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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Entgasen eines Filters,
insbesondere eines Kraftstofffilters nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs
1.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Entgasen eines Filters.
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Bei
Flüssigkeitsfiltern,
insbesondere bei Kraftstofffiltern, kann sich auf seiner Zuström- bzw. Rohflüssigkeitsseite
im Filtergehäuse
Luft oder Gas ansammeln. Das zum Filtern des Fluids zur Verfügung stehende
Filtervolumen kann dadurch erheblich reduziert werden. Außerdem ist
die, im ungenutzten Filtervolumen verbleibende, Filterfläche regelmäßig von
der zu filternden Flüssigkeit
benetzt, so dass diese Filterfläche
zumindest bei relativ niedrigen Differenzdrücken für Gase nahezu undurchlässig ist.
Das schädliche
Gasvolumen kann somit auch nicht über die Reinseite des Filters
entweichen.
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Insbesondere
bei modernen Kraftstoffeinspritzanlagen wird der Kraftstoff von
einer, zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kraftstofffilter in der
Kraftstoffzuführung
angeordneten Kraftstoffpumpe durch den Kraftstofffilter angesaugt.
Der sich dadurch im Kraftstofffilter ausbildende Unterdruck macht
eine herkömmliche
Entlüftung
unmöglich.
Aufgrund des im Filter herrschenden Unterdrucks würde eine,
mit der Atmosphäre
kommunizierende Entlüftungsbohrung
den gegenteiligen Effekt haben und das Filter würde sich mit Luft voll saugen.
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Aus
der
DE 19639283 A1 ist
eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, mit der verhindert
werden soll, dass sich bei einem Kraftstofffilter, durch das Kraftstoff
angesaugt wird, rohflüssigkeitsseitig
möglichst
kein ausgeschiedenes Gas ansammelt. Dadurch soll unter anderem vermieden
werden, dass angesammeltes Gas schlagartig durch das Filter hindurchtritt
und den Motorbetrieb stört.
Zu diesem Zweck führt
bei der bekannten Einrichtung, an einer lotrecht oben gelegenen
Stelle, an der sich aus dem Kraftstoff ausgetretenes Gas ansammelt,
ein Bypass zur Filterinnenseite. Dabei ist der, durch die Geometrie
des Bypasses mögliche
Bypassmengenstrom erheblich geringer, als der durch den Filterkörper führbare Mengenstrom.
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Aus
der
DE 4330840 C1 ist
ein Flüssigkeitsfilter
bekannt, das in einem stehend angeordneten Filtergehäuse einen
Ringfiltereinsatz mit Innenrohr enthält. Das Innenrohr besitzt dabei
ein Steigrohr, das an seiner offenen Unterseite mit einem Ableitungskanal
kommuniziert und an seiner Oberseite über eine schwimmergesteuerte
Entlüftungsöffnung mit
der Rohseite des Ringfiltereinsatzes verbunden ist. Bei im Filtergehäuse ansteigendem
Flüssigkeitspegel,
kann oberhalb des Flüssigkeitspegels
befindliches Gas durch die Entlüftungsöffnung aus
dem Filtergehäuse abströmen. Sobald
der Flüssigkeitspegel
hinreichend angestiegen ist, verschließt der Schwimmer die Entlüftungsöffnung.
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Es
ist ferner aus der
DE
19736029 C2 eine Einrichtung zum Entgasen eines Filters
bekannt, an dessen Reinseite die zu filternde Flüssigkeit angesaugt wird, wobei
ein Saugmittel zum Absaugen des Gases vorgesehen ist, das rohseitig
an das Filter angeschlossen ist. Dieses Saugmittel ist eine Injektorpumpe
oder eine Saug- oder Wasserstrahlpumpe, die von dem zurückgeführten Kraftstoff
durchströmt ist
und aufgrund der Saugwirkung eventuell vorhandene Luft aus dem Filtersystem
entnimmt. Dabei führt
allerdings die Saugstrahlpumpe zu einem Druckanstieg in der Kraftstoffrückführungsleitung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Entgasen
eines Filters zu schaffen, die zuverlässig arbeitet und das Kraftstoffsystem
nur unwesentlich beeinflusst.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.
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Der
wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Entgasung über eine
kleine Turbinen-Pumpenkombination erfolgt, wobei die Turbine durch
einen Flüssigkeitsstrom
angetrieben wird. Aufgrund der geringen zu fördernden Gasmenge, ist lediglich
ein geringer Energieaufwand erforderlich, um die Kreiselpumpe anzutreiben.
Vorteilhafterweise wird die Turbine durch den Rohflüssigkeitsstrom
oder den Reinflüssigkeitsstrom angetrieben.
Beide Ströme
sind unmittelbar am Filter über
Rohrleitungen geführt
und stehen dort als Antriebsquelle zur Verfügung. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung befindet sich das Absaugrohr zum Absaugen des Gases
aus dem Filter an der hydrostatisch höchsten Position im rohflüssigkeitsseitigen
Bereich. Selbstverständlich kann
auch im reinflüssigkeitsseitigen
Bereich eine Absaugung vorgenommen werden. Zur Vermeidung des Rücksaugens
von Luft, ist an der Entnahmeposition für das Flüssigkeits-Luftgemisch, ein
Rückschlagventil
vorgesehen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich die Turbinen-Pumpenkombination
im Gehäuse des
Filters bzw. im Gehäusekopf.
Dies hat zur Folge, dass keine zusätzlichen Leitungswege für das Antriebsfluid
benötigt
werden.
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Sofern
die Einrichtung zum Entgasen bei einem Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine Anwendung
findet, kann sie sich den Flüssigkeitsstrom,
der durch die Vorförderpumpe
erzeugt wird, zu Nutze machen.
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Vorteilhafterweise
ist die Turbine eine Radialschaufelturbine oder eine Propellerschaufelturbine. Selbstverständlich sind
unterschiedliche Arten von Turbinen zum Antrieb der Kreiselpumpe
möglich.
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Die
Kreiselpumpe selbst ist idealer Weise von selbst ansaugender Bauart
und kann eine Seitenkanalpumpe oder Flüssigkeitsringpumpe sein, welche
besonders flach baut und einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Entgasen eines Filters sieht vor, dass eine Turbine von einem
Fluidstrom angetrieben wird, wobei diese Turbine unmittelbar mit
einer Kreiselpumpe gekoppelt ist, welche die Absaugung des Flüssigkeits-Gasgemisch
bewirkt.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 ein
Systemschaubild eines Kraftstofffördersystems
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2 eine
Variante eines Kraftstofffördersystems
als Systemschaubild
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3 die
Schnittdarstellung eines Kraftstofffilters
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4 eine
weitere Schnittdarstellung eines Kraftstofffilters in einer Variante
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5 die
Detaildarstellung einer Antriebsturbine
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6 die
Detaildarstellung einer Seitenkanalpumpe.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die
schematische Ausführung
gemäß 1 zeigt
einen Kraftstofftank 10, in welchem sich bis zu einem bestimmten
Niveau Kraftstoff 11 befindet. Der Kraftstoff dient zur
Versorgung einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Innerhalb
des Tanks befindet sich ein Kraftstofffilter 12. Dieser
besteht aus einem, in einem Gehäuse 13 angeordneten,
Filterelement 14, welches in der Darstellung nur schematisch
angedeutet ist. Unterhalb des Kraftstofffilters 12 ist
eine Ansaugleitung 15 vorgesehen, zur Aufnahme des ungereinigten
Kraftstoffes 11. Oberhalb des Kraftstofffilters befindet
sich eine Leitung 16 für
den gereinigten Kraftstoff, dieser wird über diese Leitung einer Vorförderpumpe 17 zugeführt. Von
dieser Vorförderpumpe
gelangt der Kraftstoff über
eine Zulaufleitung 18 zu der Brennkraftmaschine. Der überschüssige Kraftstoff
wird über
eine Rücklaufleitung 19 von
der Brennkraftmaschine wieder zurück in den Tank geführt, dieser
Kraftstoff treibt eine Turbinen-Pumpeneinheit 20 an, die
noch näher
erläutert wird.
Die Pumpe dieser Turbinen-Pumpeneinheit ist mit einer Leitung 21 verbunden,
innerhalb dieser Leitung 21 befindet sich ein Rückschlagventil 22.
Aufgrund des Antriebs durch den Kraftstoff, der über die Rücklaufleitung 19 in
den Tank und durch die Turbinen-Pumpeneinheit 20 gelangt,
wird Kraftstoff bzw. eventuell vorhandene Luft, aus dem Kraftstofffilter 12 über die
Leitung 21 angesaugt und über die Ablaufleitung 23 dem
Kraftstoffreservoir, d. h. dem Tank 10, wieder zugeführt. Durch
dieses Abpumpen von Flüssigkeit
bzw. Luft, wird sichergestellt, dass keine Luft zur Vorförderpumpe 17 bzw.
in die Zulaufleitung 18 der Brennkraftmaschine gelangt.
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Selbstverständlich besteht
die Möglichkeit, den
Kraftstofffilter auch außerhalb
des Tanks anzuordnen, ebenso kann die Turbinen-Pumpeneinheit 20 außerhalb
des Tanks angeordnet werden.
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2 zeigt
eine Variante der schematischen Darstellung von 1.
Hier erfolgt der Antrieb der Turbinen-Pumpeneinheit über den,
aus dem Tank angesaugten, ungereinigten Kraftstoff. Gleiche Teile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der
von der Vorförderpumpe 17 angesaugte Kraftstoff,
gelangt von der Ansaugleitung 15 zunächst zu der Turbinen-Pumpeneinheit 20,
anschließend
in die Rohflüssigkeitsseite
des Kraftstofffilters 12, wird in dem Filter gereinigt
und über
die Zulaufleitung 18 der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Über die
Rücklaufleitung 19 gelangt überschüssiger Kraftstoff
unmittelbar in das Flüssigkeitsreservoir
bzw. den Kraftstofftank 10. Der angesaugte Kraftstoff treibt,
wie bereits erwähnt,
die Turbinen-Pumpeneinheit 20 an, der Pumpeneinlass ist über ein
Rückschlagventil 22 mit
der Rohflüssigkeitsseite
des Kraftstofffilters verbunden. Das sich dort ansammelnde Flüssigkeits-Luftgemisch
wird somit durch die Pumpe abgesaugt und über die Ablaufleitung 23 in
den Tank 10 zurückgeführt. Auch
hier besteht die Möglichkeit,
das Filtersystem sowohl außerhalb
als auch innerhalb des Kraftstofftanks anzuordnen.
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In 3 ist
in einer schematischen Schnittdarstellung ein Kraftstofffilter gezeigt.
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Dieser
Kraftstofffilter besteht aus einem Gehäuse 13, welches im
Wesentlichen topfförmig
gestaltet ist. Innerhalb des Gehäuses
befindet sich ein zickzackförmig
gefaltetes und konzentrisch angeordnetes Filterelement 14,
dieses Filterelement ist an seinen Stirnseiten 24, 25 mit
jeweils einer Endscheibe verschlossen. Das Filterelement 14 kann
auch ein Wickelfilter sein.
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Der
vom Tank angesaugte Kraftstoff gelangt über die Ansaugleitung 15 in
den äußeren Bereich des
Gehäuses 13 und
wird gemäß Pfeil 26 auf
die Reinseite 27 des Filterelements 14 geführt. Der
gereinigte Kraftstoff verlässt über die
Leitung 16 das Filtersystem. Oberhalb des Filters ist in
einem Filterkopf 28 eine Turbinen-Pumpeneinheit 20 angeordnet.
Diese besteht aus einer Antriebsturbine bzw. einem Antriebsturbinenrad 29,
das sich in einer Turbinenkammer 30 befindet. Das Turbinenrad 29 ist
mit einer Achse 31 versehen, diese Achse ist verbunden
mit einer Kreiselpumpe 32. Zwischen dem Turbinenrad 29 und
der Kreiselpumpe 32 ist ein Flüssigkeitsbypass 33 vorgesehen.
Unterhalb der Kreiselpumpe 32 ist eine Leitung 21 mit
einem Rückschlagventil 22 angeordnet. Über den Kraftstoff,
der durch die Rücklaufleitung 19 zum
Tank strömt,
wird das Turbinenrad 29 angetrieben. Dieser Kraftstoff
strömt
weiter über die
Leitung 34 in den, hier nicht dargestellten, Kraftstofftank.
Ein geringer Teil des Kraftstoffes strömt über den Flüssigkeitsbypass 33 zu
der Kreiselpumpe 32, um deren Funktion zu gewährleisten.
Aufgrund der Wirkung der Kreiselpumpe 32, wird dem Filtersystem,
das sich unterhalb befindet, ein Gemisch aus Luft und ungereinigtem
Kraftstoff entnommen. Dieses Gemisch strömt über das Rückschlagventil 22 und
die Leitung 21 zu der Kreiselpumpe und wird von dieser
der Ablaufleitung 23 zugeführt.
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Es
versteht sich von selbst, dass sofern der geförderte Kraftstoff Luft bzw.
Gas enthält,
sich diese Luft bzw. das Gas, im hydrostatisch höchsten Punkt ansammelt. Dieses
ist gleichzeitig der Punkt, an welchem sich das Rückschlagventil
bzw. die Leitung 21 befindet.
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4 zeigt
eine Variante, die der schematischen Darstellung in 3 entspricht.
Hier wird das Turbinenrad 29 durch den Kraftstoffvorlauf,
der über die
Leitung 15 zu dem Filterelement 14 gelangt, angetrieben.
Die Luft bzw. das Luft-Flüssigkeitsgemisch,
wird ebenfalls durch die Kreiselpumpe 32 am hydrostatisch
höchsten
Punkt abgesaugt und über die
Ablaufleitung 23 wieder dem Tank zugeführt.
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5 zeigt
eine Antriebsturbine, mit dem Antriebsturbinenrad 29, welches
sich in einem Turbinengehäuse 35 befindet.
Am Turbinengehäuse 35 ist der
Flüssigkeitszulauf 19 und
die Leitung 34, durch welche die Flüssigkeit abströmt, zu erkennen.
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6 zeigt
in einer Schnittdarstellung die Kreiselpumpe 32. Es handelt
sich hier um eine selbstansaugende Kreiselpumpe und zwar um eine
Seitenkanalpumpe. Das Kreiselrad 36 ist konzentrisch zum
Gehäuse 37 angeordnet,
ein Seitenkanal 38 mit variierter Kanaltiefe übernimmt
hier die Volumenänderung
bei Rotation. Die umgewirbelte Flüssigkeit strömt durch
die Leitung 16 aus. Der Eintritt der Flüssigkeit erfolgt im Bereich 39 von
der Oberseite, über eine
nicht sichtbare Ansaugöffnung,
her. Da die Pumpe zum Betrieb einen gewissen Flüssigkeitspegel im Gehäuse benötigt, ist
der in 3 und 4 dargestellte Flüssigkeitsbypass 33 vorgesehen.
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Sollte
die Drehzahl der Turbine für
die Wirkung der Pumpe nicht ausreichen, kann eventuell ein Stirnradgetriebe
zwischengeschaltet werden.
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Der
Vorteil der Seitenkanalpumpe gegenüber anderen, selbst ansaugenden
Kreiselpumpen liegt darin, dass diese eine bessere Förderleistung besitzt,
da das Laufrad das Gehäuse
voll ausfüllen kann.
Selbstverständlich
besteht die Möglichkeit,
andere Bauformen von selbst ansaugenden Kreiselpumpen, wie z. B.
Flüssigkeitsringpumpen,
zu verwenden. Bei letzteren ist lediglich das Kreiselrad exzentrisch
im Gehäuse
anzuordnen. Durch die Fliehkraft bei Rotation bildet sich ein Flüssigkeitsring
konzentrisch zum Gehäuse,
der praktisch als Verdränger arbeitet,
da die Luftkammern zwischen Rad und Gehäuse ihr Volumen mit der Rotation
ständig
verändern.
Für die
Luft- bzw. Luft-Flüssigkeitsgemisch-Förderung
ist diese Art der selbst ansaugenden Kreiselpumpe ebenfalls sehr
effizient.