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Die
Erfindung betrifft eine Filtereinheit zur Einbringung in die Kraftstoffzufuhrleitung
eines Autogas-Verbrennungsmotors, gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
steigende Anzahl von Kraftfahrzeugen wird mit Autogas betrieben.
Besitzer von Kraftfahrzeugen nutzen gehäuft die Möglichkeit
ihre mit Ottomotoren ausgestatteten Fahrzeuge auf Autogas-Betrieb
umzurüsten. Hierbei kann zwischen mehreren Anlagetypen
gewählt werden, die einen derartigen Betrieb ermöglichen.
Venturianlagen wandeln das im Tank unter Druck befindliche flüssige
Autogas über Verdampfer und Druckregler in den gasförmigen
Zustand um. In dieser Phase wird dem Motor das Autogas zugeführt.
Im Gegensatz hierzu fördern LPI-Anlagen das Autogas über
eine Ringleitung und Dosierventile in flüssiger Form in
den Ansaugtrakt des Motors.
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Autogas
besteht in der Regel aus Propan, Butan und deren Gemischen.
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Verunreinigungen
wie Sulfate und Ammoniakverbindungen und anorganische Bestandteile
des Autogases (Butene, Butadiene, Propen, Propadien und weitere
ungesättigte Kohlenwasserstoffe) führen unter
Druck- und Temperatureinflüssen bei der Vergasung in der
Autogasanlage u. a. zu Salz- und Kristallbildungen in den beweglichen
Teilen der Gasanlage.
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Durch
Butene, Butadiene, Propen, Propadien und weitere ungesättigte
Kohlenwasserstoffe werden langkettige Kohlenwasserstoffe gebildet,
welche in kaltem Zustand einen festen Aggregatzustand annehmen und
folglich die Membranen und Düsen der Gasanlage verstopfen.
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Zudem
ist das Lösen der Füllstoffe aus Verbindungsschläuchen
aufgrund der im Kraftstoff befindlichen ungesättigten Kohlenwasserstoff
(wie z. B. Lösemittel, Ester) ein bekanntes Problem. Dies
führt ebenfalls zum Verstopfen von Teilen der Gasanlage.
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Aus
den oben genannten Gründen, sollten die Verunreinigungen
und die störenden natürlichen Bestandteile der
Kraftstoffgemische aus diesen herausgefiltert werden, um einen behinderungsfreien und
wartungsarmen Betrieb eines mit Flüssiggas betriebenen
Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
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Wie
bereits bei Diesel und Benzin betriebenen Kraftfahrzeugen bekannt
ist, muss zum Herausfiltern von festen Partikeln aus dem Kraftstoff,
ein Kraftstofffilter in die Saugleitung zum Motor eingebracht werden.
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Herkömmliche
Filtereinrichtungen für mit Flüssiggas betriebene
Kraftfahrzeuge bestehen aus einem metallischen Druckgehäuse
mit Papiereinsatz. Derartige Papierfiltereinrichtungen müssen
jedoch regelmäßig erneuert werden, da Papierfilter
entweder prinzipiell nicht gereinigt werden können oder
nur im begrenztem Maße. Dies hat eine erhöhte
Umweltbelastung zur Folge.
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Die
DE 10 2007 007 232
U1 offenbart eine Filterbaugruppe, welche zwei konzentrisch
angeordnete Filtersiebe mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.
In den durch die Anordnung der Filtersiebe entstehenden Zwischenraum
sind Elemente gefüllt, welche die Filterung des Kraftstoffs
bezwecken. Die Filtersiebe sind von keinem Gehäuse umschlossen. Dieses
wird vielmehr durch die beispielhafte Einbringung der Filterbaugruppe
in ein Rohr gebildet. Das Filter muss daher mit dementsprechender
Kraft und Passgenauigkeit in das jeweilige Rohr eingebracht werden,
um einen dauerhaften Halt im Rohr zu gewährfeisten. Diese
Konstruktion ist jedoch nachteilig anzusehen, sobald das Filter
gewechselt bzw. gereinigt werden muss. In diesen Fällen
ist das Filter wieder mit dementsprechender Kraft aus dem Rohr zu entfernen.
Außerdem können sich durch die Nutzung des Fahrzeugs
Ablagerungen an den Stirnseiten des Filters gebildet haben, sodass
ein Entfernen desselbigen zusätzlich erschwert wird.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte
Filtereinheit anzugeben, die es zum einen ermöglicht, einen
Filtereinsatz schnell entfernen und auswechseln zu können
und zum anderen den Filtereinsatz aus Materialien zu erstellen,
die gereinigt und wiederverwendet werden können, wobei
die Filtereinheit vor allem derartig ausgebildet sein soll, dass
eine Verwendung in mit Flüssiggas betriebenen Kraftfahrzeugen
gewährleistet werden kann.
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Die
Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Filtereinheit
zur Einbringung in die Kraftstoffzufuhrleitung eines Verbrennungsmotors, gemäß der
Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche
mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen
darstellen.
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Erfindungsgemäß sieht
die Filtereinheit zur Einbringung in die Kraftstoffzufuhrleitung
eines Verbrennungsmotors ein Filtergehäuse vor, in welches durch
eine vorgesehene Öffnung ein Filtereinsatz eingebracht
und entnommen werden kann. Die Öffnung kann beispielhaft
als Schraubverschluss ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass
die Öffnung mit einer einfach zu konstruierenden Klappe
mittels Schrauben verschlossen werden kann.
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Die Öffnung
des Filtergehäuses kann sich wahlweise am oberen oder unteren
stirnseitigen Ende des vorzugsweise zylindrisch geformten Filtergehäuses
befinden. Ein leichter Ein- und Ausbau des Filtereinsatzes ist somit
jederzeit gewährleistet, da die Filtergehäuseöffnung
den konstruktiven Gegebenheiten des aufzurüstenden Fahrzeugs
angepasst werden kann.
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Der
durch die Öffnung eingebrachte Filtereinsatz kann zunächst
aus einem keramischen Material bestehen, welches in Form eines Rohrstücks
zentriert und abgedichtet in das Filtergehäuse eingebracht
ist und in Verbindung mit einem metallischen Gewebe oder Netz wirkt.
Das Metallgewebe oder -netz kann zum einen das keramische Material
umschließen. Zum anderen ist es konstruktiv möglich dieses
konzentrisch innerhalb des rohrförmigen Keramikmaterials
anzubringen. Keramische Werkstoffe sind in der Verbindung mit metallischen
Elementen in der Lage, die in der Beschreibungseinleitung genannten
Verunreinigungen aus dem Autogas zu filtern.
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Das
keramische Material ist hierbei zwar derartig verdichtet, dass es
eine rohrförmige Geometrie aufweist, jedoch so porös,
dass das zu filternde Autogas durch dieses hindurchströmen
kann.
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Zweckmäßigerweise
ist das keramische Material poröses Aluminiumoxid, Titanoxid
oder Siliziumkarbid, da sich diese Verbindungen besonders gut zur
Autogasfilterung eignen.
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Zweckmäßigerweise
ist der Filtereinsatz mit katalytisch wirkenden Elementen versehen.
D. h. die Filterung des Autogases wird durch das Einbringen zusätzlicher
Elemente in den Filtereinsatz beschleunigt und die Filterung des
Autogases ist bereits bei üblichen Betriebstemperaturen
möglich, ohne dass bei diesem Vorgang das zusätzlich
eingebrachte katalytische Element verbraucht wird.
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Im
Falle der Verwendung von porösem Aluminiumoxid als keramisches
Material eignet sich besonders ein Kupfer-Nickel Gemisch als katalytisches Element.
Es kann als Metallgewebe oder -netz ausgebildet sein, welches das
keramische Rohrstück umgibt oder von diesem umgeben wird.
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Zweckmäßigerweise
weist das Metallgewebe oder -netz eine Maschenweite von 0,35–0,72
mm mit einem Drahtdurchmesser von 0,24–0,32 mm auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform besteht der Filtereinsatz
aus gesinterten Buntmetallelementen. Testreihen haben ergeben, dass
auch Metalle und Legierungsgemische besonders gut geeignet sind,
Autogas von Verunreinigungen zu befreien.
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Zweckmäßigerweise
sind diese gesinterten Buntmetallelemente gesinterte Metallkugeln
aus Kupfer/Zinn-Bronze, welche, wie bereits beim keramischen Filtermaterial
erwähnt, eine rohrförmige Geometrie bilden.
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Zudem
ist auch bei der Verwendung von gesinterten Buntmetallelementen
der Einsatz von katalytischen Elementen im Filtereinsatz zweckmäßig.
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Im
Falle der Verwendung von gesinterten Metallkugeln aus Kupfer/Zinn-Bronze
eignet sich eine Vernickelung der Kugeln als katalytisch wirkendes
Element.
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Zweckmäßigerweise
werden bei der Verwendung von keramischen Materialien als Filtereinsatz,
der Granulatmenge weitere Elemente beigemischt. So kann beispielsweise
Titanoxid, Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid oder eine Mischung
der genannten Bestandteile als Beimengung verwendet werden. Dadurch
werden Abnutzungserscheinungen an Ventilen und Ventilsitzen verhindert.
Beim Betrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffarten und den daraus resultierenden
schwankenden Verbrennungsbedingungen werden die Materialien der
Ventile und Ventilsitze erhöht beansprucht. Unter Umständen
kann dies zu einem Motorschaden führen, was durch die Beimengung
additiver Elemente vermieden werden kann, da sich die beigemengten
Nano-Partikel zwischen den Ventilsitz und das Ventil setzen und
folglich eine Abtragung der Ventilsitze und Ventile im Gasbetrieb
reduzieren.
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Zweckmäßigerweise
weisen das beigemischte Titanoxid, Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid oder
wahlweise Mischungen aus den Elementen eine Körnung von
weniger als 10 Mikrometern auf und werden bei der Filterung des
Gases aus dem porösen Keramikmaterial herausgelöst.
Die herausgelösten Partikel werden mit dem Autogas zu den
Ventilen und Ventilsitzen transportiert, wo sie sich ablagern und
deren Verschleiß reduzieren.
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Die
dargelegte Filtereinheit wird, wie bereits erwähnt, in
mit Flüssiggasbrennstoff betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet
und hat den Vorteil, dass der Filtereinsatz problemlos ausgewechselt
und gereinigt werden kann. Folglich muss bei entsprechender Verschmutzung/Abnutzung
des Filtereinsatzes nicht die vollständige Filtereinheit
entsorgt und erneuert werden, sondern nur das keramische Material oder
die gesinterten Buntmetallelemente dem Filtergehäuse entnommen
und gereinigt werden. Ist der Filtereinsatz derart abgenutzt, dass
eine Reinigung die Wirksamkeit des Filtereinsatzes nicht mehr erhöht,
muss dieser gegebenenfalls erneuert werden. Dies ist weitaus günstiger,
als die vollständige Filtereinheit zu erneuern.
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Die
Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele sowie
unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
beispielhafte Darstellung des Filtergehäuses;
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2 eine
Schnittdarstellung der gesamten Filtereinheit mit keramischem Material
als Filtereinsatz und
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3 eine
Schnittdarstellung der gesamten Filtereinheit mit gesinterten Buntmetallelementen
als Filtereinsatz.
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Die
Filtereinheit (1) gemäß eines
Ausführungsbeispiels besteht zunächst aus einem
Filtergehäuse (1) welches zwischen zwei Rohren
eingebaut ist. Das zu filternde Gas strömt dabei durch
ein Eingangsverbindungsrohr (2), wird durch den im Filtergehäuse
(1) befindlichen Filtereinsatz gefiltert und kann am oberen
Ende des Filtergehäuses durch das Verbindungsausgangsrohr
(3) entweichen.
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Die
Bewegungsrichtung des Gases ist mit der Pfeildarstellung symbolisiert.
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Das
Filtergehäuse weist einen Gehäusedeckel (5)
auf, welcher mittels eines Schraubverschlusses (6) an dem
Filtergehäuse (1) angebracht werden kann. Im Gegensatz
hierzu ist der Boden des Filtergehäuses (7) dauerhaft
an das Filtergehäuse angebracht. Zudem ist es denkbar,
dass der Gehäusedeckel (5) aus einer einfachen
Klappenkonstruktion besteht, die mittels Schrauben mit dem Filtergehäuse (1)
verbunden werden kann.
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Die
Filtereinheit kann hierbei in den unterschiedlichsten Positionen
in der Gasanlage eingebracht werden, da die Filtereinheit konstruktionsbedingt
sowohl entspanntes Autogas und Flüssiggas reinigen kann.
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Bei
Gasanlagen (z. B. Venturianlagen), welche ein Verfahren zur Umwandlung
des flüssigen Autogases in den gasförmigen Zustand
umfassen, ist es zweckmäßig die Filtereinheit
zwischen den Verdampfer und den Eingangsdüsen zu platzieren.
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Bei
der Bereitstellung einer LPI-Anlage kann das Filter beispielsweise
nach dem Gasregler eingebaut werden.
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2 zeigt
eine Filtereinheit, welche als Filtereinsatz ein keramisches rohrförmiges
Material (9) aufweist. Dieses ist zentriert und abgedichtet
in das Filtergehäuse eingebracht, wobei zur Zentrierung des
Rohrstücks eine Zentrierhilfe (8) am Gehäuseboden
(7) angebracht ist. Zur Abdichtung gegenüber dem
Einlass im Gehäusedeckel (5) dient ein Verbindungsstück
(4), welches das einströmende Gas direkt in Richtung
des rohrförmigen Keramikmaterials (9) leitet.
Das rohrförmige Keramikmaterial (9) besteht zweckmäßigerweise
aus Aluminiumoxid und umschließt konzentrisch ein Metallgewebe
oder -netz (10). Das metallische Gewebe oder Netz (10)
wird zusammen mit dem Keramikmaterial (9) über
den Gehäusedeckel (5) in das Filtergehäuse
(1) gegeben.
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Das
metallische Gewebe oder Netz erfüllt zweckmäßigerweise
zugleich die Funktion eines katalytisch wirkenden Elements, wodurch
der Vorgang der Filterung beschleunigt wird, ohne dass das katalytische
Element verbraucht wird.
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Im
Falle der Verwendung eines Keramikmaterials (9) eignet
sich ein Kupfer/Nickel-Gewebe besonders als katalytisch wirkendes
Element. Folglich wird das Metallgewebe oder -netz aus Kupfer/Nickel-Drähten
gefertigt, wobei der Drahtdurchmesser 0,24–0,32 mm ist
und Maschenweiten von 0,35–0,72 mm geformt werden. Zudem
verhindert das Metallgewebe oder -netz, dass grobe keramische Bestandteile
des Filtereinsatzes Motor- oder Gasanlagenteile beschädigen
können.
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Zusätzlich
sind im keramischen Material Beimischungen eingebracht, die z. B.
aus den Bestandteilen Titanoxid, Siliciumcarbid und Aluminiumoxid bestehen
können. Diese beigemischten Elemente weisen dabei eine
Körnung von unter 10 Mikrometern auf und verhindern den
bereits erwähnten Verschleiß von Ventilen und
Ventilsitzen, indem sie mit dem gefilterten Gas zu den Ventilen
und Ventilsitzen transportiert werden.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Filtereinheit. In dem
gezeigten Filtergehäuse (1) werden gesinterte
Buntmetallelemente (11) als Filtereinsatz verwendet. Die
gesinterten Buntmetallelemente (11) sind zentriert und
abgedichtet in das Filtergehäuse (1) eingebracht.
Das hierbei verwendete Filtergehäuse (1) zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Gehäuses (1).
Am Gehäusedeckel (5) befindet sich in diesem Fall
nur das Eingangsverbindungsrohr (2), durch welches das
zu filternde Gas in das Filtergehäuse (1) gelangt.
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Die
gesinterten Buntmetallelemente (11), welche zweckmäßigerweise
Sintermetallkugeln aus Kupfer/Zinn-Bronze sind, werden von keinem
Metallgewebe oder -netz umgeben und bilden eine rohrförmige
Geometrie.
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Das
einströmende Gas strömt durch die gesinterten
Buntmetallelemente in das umgebende Filtergehäuse, um dann
durch das Ausgangsverbindungsrohr (3), welches in den Gehäuseboden
(7) integriert ist, Richtung Motor oder Gasanlage zu strömen.
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Das
katalytische Element wird in diesem Ausführungsbeispiel
durch Vernickelung der gesinterten Buntmetallelemente (11)
gebildet und erzielt folglich die gleiche Wirkung wie das keramische
Material (9) in Verbindung mit dem Metallgewebe oder -netz
(10).
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- 1
- Filtergehäuse
- 2
- Eingangsverbindungsrohr
- 3
- Ausgangsverbindungsrohr
- 4
- Verbindungsstück
- 5
- Gehäusedeckel
- 6
- Schraubverschluss
- 7
- Gehäuseboden
- 8
- Zentrierhilfe
- 9
- Rohrförmiges
Keramikmaterial
- 10
- Metallgewebe
oder -netz
- 11
- Gesinterte
Buntmetallelemente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007007232
U1 [0010]