 2009 006 586 A1 bekannt, wobei dessen Koaleszenzmedium ein poröses Flächengebilde aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koaleszenzelement und einen Wasserabscheider der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser weiter verbessert wird.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Koaleszenzmedium wenigstens ein zur Koaleszenz von Wasser geeignetes schaumartiges Koaleszenzmaterial umfasst und wobei das Koaleszenzmaterial wenigstens teilweise offenporig ist, und ferner die Größe der Poren des Koaleszenzmaterials in Durchströmungsrichtung des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium zunehmen.
An dem wenigstens einen Koaleszenzmedium werden auch kleinste Wassertröpfchen, welche im Kraftstoff enthalten sind, in einer Stufe des Koaleszenzelements zu größeren Wassertropfen vereinigt. Dabei werden die feinen Wassertröpfchen an dem wenigstens einen Koaleszenzmedium, insbesondere in/an einer Porenstruktur des schaumartigen Koaleszenzmaterials, zurückgehalten und vergrößert, bis sie von der Kraftstoffströmung wieder mitgerissen und aus dem wenigstens einen Koaleszenzmedium ausgetragen werden.
Schaumartiges Koaleszenzmaterial hat den Vorteil, dass es bei unterschiedlichen Kraftstoffen oder Kraftstoffzusammensetzungen seine Koaleszenzfunktion beibehalten kann. So kann auch bei der Behandlung, insbesondere Reinigung, von Kraftstoffen, insbesondere Dieselkraftstoff, insbesondere Kraftstoffen, welche wenigstens ein Additiv enthalten, die Funktion der Koaleszenz/Wasserabscheidung an dem wenigstens einen Koaleszenzmedium sichergestellt werden. Dabei kann eine höhere Effektivität der Koaleszenz erreicht werden als insbesondere bei Köaleszenzmedien auf Basis von Glasfasern oder imprägnierter Cellulose. Dies kann sich insbesondere positiv auf den benötigten Bauraum insbesondere abströmseitig des Wasserabscheiders auswirken.
Additive sind Zusatzstoffe, die die Eigenschaften des Kraftstoffs verändern, insbesondere verbessern. Additive werden in der Regel im verhältnismäßig geringen Mengen dem Kraftstoff zugeführt.
Ferner können mit schaumartigen Koaleszenzmaterial, insbesondere aufgrund geringer Partikelaufnahme, insbesondere Staubaufnahme, hohe Standzeiten erreicht werden.
Schaumartiges Koaleszenzmaterial kann ferner mit unterschiedlichen Oberflächen realisiert werden. Schaumartiges Koaleszenzmaterial kann unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Wasser, insbesondere hydrophobe und/oder hydrophile Eigenschaften, aufweisen.
Die koalierten Wassertropfen können stromabwärts des wenigstens einen Koaleszenzmediums, insbesondere in einem Ausfällspalt in einer weiteren Stufe des Koaleszenzelements, ausgefällt werden. Sie können aufgrund ihres spezifischen Gewichts nach unten sinken. Dies kann als gravimetrische Wasserabscheidung bezeichnet werden.
Vorteilhafterweise kann das Wasser insbesondere in wenigstens einem Wassersammelraum gesammelt werden. Der wenigstens eine Wassersammelraum kann vorteilhafterweise mit wenigstens einem Wasserauslass verbunden sein. Über den wenigstens einen Wasserauslass kann das Wasser aus dem wenigstens einen Wassersammelraum abgelassen werden.
Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise eine oder mehrere Lagen aus oder mit schaumartigem Koaleszenzmaterial aufweisen. Jede der Lagen kann in sich und/oder die Lagen untereinander können gleiches oder unterschiedliches Koaleszenzmaterial aufweisen. Zusätzlich zu dem schaumartigen Koaleszenzmaterial kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium auch andersartiges Koaleszenzmaterial aufweisen.
Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise ausschließlich die Funktion der Koaleszenz von Wassertropfen aufweisen. Zusätzlich kann vorteilhafterweise das wenigstens eine Koaleszenzmedium eine Filterfunktion aufweisen. So können mit dem wenigstens einen Koaleszenzmedium insbesondere Partikel aus dem Kraftstoff herausgefiltert werden können.
Bei dem schaumartigen Koaleszenzmaterial kann vorteilhafterweise auf faserhaltige Materialien, insbesondere Cellulose, oder synthetisches Meltblown, verzichtet werden.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Wasserabscheider einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
Statt für Dieselkraftstoff kann das Koaleszenzelement auch zur Reinigung/ Koaleszenz/Wasserabscheidung bei andersartigem flüssigem Kraftstoff eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Koaleszenzmaterial synthetisch hergestellt sein. Auf diese Weise kann das Koaleszenzmaterial speziell für den Zweck der Zusammenführung von kleinsten Wassertröpfchen bei der Wasserabscheidung bei Kraftstoffen, insbesondere Kraftstoffen mit Additiven, optimiert sein. Ferner kann so die Beständigkeit gegenüber dem Kraftstoff und/oder dem wenigstens einen Additiv erhöht werden. Bei dem Koaleszenzmaterial kann vorteilhafterweise auf Regenerat verzichtet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium zumindest an einer Oberfläche hydrophile Eigenschaften aufweisen. Auf diese Weise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium zumindest im Bereich der Oberfläche kleinste Wassertröpfchen besser einfangen und koalieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Koaleszenzmaterial wenigstens ein Aminoplast, insbesondere Melaminharz, zumindest aufweisen. Insbesondere mittels Melaminharz kann das Koaleszenzmedium mit unterschiedlichen Oberflächen und Oberflächeneigenschaften ausgestattet werden. So können unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere was die Wirkung auf Wasser angeht, realisiert werden. So können hydrophobe und hydrophile Eigenschaften realisiert werden.
Erfindungsgemäß ist das Koaleszenzmaterial wenigstens teilweise offenporig. In/an den offenen Poren können die Wassertröpfchen einfach und effizient eingefangen werden.
Eine Porengröße des Koaleszenzmaterials nimmt in Durchströmrichtung des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium zu, insbesondere kann das Koaleszenzmaterial eine Gradientenstruktur bezüglich der Porengröße aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das Koaleszenzmaterial durch Formgebung und/oder Behandlung innerhalb und/oder an einer Oberfläche des schaumartigen Koaleszenzmediums mit variierenden Porengrößen ausgestattet werden.
Vorteilhafterweise kann das Koaleszenzmaterial zum Realisieren der Gradientenstruktur entsprechend gepresst werden.
Erfindungsgemäß kann die Porengröße in Durchströmrichtung des Kraftstoffs zunehmen. Auf diese Weise können stromaufwärts kleinste Wassertröpfchen in den kleineren Poren gefangen und vereinigt werden. Die koalierten und/oder etwas größere Wassertröpfchen können stromabwärts in den größeren Poren gefangen, weiter koalieren und somit vergrößert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium als Formteil geformt und gestaltet oder als Halbzeug geformt und anschließend gestaltet sein.
Das Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise als Formteil zu seiner endgültigen Form geformt, insbesondere geschäumt, werden. Alternativ kann das Koaleszenzmedium auch als insbesondere flaches Halbzeug geformt, insbesondere geschäumt, und anschließend zu seiner endgültigen Form gestaltet, insbesondere gefaltet, gebogen, plissiert, geschnitten und/oder gewickelt, sein.
Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise als Block, Balg und/ oder Hohlkörper geformt/gestaltet sein.
Der Hohlkörper des wenigstens einen Koaleszenzmediums kann vorteilhafterweise eine zylindrische oder konische Form aufweisen. Der Querschnitt des Hohlkörpers kann vorteilhafterweise rund, oval oder eckig sein. Der Hohlkörper kann vorteilhafterweise umfangsmäßig geschlossen sein. Der Hohlkörper kann vorteilhafterweise wenigstens an einer seiner Stirnseiten offen sein. Dort kann das abgeschiedene Wasser und/oder der Kraftstoff aus einem Innenraum des Hohlkörpers heraus oder mit Wasser belasteter Kraftstoff in den Innenraum des Hohlkörpers hinein gelangen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann im Strömungsweg des Kraftstoffs hinter dem wenigstens einen Koaleszenzmedium, dieses umgebend oder in einem von ihm begrenzten Innenraum, wenigstens ein insbesondere als Hohlkörper gestaltetes hydrophobes, kraftstoffdurchlässiges Trennmedium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet werden, derart, dass zwischen dem wenigstens einen Koaleszenzmedium und dem wenigstens einen Trennmedium wenigstens ein Ausfällspalt für abgeschiedenes Wasser realisiert werden kann.
An dem wenigstens einen Trennmedium können Wassertropfen, welche im Kraftstoff enthalten sind, zurückgehalten werden. Auf diese Weise kann die Wasserabscheidung verbessert werden. Vorteilhafterweise können die Wassertropfen, welche mit dem wenigstens einen Koaleszenzmedium vereinigt wurden, besser abgeschieden werden.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Trennmedium den wenigstens einen Ausfällspalt auf der dem wenigstens einen Koaleszenzmedium gegenüberliegenden Seite begrenzen. Die mit dem wenigstens einen Koaleszenzmedium vereinigten großen Wassertropfen können im Strömungsweg des Kraftstoffs hinter dem wenigstens einen Koaleszenzmedium in dem wenigstens einen Ausfällspalt ausgefällt werden. Sie können abhängig vom spezifischen Gewicht des Kraftstoffs nach unten sinken oder nach oben steigen.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Trennmedium siebartig sein. Ein siebartiges, insbesondere gewebtes Trennmedium hat den Vorteil, dass die Wassertropfen an den Siebfasern gehalten werden und insbesondere nach unten abtropfen beziehungsweise nach oben steigen können. An einem siebartigen Trennmedium kann das Wasser optimal zurückgehalten werden. Die Maschenöffnungen eines siebartigen Gewebes können einfach und definiert vorgegeben werden. Es kann optimal durchlässig für den Kraftstoff ausgestaltet sein. Mit einer siebartigen Struktur kann einfach der Druckverlust an dem wenigstens einen Trennmedium minimiert werden.
Das wenigstens eine Trennmedium kann vorteilhafterweise eine ähnliche Form aufweisen wie das wenigstens eine Koaleszenzmedium, insbesondere der Hohlkörper. Auf diese Weise können das wenigstens eine Koaleszenzmedium und das Trennmedium platzsparend insbesondere koaxial ineinander angeordnet werden.
Das wenigstens eine Trennmedium kann vorteilhafterweise eine zylindrische oder konische Form aufweisen. Der Querschnitt des wenigstens einen Trennmediums kann vorteilhafterweise rund, oval oder eckig sein. Das wenigstens eine Trennmedium kann vorteilhafterweise umfangsmäßig geschlossen sein. Das wenigstens eine Trennmedium kann vorteilhafterweise wenigstens an einer seiner Stirnseiten offen sein. Dort kann der von Wasser befreite Kraftstoff aus einem Innenraum des wenigstens einen Trennmediums heraus gelangen oder der mit Wasser belastete Kraftstoff zur Wasserabscheidung in den Innenraum geleitet werden.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Ausfällspalt gegebenenfalls mit dem wenigstens einen Wassersammelraum und/oder dem wenigstens einen Wasserauslass des Gehäuses des Kraftstofffilters verbunden sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Koaleszenzelement wenigstens ein Filtermedium aufweisen und/oder mit einem derartigen kombiniert sein.
Das Koaleszenzelement kann als mehrstufiges Filterelement oder in mehrstufiger Kombination mit einem Filtermedium, insbesondere einem Filterelement, realisiert sein. Der Kraftstoff kann zur Reinigung und Wasserabscheidung das wenigstens eine Filtermedium und das wenigstens eine Koaleszenzmedium durchströmen.
Das wenigstens eine Filtermedium kann vorteilhafterweise von Kraftstoff durchströmt werden. Mit dem wenigstens einen Filtermedium können insbesondere Partikel, welche den Kraftstoff verunreinigen, in einer Stufe des Koaleszenzelements, insbesondere eines Koaleszenz-Filterelements, herausgefiltert werden.
Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise abströmseitig des wenigstens einen Filtermediums angeordnet sein. Auf diese Weise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium mittels dem wenigstens einen Filtermedium vor Verschmutzung geschützt werden. Alternativ oder zusätzlich kann anströmseitig des wenigstens einen Filtermediums wenigstens ein Koaleszenzmedium angeordnet sein.
Das Filtermedium kann vorteilhafterweise als Hohlkörper ausgestaltet sein. Das als Hohlkörper ausgestaltete Filtermedium kann zur Filtrierung des Kraftstoffs von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmbar sein. Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise hinter und/oder vor dem wenigstens einen Filtermedium angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium in einem Innenraum des wenigstens einen Filtermediums angeordnet sein. Es kann von dem wenigstens einen Filtermedium umgeben sein. Bei einer Durchströmung des Filtermediums von außen nach innen kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium so abströmseitig des wenigstens einen Filtermediums angeordnet sein. Bei umgekehrter Durchströmung des Filtermediums kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium anströmseitig angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das insbesondere als Hohlkörper ausgestaltete wenigstens eine Koaleszenzmedium das wenigstens eine Filtermedium umgeben. Entsprechend kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium anströmseitig oder abströmseitig des wenigstens einen Filtermediums angeordnet sein. Die entsprechenden Umfangsseiten der Hohlkörper können dabei aneinander anliegen. Die Umfangsseiten der Hohlkörper können sich gegenseitig abstützen. Alternativ können sie zueinander beabstandet sein.
Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann vorteilhafterweise das wenigstens eine Filtermedium anströmseitig und/oder abströmseitig vollständig abdecken. Auf diese Weise muss der Kraftstoff das wenigstens eine Koaleszenzmedium zwangsweise passieren. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Koaleszenzmedium das wenigstens eine Filtermedium anströmseitig und/oder abströmseitig lediglich teilweise abdecken. Auf diese Weise kann der Kraftstoff durch entsprechende Lücken des wenigstens einen Koaleszenzmediums strömen und so das Koaleszenzmedium umgehen.
Vorteilhafterweise können der Hohlkörper des wenigstens einen Koaleszenzmediums und der Hohlkörper des wenigstens einen Filtermediums eine ähnliche Form aufweisen. Sie können vorteilhafterweise zueinander passende Größen aufweisen. Auf diese Weise können die Hohlkörper platzsparend ineinander angeordnet werden.
Das wenigstens eine Filtermedium kann wenigstens eine Partikelfilterlage aufweisen. Es kann vorteilhafterweise Filterpapier, Filtervlies oder ein andersartiges, insbesondere schaumartiges, Filtermaterial aufweisen, welches geeignet ist, Partikel aus dem Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, herauszufiltern.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Filtermedium aus einer oder mehreren Lagen bestehen. Das wenigstens eine Filtermedium kann vorteilhafterweise gefaltet, gebogen, plissiert und/oder gewickelt sein. Der Hohlkörper kann vorteilhafterweise balgartig sein. Das Filtermedium kann vorteilhafterweise sternförmig gefaltet sein. Vorteilhafterweise kann das Filtermedium zickzackförmig gefaltet und umfangsmäßig geschlossen sein. Der Hohlkörper kann vorteilhafterweise wenigstens eine Öffnung aufweisen. Durch die Öffnung kann der zu reinigende Kraftstoff in den Innenraum des Hohlkörpers hinein oder gereinigter Kraftstoff aus dem Innenraum heraus gelangen. Der Hohlkörper kann vorteilhafterweise auf wenigstens einer Stirnseite mit einem Endkörper, insbesondere einer Endscheibe, bevorzugt dicht verbunden sein. Mit dem wenigstens einen Endkörper kann das Filtermedium stabilisiert werden. Wenigstens einer der Endkörper kann eine Öffnung aufweisen. Die Öffnung kann gegebenenfalls mit der Öffnung des Hohlkörpers verbunden sein.
Das wenigstens eine Filtermedium kann vorteilhafterweise die Form eines Hohlzylinders, insbesondere eines Kreiszylinders, aufweisen. Alternativ kann das Filtermedium auch in anderer Form, insbesondere als eine Art Hohlkegel, realisiert sein. Der Hohlkörper des Filtermediums kann statt mit einer runden Grundfläche auch mit einer andersartigen, insbesondere ovalen oder eckigen, Grundfläche realisiert sein.
In dem Innenraum des wenigstens einen Filterelements, insbesondere des Filtermediumhohlkörpers, oder dieses umgebend kann wenigstens ein Stützkörper, insbesondere ein Stützrohr, angeordnet sein. An dem wenigstens einen Stützkörper kann sich das wenigstens eine Filtermedium und/oder das wenigstens eine Koaleszenzmedium abstützen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können das wenigstens eine Koaleszenzmedium und/oder gegebenenfalls das wenigstens eine Filtermedium und/oder gegebenenfalls das wenigstens eine Trennmedium koaxial angeordnet sein. Eine koaxiale Anordnung ist platzsparend. Ferner kann in einer koaxialen Anordnung ein Strömungsverlauf des Kraftstoffs von radial außen nach radial innen oder radial innen nach radial außen einfach optimiert werden. Die Grundfläche des wenigstens einen Koaleszenzmediums und gegebenenfalls des wenigstens einen Filtermediums und/oder des wenigstens einen Trennmediums können dabei ähnlich sein. Die Grundflächen können aber auch unterschiedlich sein. Sie können insbesondere rund, oval oder eckig sein.
Das wenigstens eine Koaleszenzmedium und gegebenenfalls das wenigstens eine Filtermedium und/oder gegebenenfalls das wenigstens eine Trennmedium können auch anders als koaxial angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann das Koaleszenzelement Teil eines Rundfilterelements oder als solches ausgestaltet sein. Es kann sich dabei vorteilhafterweise um ein Rundfilterelement mit einem runden Querschnitt, ein ovales Rundfilterelement mit einem ovalen Querschnitt, ein konisches Rundfilterelement, welches eine kegelartige Form aufweist, oder ein konisch-ovales Rundfilterelement handeln. Rundfilterelemente zeichnen sich durch ein bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig geschlossenes Filtermedium aus. An wenigstens einer Stirnseite kann das Filtermedium mit einem Endkörper, insbesondere einer Endscheibe, bevorzugt dicht verbunden sein. Wenigstens einer der Endkörper kann einen zentralen Durchlass für den Kraftstoff aufweisen. Der Kraftstoff kann das Rundfilterelement bezüglich der Elementachse von radial außen nach radial innen oder umgekehrt durchströmen.
Rundfilterelemente können platzsparend aufgebaut werden. Mit Rundfilterelementen kann ein optimales Verhältnis von Filter-/Abscheidefläche zu Einbauraum realisiert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch den Wasserabscheider dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Koaleszenzmedium wenigstens ein zur Koaleszenz von Wasser geeignetes schaumartiges Koaleszenzmaterial umfasst und wobei das Koaleszenzmaterial wenigstens teilweise offenporig ist, und ferner die Größe der Poren des Koaleszenzmaterials in Durchströmungsrichtung des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium zunehmen.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Koaleszenzelement und dessen vorteilhaften Ausführungsformen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für den erfindungsgemäßen Wasserabscheider und dessen vorteilhafte Ausführungsformen entsprechend und umgekehrt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können das Gehäuse öffenbar und das Koaleszenzelement austauschbar im Gehäuse angeordnet sein. Wenigstens das Koaleszenzelement kann so einfach zum Austausch oder zu Wartungszwecken aus dem Gehäuse entfernt werden.
Alternativ kann das Koaleszenzelement auch fest in dem Gehäuse angeordnet sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass das Gehäuse öffenbar ist.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 einen Längsschnitt eines Kraftstofffilter-Wasserabscheiders gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, mit einem austauschbaren, dreistufigen Koaleszenz-Filterelement, das ein Koaleszenzmedium aus einem schaumartigen Material aufweist;
2 einen Längsschnitt eines Koaleszenz-Filterelements eines Kraftstofffilter-Wasserabscheiders gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine isometrische Darstellung eines Koaleszenzelements eines Kraftstoff-Wasserabscheiders gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
4 einen Kraftstoff-Wasserabscheider gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
5 eine Detaildarstellung einer Porenstruktur eines Koaleszenzmaterials aus Melaminharz, aus dem die Koaleszenzmedien der Koaleszenz-/Filterelemente aus den 1 bis 4 realisiert sind.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist im Längsschnitt ein Kraftstofffilter-Wasserabscheider 10 eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Der Kraftstofffilter-Wasserabscheider 10 dient zur Reinigung des für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffs, beispielsweise Dieselkraftstoff. Der Kraftstoff enthält ein Additiv zur Verbesserung der Eigenschaften des Kraftstoffs. Ferner dient der Kraftstofffilter-Wasserabscheider 10 zur Abscheidung von in dem Kraftstoff enthaltenem Wasser.
Der Kraftstofffilter-Wasserabscheider 10 verfügt über ein zweiteiliges Gehäuse 12 mit einem becherförmigen Filtertopf 14 und einem Filterdeckel 16, der trennbar auf dem Filtertopf 14 angeordnet ist. Zwischen dem Filtertopf 14 und dem Filterdeckel 16 ist eine Ringdichtung 17 angeordnet.
In dem Deckel 16 ist etwa zentral ein Auslassstutzen 18 für den gereinigten Kraftstoff angeordnet, welcher außerhalb des Gehäuses 12 mit einer in der 1 nicht gezeigten Kraftstoffableitung verbunden ist. Im Inneren des Gehäuses 12 ist der Auslassstutzen 18 mit einem Ablaufraum 20 in einem Innenraum eines Verbindungsstutzens 22 verbunden. Der Verbindungsstutzen 22 erstreckt sich auf der dem Inneren des Gehäuses 12 zugewandten Seite des Deckels 16 koaxial zu einer Filterachse 24.
In der normalen Einbaulage unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verläuft die Filterachse 24, wie in der 1 gezeigt, räumlich vertikal. „Axial“, „radial“, „koaxial“ und „umfangsmäßig“ beziehen sich im Folgenden, wenn nicht anders angegeben, auf die Filterachse 24.
Radial außerhalb des Verbindungsstutzens 22 weist der Deckel 16 einen Einlassstutzen 26 für den zu reinigenden Kraftstoff auf, der mit einem Zulaufraum 28 im Gehäuse 12 verbunden ist. Außerhalb des Gehäuses 12 ist der Einlassstutzen 26 mit einer in der 1 nicht gezeigten Kraftstoffzuleitung für den Kraftstoff verbunden.
Im Boden des Filtertopfs 14 ist ein Wasserablaufstutzen 30 koaxial zur Filterachse 24 angeordnet. Der Wasserablaufstutzen 30 ist mit einem Wassersammelraum 32 unten im Gehäuse 12 verbunden. Außerhalb des Gehäuses 12 ist der Wasserablaufstutzen 30 mit einer nicht gezeigten Wasserablassleitung verbunden, über die von dem Kraftstoff abgeschiedenes Wasser aus dem Gehäuse 12 abgeleitet werden kann. In dem Wasserablaufstutzen 30 ist ein Wasserablassventil 34 mit einem Wasserstandsensor angeordnet. Im Ruhezustand ist das Wasserablassventil 34 geschlossen, sodass keine Flüssigkeit aus dem Wassersammelraum 32 durch den Wasserablaufstutzen 30 aus dem Gehäuse 12 entweichen kann. Bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Wasserstandes im Wassersammelraum 32 öffnet das Wasserablassventil 34 automatisch, sodass das abgeschiedene Wasser über den Wasserablaufstutzen 30 abgelassen werden kann.
In dem Gehäuse 12 ist ein austauschbares Koaleszenz-Filterelement 36 angeordnet. Das Koaleszenz-Filterelement 36 ist als Rundfilterelement ausgestaltet. Das Koaleszenz-Filterelement 36 trennt den Einlassstutzen 26 dicht von dem Auslassstutzen 18. Das Koaleszenz-Filterelement 36 umfasst ein sternförmig gefaltetes Filtermedium 38, mit dem insbesondere Partikel aus dem zu reinigenden Kraftstoff heraus filtriert werden. Das Filtermedium 38 hat insgesamt die Form eines koaxialen Kreiszylindermantels. An einer dem Boden des Filtertopfs 14 zugewandten unteren Stirnseite ist das Filtermedium 38 dicht mit einer Abschlussendscheibe 40 verbunden. An seiner gegenüberliegenden, dem Deckel 16 zugewandten oberen Stirnseite ist das Filtermedium 38 dicht mit einer Anschlussendscheibe 42 verbunden. Zwischen der Anschlussendscheibe 42 und der Abschlussendscheibe 40 erstreckt sich in einem Innenraum 45 des Filtermediums 38 koaxial ein skelettartiges, fluiddurchlässiges Mittelrohr 43, welches die beiden Endscheiben 40 und 42 miteinander verbindet.
Die Abschlussendscheibe 40 weist eine koaxiale Öffnung 44 auf. Die Öffnung 44 ist von dem Mittelrohr 43 umgeben. Die Öffnung 44 verbindet den Innenraum 45 mit dem Wassersammelraum 32. Auf der dem Boden des Filtertopfs 14 zugewandten Außenseite verfügt die Abschlussendscheibe 40 über beispielhaft vier Stützstege 46, die sich gleichmäßig verteilt entlang eines gedachten koaxialen Kreiszylindermantels erstrecken. Es können auch mehr oder weniger als vier Stützstege 46 vorgesehen sein. Der gedachte Kreiszylindermantel umgibt die Öffnung 44 und den Wasserablaufstutzen 30. Mit den Stützstegen 46 wird das Koaleszenz-Filterelement 36 gegen den Boden des Filtertopfs 14 abgestützt. Zwischen den Stützstegen 46 befinden sich Verbindungsöffnungen 48, über die sich Wasser im Wassersammelraum 32 auch radial außerhalb der Stützstege 46 verteilen kann.
Die Anschlussendscheibe 42 weist eine koaxiale Öffnung 50 auf. Die Öffnung 50 ist von zwei koaxialen Vorsprüngen umgeben, die sich an der Außenseite der Anschlussendscheibe 42 in axialer Richtung erstrecken. Die beiden Vorsprünge begrenzen eine Aufnahmenut 52 für einen ringartigen Einstecksteg 54 einer Trenneinheit 56 des Koaleszenz-Filterelements 36.
Zwischen der radial inneren Umfangsseite des Filtermediums 38 und dem Mittelrohr 43 befindet sich ein koaxiales Koaleszenzmedium 58. Das Koaleszenzmedium 58 besteht aus einer Lage eines schaumartigen Koaleszenzmaterials. Das Koaleszenzmedium 58 ist umfangsmäßig geschlossen und erstreckt sich zwischen der Anschlussendscheibe 42 und der Abschlussendscheibe 40. Das Koaleszenzmedium 58 dient der Koalierung, also Zusammenführung, auch von kleinsten im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen zu größeren Wassertropfen.
Bei dem schaumartigen Koaleszenzmaterial handelt es sich um synthetisch hergestelltes Melaminharz. Das Koaleszenzmaterial ist offenporig. In den 2 und 5 ist das Koaleszenzmaterial in Detailansichten gezeigt. Die Größen von Poren 60 des Koaleszenzmaterials nehmen in Durchströmrichtung 78 des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium 58 zu. Das Koaleszenzmaterial weist im Bereich seiner Anströmseite hydrophile Oberflächeneigenschaften auf. Zur Herstellung wird das Koaleszenzmaterial zu Halbzeug geschäumt und anschließend zu dem Koaleszenzmedium 58 gewickelt.
Die Trenneinheit 56 verfügt über einen Stützkorb 62 mit einem Anschlussabschnitt 64, welcher auch den Einstecksteg 54 aufweist, und ein Trennmedium 66.
Der Anschlussabschnitt 64 ist etwa scheibenförmig mit einer koaxialen Öffnung, in die der Verbindungsstutzen 22 des Deckels 16 hinein ragt. Auf seiner dem Deckel 16 zugewandten Außenseite verfügt der Anschlussabschnitt 64 über einen koaxialen Anschlussstutzen 68. Der Anschlussstutzen 68 ist an seiner freien Stirnseite um 90 Grad radial nach innen gebogen. Auf dem radial inneren Rand des Anschlussstutzens 68 sitzt eine Profilringdichtung 70. In den Anschlussstutzen 68 ist der Verbindungsstutzen 22 so eingesteckt, dass die Verbindung mit der Profilringdichtung 70 abgedichtet ist.
Die Trenneinheit 56 ist mit dem Trennmedium 66 voran axial durch die Öffnung 50 der Anschlussendscheibe 42 gesteckt. Der Stützkorb 62 und das Trennmedium 66 befinden sich in dem vom Koaleszenzmedium 58 begrenzten Innenraum, also auch im Innenraum 45 des Filtermediums 38.
Das Trennmedium 66 besteht aus einem hydrophoben Siebgewebe. Es hat die Form eines zur Filterachse 24 koaxialen Rohres. Es erstreckt sich von der Anschlussendscheibe 42 bis zur Abschlussendscheibe 40. Das Trennmedium 68 ist umfangsmäßig geschlossen.
Die Umfangswand des Stützkorbs 62 ist gitterartig aufgebaut und flüssigkeitsdurchlässig. Auf seiner der Verbindungsstutzen 22 zugeordneten Stirnseite ist der Stützkorb 62 offen. Die dem Wassersammelraum 32 zugewandte untere Stirnseite des Stützkorbs 62 ist geschlossen. Das Trennmedium 66 liegt an der Umfangsseite des Stützkorbs 62 an.
Zwischen dem Trennmedium 66 und dem Koaleszenzmedium 58 befindet sich im Innenraum 45 ein Ausfällspalt 74. Der Ausfällspalt 74 hat die Form eines Ringraums. Der Ausfällspalt 74 ist radial außen durch das Koaleszenzmedium 58 und radial innen durch das Trennmedium 66 begrenzt.
An der radial äußeren Umfangsseite der Abschlussendscheibe 40 ist außerdem eine Ringdichtung 72 angeordnet, welche sich radial außen gegen die radial innere Umfangsseite des Filtertopfs 14 abstützt. Die Ringdichtung 72 dichtet dem Zulaufraum 28 gegen den Wassersammelraum 32 ab.
Beim Betrieb des Kraftstofffilter-Wasserabscheiders 10 wird zu reinigender, Additiv enthaltender Kraftstoff, der mit Wasser und Schmutzpartikeln belastet sein kann, aus der Kraftstoffzuleitung, angedeutet durch einen Pfeil 76, durch den Einlassstutzen 26 dem Zulaufraum 28 zugeführt.
Der Kraftstoff durchströmt das Filtermedium 38 in Durchströmrichtung, angedeutet durch Pfeile 78, von dessen Rohseite radial außen zu seiner Reinseite radial innen. Dabei wird der Kraftstoff von den Partikeln befreit. Das Filtermedium 38 bildet eine erste Stufe des insgesamt dreistufigen Kraftstofffilter-Wasserabscheiders 10 für die Reinigung/Wasserabscheidung.
Auf der Reinseite durchströmt der von Partikeln befreite Kraftstoff mit dem Additiv das Koaleszenzmedium 58 von radial außen nach innen. Dabei werden im Kraftstoff enthaltene, auch kleinste Wassertröpfen in den Poren 60 des Koaleszenzmediums 58 eingefangen und zu größeren Wassertropfen vereinigt. Das Koaleszenzmedium 58 bildet eine zweite Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung. Wenn die Tropfengröße ausreichend ist, werden die großen Wassertropfen vom durchströmenden Kraftstoff wieder mitgerissen.
Der Kraftstoff mit dem Additiv und die großen Wassertropfen durchströmen die Öffnungen des Mittelrohrs 43 und gelangen in den Ausfällspalt 74.
Der Kraftstoff mit dem Additiv durchströmt das Trennmedium 66, welches eine dritte Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung bildet, von radial außen nach innen, angedeutet durch Pfeile 80, und gelangt nach oben in den Ablaufraum 20. Der gereinigte und von Wasser befreite Kraftstoff mit dem Additiv verlässt den Ablaufraum 20 über den Auslassstutzen 18, angedeutet durch Pfeile 82, und wird der Kraftstoffableitung zugeführt.
Die großen Wassertropfen hingegen werden durch das Trennmedium 66 zurückgehalten. Sie sinken im Ausfällspalt 74 aufgrund ihres im Vergleich zum Kraftstoff größeren spezifischen Gewichts nach unten, angedeutet durch Pfeile 84, in den Wassersammelraum 32.
Sobald der Wasserstandsensor des Wasserablassventils 34 das Erreichen des vorgegebenen Maximalwasserstands erfasst, wird das Wasserablassventil 34 automatisch geöffnet. Das Wasser verlässt den Wassersammelraum 32 durch den Wasserablaufstutzen 30 und gelangt in die Wasserablaufleitung.
Zu Wartungszwecken, beispielsweise zum Austausch oder zur Reinigung des Koaleszenz-Filterelements 36, wird der Deckel 16 in axialer Richtung von dem Filtertopf 14 entfernt. Das Koaleszenz-Filterelement 36 wird dann in axialer Richtung aus dem Filtertopf 14 heraus gezogen.
Zum Einbau wird das Koaleszenz-Filterelement 36 mit der Abschlussendscheibe 40 voran in axialer Richtung in den Filtertopf 14 gesteckt. Anschließend wird der Deckel 16 mit dem Verbindungsstutzen 22 voran in axialer Richtung auf die offene Seite des Filtertopfs 14 gesteckt, so dass der Verbindungsstutzen 22 dicht in die Profilringdichtung 70 ragt.
In der 2 ist ein Längsschnitt eines Ausschnitts eines Koaleszenz-Filterelements 136 eines Kraftstofffilter-Wasserabscheiders gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Koaleszenz-Filterelement 136 weist ein Filtermedium 138 und ein Koaleszenzmedium 58 aus dem in Verbindung mit 1 beschriebenen Koaleszenzmaterial auf. Bei dem Koaleszenzmedium 58 sind einige Poren 60 beispielhaft angedeutet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus der 1 ist das Filtermedium 138 lediglich als Schicht angedeutet. Das Filtermedium 138 dient der Partikelfiltration und der Vorkoaleszenz.
In der 3 ist ein Koaleszenzelement 236 eines ansonsten nicht gezeigten Kraftstoff-Wasserabscheiders gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Koaleszenzelement 236 ist mit dem als hohlzylindrisches Formteil gestalteten Koaleszenzmedium 58 aus dem in Verbindung mit der 1 beschriebenen schaumartigen Koaleszenzmaterial realisiert.
In der 4 ist ein Kraftstoff-Wasserabscheider 310 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Kraftstoff-Wasserabscheidung 310 weist, in der 4 oben, eine Einlasskammer mit einem Einlassstutzen 326 für den Wasser enthaltenden Kraftstoff auf. Die Einlasskammer enthält ein Koaleszenzelement 336 mit dem als Block geformten Koaleszenzmedium 58 aus dem in Verbindung mit der 1 beschriebenen schaumartigen Koaleszenzmaterial. Unten schließt sich ein Wassersammelraum 332 an. In dem Wassersammelraum 332 sind einige Wassertropfen angedeutet. Aus dem Wassersammelraum 332 führt unten ein Wasserablaufstutzen 330 heraus, aus dem das abgeschiedene Wasser abgelassen werden kann. Seitlich führt aus dem Wassersammelraum 332 ein Auslassstutzen 318 für den von Wasser befreiten Kraftstoff heraus.

Claims

Koaleszenzelement (36; 136; 236; 336) eines Wasserabscheiders (10; 310), das in einem Gehäuse (12) so angeordnet werden kann, dass es wenigstens einen Kraftstoffeinlass (26; 126) des Gehäuses (12) von wenigstens einem Kraftstoffauslass (18; 318) trennt, wobei im Strömungsweg (78) des Kraftstoffs wenigstens ein Koaleszenzmedium (58) zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Koaleszenzmedium (58) wenigstens ein zur Koaleszenz von Wasser geeignetes schaumartiges Koaleszenzmaterial umfasst, und wobei das Koaleszenzmaterial wenigstens teilweise offenporig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen von Poren (60) des Koaleszenzmaterials in Durchströmrichtung (78) des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium (58) zunehmen.
Koaleszenzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzmaterial synthetisch hergestellt ist.
Koaleszenzelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Koaleszenzmedium (58) zumindest an einer Oberfläche hydrophile Eigenschaften aufweist.
Koaleszenzelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzmaterial wenigstens ein Aminoplast, insbesondere Melaminharz, zumindest aufweist.
Koaleszenzelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Koaleszenzmedium (58) als Formteil geformt und gestaltet oder als Halbzeug geformt und anschließend gestaltet ist.
Koaleszenzelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg (80) des Kraftstoffs hinter dem wenigstens einen Koaleszenzmedium (58), dieses umgebend oder in einem von ihm begrenzten Innenraum, wenigstens ein insbesondere als Hohlkörper gestaltetes hydrophobes, kraftstoffdurchlässiges Trennmedium (66) zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet werden kann, derart, dass zwischen dem wenigstens einen Koaleszenzmedium (58) und dem wenigstens einen Trennmedium (66) wenigstens ein Ausfällspalt (74) für abgeschiedenes Wasser realisiert werden kann.
Koaleszenzelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzelement (36; 136) wenigstens ein Filtermedium (38; 138) aufweist und/oder mit einem derartigen kombiniert ist.
Koaleszenzelement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Koaleszenzmedium (58) und/oder gegebenenfalls das wenigstens eine Filtermedium (38; 138) und/oder gegebenenfalls das wenigstens eine Trennmedium (66) koaxial angeordnet sind.
Wasserabscheider (10; 310) mit einem Gehäuse (12), welches wenigstens einen Kraftstoffeinlass (26; 326) für zu reinigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass (18; 318) für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass (30; 330) für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser aufweist und in dem wenigstens ein Koaleszenzelement (36; 136; 236; 336) angeordnet ist, das den wenigstens einen Kraftstoffeinlass (26; 326) von dem wenigstens einen Kraftstoffauslass (18; 318) trennt, wobei im Strömungsweg (78) des Kraftstoffs wenigstens ein Koaleszenzmedium (58) zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser angeordnet ist,wobei das wenigstens eine Koaleszenzmedium (58) wenigstens ein zur Koaleszenz von Wasser geeignetes schaumartiges Koaleszenzmaterial umfasst und wobei das Koaleszenzmaterial wenigstens teilweise offenporig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen von Poren (60) des Koaleszenzmaterials in Durchströmrichtung (78) des Kraftstoffs durch das Koaleszenzmedium (58) zunehmen.
Wasserabscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) öffenbar und das Koaleszenzelement (36; 136; 236; 336) austauschbar im Gehäuse (12) angeordnet ist.