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Die
Erfindung betrifft eine zylindrische Filtereinrichtung, insbesondere
einen Kraftstofffilter für
einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 858 825 B1 ist
eine zylindrische Filtereinrichtung mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten
Ringfiltereinsatz bekannt, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung und
eine Auslassöffnung
besitzt. Der Ringfiltereinsatz und das Gehäuse begrenzen eine äußere, ringförmige Kammer,
die mit der Einlassöffnung
kommuniziert, während
der Ringfiltereinsatz eine innere ringförmige Kammer begrenzt, die
durch ein Filtermedium hindurch mit der äußeren ringförmigen Kammer kommuniziert.
Unterhalb der inneren und der äußeren ringförmigen Kammern
ist eine Sedimentationskammer angeordnet, in welcher sich Wasser
absetzen kann, welches bei Bedarf über einen bodenseitigen Ablass
der Sedimentationskammer abgelassen werden kann. Sowohl der Einlass
als auch der Auslass der Filtereinrichtung sind dabei in einem oberen
Bereich angeordnet, wobei die Filtereinrichtung insgesamt stehend
eingebaut ist.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, eine gattungsgemäße Filtereinrichtung dahingehend
zu verbessern, dass bisher nicht nutzbare Einbaupositionen, insbesondere auch
in einem Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs, für eine Anordnung
der Filtereinrichtung genutzt werden können.
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Gelöst wird
dieses Problem mit einer gattungsgemäßen zylindrischen Filtereinrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich
bekannten, zylindrischen Filtereinrichtung, eine Filterkammer sowie eine
Sedimentationskammer so zueinander zu positionieren, dass die Filtereinrichtung
bei wirksamer und bleibender Abtrennung abgeschiedenen Wassers liegend
eingebaut werden kann, so dass dessen Zylindermittelachse im wesentlichen
waagerecht verläuft.
Durch die liegende Einbauposition der Filtereinrichtung können im
Vergleich zu herkömmlichen,
stehenden Filtereinrichtungen auch Einbaupositionen realisiert werden,
in welchen herkömmliche
Filtereinrichtungen nicht anordenbar sind. Insbesondere kann dadurch
ein ohnehin knapp bemessener Bauraum im Motorraum eines Kraftfahrzeuges
hierdurch in bestimmten Fällen
besser ausgenutzt werden, da bisher nicht für einen Einbau der Filtereinrichtung
zugänglicher
Bauraum nunmehr erschlossen werden kann. Durch die liegende Anordnung
der Filtereinrichtung ist es einerseits teilweise auch möglich, eine Einbauposition
zu wählen,
welche eine erleichterte Wartung der Filtereinrichtung im Vergleich
zu einer stehenden Position, insbesondere einen Austausch, ermöglicht,
wodurch Wartungs- beziehungs weise Reparaturkosten gesenkt werden
können.
Darüber hinaus
kann eine liegende Einbauposition auch eine niedrigere Motorbauhöhe begünstigen,
was insbesondere im Hinblick auf den Wunsch nach immer flacher werdenden
Außenkonturen
von Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist. Selbstverständlich kommt durch die liegende
Einbauposition auch ein Ein-/Anbau im Bereich eines Unterbodens
in Frage, wobei die Form der Filtereinrichtung prinzipiell an im
Unterbodenbereich vorhandene Aussparungen oder Hohlräume anpassbar
ist. Mit zylindrischer Filtereinrichtung ist daher auch nicht nur
eine kreiszylindrische Filtereinrichtung gemeint, sondern es sollen
auch andere zylindrische Formen von der Erfindung umfasst sein.
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Die
Sedimentationskammer, in welcher sich das Wasser sammeln kann, das
aus dem Kraftstoff ausgeschieden wurde, ist dabei wie bei herkömmlichen
Filtereinrichtungen unterhalb der Filterkammer angeordnet, so dass
die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung im wesentlichen derjenigen
der herkömmlichen
Filtereinrichtungen entspricht. Hierdurch sind die bisher gewonnenen
Erfahrungen auf die erfindungsgemäße Filtereinrichtung übertragbar,
wodurch von den bisherigen Forschungs- und Entwicklungsergebnissen
profitiert werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung weist
die Sedimentationskammer einen zu öffnenden Ablass auf. Hat sich
in der Sedimentationskammer so viel Wasser angesammelt, dass die
Gefahr besteht, dass es zu einem Rückfluss des abgeschiedenen
Wassers aus der Sedimentationskammer in einen darüber liegenden
Abscheideraum kommen kann und dadurch Wasser über den Auslass der Filtereinrichtung
in den Verbrennungsmotor gelangt, kann das bereits abgeschiedene
Wasser durch Öffnen
des Ablasses abgelassen werden und dadurch die Filtereinrichtung
regeneriert werden. Dabei ermöglicht
die liegende Einbauposition der Filtereinrichtung eine Anordnung
des öffenbaren
Ablasses vorzugsweise an genau der Stelle, welche für Wartungszwecke
einfach und schnell zugängig
ist, so dass sich die Wartung vereinfacht. Selbstverständlich kann
das in der Sedimentationskammer anfallende Wasser auch nach einer
der an sich vielfältig
bekannten Methoden automatisch entfernt werden.
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Zweckmäßig ist
zwischen der Filterkammer und dem Auslass ein mit der Filterkammer,
dem Auslass und der Sedimentationskammer kommunizierender Abscheideraum
vorgesehen, in welchem eine Abscheideeinrichtung angeordnet ist.
Der Abscheideraum bewirkt dabei, dass selbst bei einer übervollen
Sedimentationskammer zwar Wasser in den Abscheideraum gelangen kann,
dort aber von der im Abscheideraum angeordneten Abscheideeinrichtung am
Verlassen der Filtereinrichtung durch den Auslass gehindert wird.
Selbstverständlich
ist die Sedimentationskammer vorzugsweise derart bemessen, dass
auch bei ungünstigen
Verhältnissen
ein Überfüllen derselben
bei regelmäßigen Wartungsintervallen ausgeschlossen
werden kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem
Abscheideraum und der darunter gelegenen Sedimentationskammer eine Sperrvorrichtung
angeordnet, welche Wasser, das in der Sedimentationskammer sedimentiert
ist, am Zurückfließen in den
Abscheideraum zumindest behindert. Da bei kann die Sperrvorrichtung
beispielsweise als Ventileinrichtung, als Schikane oder als Schwappschutz
ausgebildet sein. Die Sperrvorrichtung hat somit die Aufgabe, Wasser,
welches in der Sedimentationskammer gesammelt ist, auch bei ungünstigen
Fahrverhältnissen,
insbesondere bei einer Kurvenfahrt oder bei starken Beschleunigungen/Verzögerungen
sowie Fahrzeugneigungen, an einem Zurückfließen in den Abscheideraum zu
hindern, so dass unter denkbaren Umständen mit Wasser verschmutzter
Kraftstoff die Filtereinrichtung nicht verlassen kann und dadurch
nicht in den Verbrennungsmotor gelangen kann und dort den Verbrennungsprozess
stört beziehungsweise
zu Korrosionsschäden führt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Abscheideeinrichtung derart ausgebildet beziehungsweise
angeordnet, dass sie aus dem Kraftstoff ausgeschiedenes Wasser der
Sperreinrichtung beziehungsweise der Sedimentationskammer zuführt. Die
Abscheideeinrichtung kann dabei beispielsweise in Form einer zur
Strömungsrichtung
schrägstehend
angeordneten und für
Kraftstoff permeablen Wand ausgebildet sein, welche für Wasser
nicht permeabel ist und an welcher Wasser nach unten in Richtung
der Sperrvorrichtung beziehungsweise der Sedimentationskammer aufgrund
der Schwerkraft abläuft.
Aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten
ist ein zuverlässiges
Abscheiden von Wasser einfach möglich.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung,
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2 einen Querschnitt entlang der Schnittebene
II-II.
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Entsprechend 1 weist
eine zylindrische Filtereinrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf,
welches einen Einlass 3 auf der Rohseite für zu reinigenden
Kraftstoff und einen Auslass 4 auf der Reinseite für gereinigten
Kraftstoff aufweist. Zylindrisch heißt dabei nicht unbedingt kreiszylindrisch.
Der Auslass 4 kann dabei wie in 1 gezeigt
im wesentlichen auf gleicher Höher
liegen wie der Einlass 3 oder aber auch an einer Oberseite
des Gehäuses 2 angeordnet
sein. In letzterem Fall läge
ein derartiger Auslass 4 im Bereich einer Stelle A. Der
Einlass 3 und/oder der Auslass 4 können dabei
beispielsweise als Stecknippel ausgebildet sein.
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Zwischen
dem Einlass 3 und dem Auslass 4 ist zumindest
eine Filterkammer 5 vorgesehen, in welcher ein ringförmiger und
radial von außen
nach innen durchströmter
Filtereinsatz 6 angeordnet ist. Dabei ist eine Strömungsrichtung
des Kraftstoffes durch die Pfeile 7 dargestellt, so dass
sich beim Betrieb der Filtereinrichtung 1 ein Kraftstofffluss
gemäß 1 von
links nach rechts ergibt. Der Filtereinsatz 6 kann als
gewöhnliche
Filterpatrone beispielsweise als Ringfiltereinsatz ausgebildet sein
und zur Vergrößerung einer
Filterfläche
Falten 8 (vgl. 2) aufweisen
oder auch koaleszierende Eigenschaften aufweisen.
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Unterhalb
der Filterkammer 5 ist eine Sedimentationskammer 9 angeordnet,
in welcher sich Wasser, welches aus dem Kraftstoff ausgeschieden wurde,
sammeln kann. Dabei liegt die Sedimentationskammer 9 gemäß den 1 und 2 im wesentlichen unterhalb einer Zylindermittelachse 10,
während
die Filterkammer 5 und der Filtereinsatz 6 im wesentlichen
darüber
liegen. Durch die Tatsache, dass die Zylindermittelachse 10 bei
montierter Filtereinrichtung 1 im wesentlichen waagerecht
verläuft, können gänzlich neue
Einbaupositionen der Filtereinrichtung 1 in einem Motorraum
oder einem Unterbodenbereich erschlossen werden, welche für herkömmliche,
stehende Filtereinrichtungen, nicht zugänglich sind. Insbesondere ist
auch durch die verringerte Bauhöhe
der Filtereinrichtung 1 eine Anordnung derselben dicht
unter einer Motorhaube möglich,
so dass die Filtereinrichtung 1 einfach für Wartungs-
beziehungsweise Reparaturarbeiten zugänglich ist, eine Außenlinie
des Kraftfahrzeuges jedoch nicht beeinträchtigt, da die Filtereinrichtung 1 im
Vergleich zu herkömmlichen
Filtereinrichtungen flacher baut.
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Zwischen
der Filterkammer 5 und dem Auslass 4 ist ein Abscheideraum 11 vorgesehen,
welcher sowohl mit einem Auslass 4'' der
Filterkammer 5, als auch mit dem Auslass 4 der
Filtereinrichtung 1 und auch mit der Sedimentationskammer 9 kommunizierend
verbunden ist. Im Abscheideraum 11 ist eine Abscheideeinrichtung 12 vorgesehen,
welche beispielsweise als für
Kraftstoff permeable, poröse
Wand ausgebildet ist. Auf der Abscheideeinrichtung 12 auftreffender
Kraftstoff durchdringt dieselbe und kann dadurch zum Auslass 4 und
weiter zu einem Verbrennungsmotor gelangen, während beispielsweise im Kraftstoff
mitgeführtes
Wasser von der Abscheideeinrichtung 12 in an sich bekannter
Weise abgeschieden beziehungsweise ausgeschieden wird und an derselben
nach unten ablaufen kann. Hierzu kann die Abscheideeinrichtung 12 beispielsweise
als engmaschiges, insbesondere hydrophobes, Sieb oder als hydrophobe
Membran ausgebildet sein oder ein(e) solches) aufweisen.
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Zwischen
dem Abscheideraum 11 und der darunter gelegenen Sedimentationskammer 9 ist eine
Sperrvorrichtung 13 angeordnet, die ein Zurückfließen von
Wasser aus der Sedimentationskammer 9 in den Abscheideraum 11 verhindert
oder zumindest behindert. Hierzu kann die Sperrvorrichtung 13 beispielsweise
als Ventileinrichtung, als Schwapp-Schutz oder wie in 1 gezeigt
als Schikane ausgebildet sein. Das an der Abscheideeinrichtung 12 abgeschiedene
Wasser läuft
somit an derselben nach unten und trifft auf ein Leitelement 14 der Sperrvorrichtung 13,
welches das ausgeschiedene Wasser aufgrund dessen Schwerkraft in
die Sedimentationskammer 9 ableitet. Wie in 1 gezeigt, ist
dabei die Abscheideein richtung 12 schräg zur Strömungsrichtung 7 angeordnet,
so dass sie abgeschiedenes Wasser direkt der Sperreinrichtung 13 beziehungsweise
der nachfolgenden Sedimentationskammer 9 zuführen kann.
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Um
die Sedimentationskammer 9 entleeren zu können, ist
vorzugsweise an deren Bodenseite ein Ablass 15 vorgesehen,
beispielsweise ein Ventil oder ein Hahn, welcher in geöffnetem
Zustand ein Ablassen des in der Sedimentationskammer 9 gesammelten
Wassers erlaubt. Günstigerweise
ist dabei der öffenbare
Ablass 15 so angeordnet, dass er leicht zu Wartungszwecken
zugänglich
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
nach 2 weist die Filtereinrichtung 1 einen
kreiszylindrischen Querschnitt auf, wobei erkennbar ist, dass die
Sedimentationskammer 9, welche im wesentlichen unterhalb
der Zylindermittelachse 10 angeordnet ist, eine im wesentlichen
halbmondförmige
Querschnittsform aufweist. Dem gegenüber ist die Filterkammer 5 im wesentlichen
kreiszylindrisch, wobei auch denkbar ist, dass die Filterkammer 5 einen
Querschnitt aufweist, welcher aus der Schnittmenge zweier Kreise gebildet
ist. Letztere Version ist mit einer zu dem Bezugszeichen 5 unterbrochen
gezeichneten Linie dargestellt. Ebenfalls ist der Filtereinsatz 6 gemäß 2 unterbrochen dargestellt, wobei die
Falten 8 zur Vergrößerung der
Filterfläche
deutlich erkennbar sind. Die Strömungsrichtung 7 gemäß der 2 verläuft dabei
von radial außen
nach innen. Der Übersicht halber
sind dabei mögliche
Falten 8 lediglich an manchen Stellen beispielhaft gezeichnet.
Anmerkend sei jedoch festgehalten, dass die Fil tereinrichtung 1 und/oder
der Filtereinsatz 6 und/oder die Filterkammer 5 jede
beliebige Zylinderform aufweisen können.
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Die
erfindungsgemäße Filtereinrichtung 1 funktioniert
wie folgt:
Zunächst
strömt
der zu reinigende Kraftstoff über
den Einlass 3 in die Filterkammer 5 der Filtereinrichtung 1.
Hierbei durchströmt
der zu reinigende Kraftstoff in Strömungsrichtung 7 den
in der Filterkammer 5 angeordneten Filtereinsatz 6 von
radial außen
nach radial innen und verlässt
die Filterkammer 5 gereinigt, aber noch Bestandteile von
Wasser aufweisend über
den Auslass 4' in
Richtung des Abscheideraums 11. Im Abscheideraum 11 durchdringt
der Kraftstoff die für Kraftstoff
permeable Abscheideeinrichtung 12, während das noch im Kraftstoff
mitgeführte
Wasser von der Abscheideeinrichtung 12, beispielsweise
einem hydrophoben Sieb, abgeschieden wird und an derselben nach
unten in Richtung des Leitelementes 14 der Sperrvorrichtung 13 aufgrund
dessen Schwerkraft abläuft.
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Beim
Verlassen der Filtereinrichtung 1 durch den Auslass 4 weist
der Kraftstoff somit zumindest einen deutlich reduzierten Wasseranteil
auf, was sich positiv auf einen Verbrennungsvorgang sowie auf mögliche Korrosionsprozesse
auswirkt. Das entlang des Leitelementes 14 der Sperrvorrichtung 13 fließende Wasser
gelangt in die unter der Filterkammer 5 und unter dem Abscheideraum 11 gelegene
Sedimentationskammer 9 und kann dort gesammelt werden.
Die Ausbildung der Sperrvorrichtung 13, beispielsweise
als Schikane oder als Schwapp-Schutz oder als Ventil verhindert
bei normalerweise auftretenden Fahrsituationen, insbesondere auch
bei einer Kurvenfahrt, dass das bereits separierte Wasser in der
Sedimentationskammer 9 wieder zurück in den Abscheideraum 11 gelangen
kann.
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Je
nach Bedarf kann das in der Sedimentationskammer 9 sedimentierte
Wasser über
den Ablass 15 abgelassen werden, wodurch die Filtereinrichtung 1 regeneriert
werden kann. Denkbar ist aber auch, dass die Sedimentationskammer 9 derart
dimensioniert ist, dass sie während
der gesamten Lebensdauer im Kraftstoff mitgeführtes Wasser aufnehmen kann,
so dass die Filtereinrichtung 1 wartungsfrei ist und lediglich
in bestimmten Intervallen als ganzes ausgetauscht werden muss. Auch
kann das sich in der Sedimentationskammer 9 ansammelnde
Wasser nach an sich bekannten Methoden automatisch abgezogen werden.
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Der
wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 1 liegt
darin, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen, stehenden Filtereinrichtungen
nunmehr liegend eingebaut werden kann, wodurch sich neue, bisher
nicht nutzbare Einbaupositionen ergeben.