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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstofffilter zum Entfernen von Schmutzpartikeln
aus einem Kraftstoff, insbesondere aus Diesel.
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Kraftstofffiltern
moderner Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder
Lastkraftwagen, kommt insbesondere die Funktion zu, den durch den
Kraftstofffilter geführten Kraftstoff von Schmutzpartikeln
zu reinigen. Eine weitere Funktion kann das Abscheiden von Wasser,
welches in dem Kraftstoff mitgeführt wird, sein.
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Um
diese Funktionen zu verwirklichen, ist es bekannt, ein mit feinen
Poren gestaltetes Filterelement in Form einer Filterpatrone in einem
zylindrischen Gehäuse anzuordnen. Der Kraftstoff wird derart
durch die Poren des Filterelements hindurchgeleitet, dass die im
Kraftstoff mitgeführten Schmutzpartikel zurückgehalten
und gegebenenfalls auch Wassertröpfchen agglomerieren und
abgeschieden werden.
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Die
derartigen Filterelemente werden im Neuzustand zwar den genannten
beiden Funktionen in vollem Umfang gerecht, über die Betriebs-
bzw. Benutzungsdauer hinweg können sich jedoch deren Poren
derart mit Schmutz zusetzen, dass die Reinigungswirkung nicht mehr
im gewünschten Umfang stattfinden. Bekannte Kraftstofffilter
haben daher eine klar begrenzte Standzeit.
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Neue
Anforderungen der Fahrzeugindustrie verlangen immer höhere
Standzeiten bei gleicher Effizienz, um längere Filterwechselintervalle
zu erreichen. Gleichzeitig wird die Geometrie der Kraftstofffilter
aufgrund einer Beschränkung des Bauraums immer kleiner.
Dies erschwert es höhere Standzeiten zu erreichen.
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Aufgabe und Lösung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung einen Kraftstofffilter der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, dass dieser bei vergleichsweise geringen
Zusatzkosten eine erheblich höhere Standzeit aufweist.
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Die
Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einem gattungsgemäßen
Kraftstofffilter gelöst, bei dem mindestens zwei Filterelemente
vorgesehen und derart angeordnet sind, dass sie von dem zu reinigenden Kraftstoff
in der Art einer Parallelschaltung durchströmt werden,
wobei das erste und das zweite Filterelement in einem gemeinsamen
Gehäuse angeordnet sind.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass an modernen Kraftstofffiltern
das Verhältnis von Filterfläche zu Filtervolumen
vergrößert werden muss, um längere Standzeiten
mit kleinen bzw. kleineren Filterelementen zu erreichen.
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Es
sind zwar Lösungen bekannt, bei denen die Filterfläche
durch eine serielle Anordnung von Filterelementen bei gleichen Außenabmessungen
des Kraftstofffilters vergrößert wird, jedoch
verfolgt die erfindungsgemäße Lösung
einen ganz anderen Weg, denn dort werden mehrere Filterelemente
in paralleler Anordnung von Kraftstoff durchströmt. Bei
einer seriellen Anordnung durchströmt der Kraftstoff alle Filterelemente
und diese haben daher denselben Kraftstoffdurchfluss wie bei einem
Kraftstofffilter mit nur einem Filterelement. Es erfolgt daher bei
einer solchen seriellen Auslegung keine Aufteilung der Durchflussmengen.
Mit zunehmenden Durchflussmengen und bei Filtration von Biokraftstoffen
weisen derartige Kraftstofffilter weiter die oben genannten Probleme
und insbesondere keine verbesserte Wasserabscheidung auf. Auch ergeben
sich bei serieller Anordnung höhere Druckverluste und höhere
Produktionskosten.
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Moderne
Dieseleinspritzsysteme erfordern höhere Wasserabscheidegrade,
um mögliche Ausfälle des Einspritzsystems (z.
B. durch Korrosionseffekte) zu vermeiden. Zugleich benötigen
solche Einspritzsysteme höhere Durchflussmengen, was eine gute
Wasserabscheidung erschwert. Je höher der Durchfluss ist,
umso höher sind die Anforderungen an das Filterelement,
um die gleichen Wasserabscheidegrade zu erreichen.
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Darüber
hinaus erreicht die erfindungsgemäße Lösung
auch die Anforderungen an die Wasserabscheidung, welche sich mit
der Verwendung neuer Biokraftstoffe ergeben und erreicht die Effizienzanforderungen,
wie sie sich beispielsweise aus ISO TR 13353 ergeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen ”parallel”-Auslegung
mehrerer Filterelemente ist der Durchfluss durch das einzelne Filterelement
deutlich geringer, als bei herkömmlichen Lösungen.
Dies ist im Hinblick auf die oben erläuterte Problematik
und auch für die Wasserabscheidung bei großen
Durchflussmengen pro Zeiteinheit oder bei der Filtration von Biokraftstoffen
besonders vorteilhaft.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung sind die beiden Filterelemente konzentrisch angeordnet.
Mit dieser Lösung ist ein besonders gleichmäßig
wirkender und zugleich bauraumsparender Kraftstofffilter geschaffen.
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Um
weiterhin bekannte Techniken von Filterelementen nutzen zu können,
ist vorteilhaft mindestens eines der Filterelemente mit einer Filterpatrone ausgebildet,
die im Querschnitt sternförmig gestaltet ist.
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Bevorzugt
sind ferner beide Filterelemente als Filterpatrone gestaltet und
es ist eine die Filterpatronen an einer Stirnseite abschließende
Deckfläche ausgebildet, mit der ein sich zwischen den Filterpatronen
befindender Zwischenbereich abgedeckt ist. Die mindestens zwei erfindungsgemäßen
Filterelemente sind mit der Deckfläche zu einer Baueinheit zusammengefasst,
die als solche geprüft und montiert werden kann. In der
Deckfläche ist ferner vorteilhaft eine Durchflussaufteilung
auf die einzelnen Filterelemente ausgebildet.
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Als
Möglichkeit der Durchflussaufteilung ist vorteilhaft die
Deckfläche mit einem zentralen Einlass zum Einströmen
von Kraftstoff in einen sich innerhalb der inneren Filterpatrone
befindenden Innenbereich gestaltet. Bei dieser Ausgestaltung wird
ein Teil des durch den zentralen bzw. mittleren Einlass einströmenden
Kraftstoffs durch das innenliegende Filterelement gereinigt, während
ein anderer Teil des Kraftstoffstroms, wie nachfolgend erläutert,
an die Außenseite des außenliegenden Filterelements
geleitet und durch dieses hindurch gereinigt wird.
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Bei
dieser Ausgestaltung ist es daher weiter bevorzugt, dass die Deckfläche
einen Auslass zum Ausströmen von Kraftstoff aus einem sich
zwischen den Filterpatronen befindenden Zwischenbereich aufweist
und/oder dass die Deckfläche derart mit einer die äußere
Filterpatrone umgebenden Wandung zusammenwirkt, dass zwischen der
Deckfläche und der Wandung mindestens ein weiterer Einlass
zum Einströmen von Kraftstoff in einen sich außerhalb
der äußere Filterpatrone befindenden Außenbereich ausgebildet
ist.
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Der
Zwischenraum zwischen den beiden derartigen Filterelementen ist
vorteilhaft an seiner der Deckfläche gegenüberliegenden
Stirnseite mit einer geschlossenen zweiten Deckfläche ausgebildet. An
dem derart gestalteten Kraftstofffilter sind die Filterelemente
ferner bevorzugt derart gestaltet, dass eine Abscheidung von Wasser
an den den Einlässen zugewandten Seiten der Filterelemente
stattfindet. Das abgeschiedene Wasser sinkt an diesen Flächen dann
nach unten und sammelt sich am Boden des Kraftstofffilters in einem
Wassersammelraum.
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Bei
einer zweiten, alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Kraftstofffilters weist die Deckfläche einen Einlass zum
Einströmen von Kraftstoff in einen sich zwischen den Filterpatronen befindenden
Zwischenbereich auf. Der Kraftstoff durchströmt nachfolgend
(im Gegensatz zur oben erläuterten Ausgestaltung) das innere
Filterelement von außen nach innen und das äußere
Filterelement von innen nach außen.
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Dabei
weist die genannte Deckfläche der weiteren Ausgestaltung
bevorzugt einen zentralen Auslass zum Ausströmen von Kraftstoff
aus einem sich innerhalb der inneren Filterpatrone befindenden Innenbereich
auf und wirkt ferner bevorzugt derart mit einer die äußere
Filterpatrone umgebenden Wandung zusammen, dass zwischen der Deckfläche
und der Wandung mindestens ein weiterer Auslass zum Ausströmen
von Kraftstoff aus einem sich außerhalb der äußere
Filterpatrone befindenden Außenbereich ausgebildet ist.
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Um
die angestrebten Ströme von Kraftstoff durch das innere
und äußere Filterelement in paralleler Strömungsaufteilung
zu erzielen ist ferner bevorzugt gegenüber der Deckfläche
eine den Innenbereich abschließende und/oder eine den Außenbereich
zur Wandung hin abschließende zweite Deckfläche
ausgebildet. Ein Abscheiden von Wasser findet auch bei dieser Ausgestaltung
vorteilhaft jeweils an den den Einlässen zugewandten Seiten
der Filterelemente statt. Ferner ist bevorzugt zwischen der zweiten
Deckfläche und der genannten Wandung eine Dichtung angeordnet.
Bei einem Kraftstofffilter, bei dem kein Wasser abgeschieden werden
soll, ist bevorzugt gegenüber der Deckfläche eine
geschlossene zweite Deckfläche ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung
eines Kraftstofffilters mit mindestens zwei parallel durchströmten,
jeweils patronenförmigen Filterelementen kann besonders
kostengünstig hergestellt werden.
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Der
erfindungsgemäße Kraftstofffilter hat bei gleichem
Bauraum gegenüber herkömmlichen Ausführungen
eine um ca. 25% bis 30% größere Filterfläche
und eine deutlich verbesserte Standzeit (ebenfalls ca. 25% bis 30%).
Der Wasserabscheidegrad ist auch bei hohen Durchflussmengen pro
Zeiteinheit und bei Verwendung von Biokraftstoffen verbessert. Die
Zusatzkosten sind im Vergleich zu aktuellen Filterelementen mit
derartigen Funktionalitäten und Qualitäten gering.
Darüber hinaus kann die aus den oben genannten Filterpatronen
jeweils gebildete Baueinheit auch im Austausch in Gehäuse
von bereits bestehenden Kraftstofffiltern verbaut werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
Kraftstofffilters anhand der beigefügten schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen
perspektivischen Längsschnitt eines Ausführugsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Kraftstofffilters,
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2 den
Schnitt gemäß 1 in vergrößerter
Darstellung der zugehörigen Filterelemente und Deckflächen,
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3 eine
Explosionsdarstellung der Bauteile gemäß 2,
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4 die
Ansicht gemäß 2 eines
zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstofffilters
und
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5 die
Ansicht gemäß 2 eines
dritten Ausführugsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstofffilters.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Kraftstofffilter 10 dargestellt, der ein im Wesentlichen
becherförmiges Gehäuse 12 umfasst, welches
mit einem Deckel 14 verschlossen ist. An dem Deckel 14 sind
ein zentraler erster Anschluss 16 und ein sich daneben
befindender zweiter Anschluss 18 angeordnet, durch die
ein (weiter nicht dargestellter Kraftstoff) in das Innere des Gehäuses 12 hinein
und aus diesem heraus gefördert werden kann.
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Im
Inneren des Gehäuses 12 ist ferner eine Filteranordnung 22 vorgesehen,
die aus zwei Filterelementen 24 und 26 sowie zwei
Deckflächen 28 und 30 gebildet ist.
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Unter
der Filteranordnung 22 befindet sich im Inneren des Gehäuses 12 ferner
ein Wassersammelraum 32 sowie ein Wasserablass 34.
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In
den 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
der Filteranordnung 22 veranschaulicht, bei dem am zugehörigen
(in diesen Fig. nicht dargestellten) Deckel 14 der erste
Anschluss 16 als Einlass und der zweite Anschluss 18 als
Auslass für Kraftstoff dienen. Die Filteranordnung 22 gemäß den 2 und 3 ist
mit einem Filterelement 24 gebildet, welches als solches
als Kreiszylinder mit Lamellen bzw. als Filterpatrone gestaltet
und im Inneren des Filterelements 26 angeordnet ist. Das
Filterelement 26 ist dabei ebenfalls mit Lamellen in kreiszylindrischer
Form ausgebildet, derart, dass es im Querschnitt (siehe 3)
sternförmig gestaltet ist. Die Lamellen bzw. Filterflächen
der derartigen Filterelemente 24 und 26 bilden
also die Flanken der Sternform.
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Zwischen
der Außenseite des Filterelements 24 und der Innenseite
des Filterelements 26 ist dadurch ein Zwischenbereich 36 gebildet,
wobei nachfolgend das Innere des innenliegenden Filterelements 24 als
Innenbereich 38 und das Äußere des außenliegenden
Filterelements 26 als Außenbereich 40 bezeichnet
werden. Der Zwischenbereich ist mittels der Deckflächen 28 und 30 an
seiner Ober- und Unterseite stirnseitig verschlossen sowie durch
eine in der Deckfläche 28 ausgebildete Öffnung 42,
einen an der Deckfläche 28 angeformten Stutzen 44 sowie einen
Dichtring 46 mit dem als Auslass wirkenden Anschluss 18 verbunden.
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Der
Innenbereich 38 sowie der Außenbereich 40 sind über
eine in der Deckfläche 28 ausgebildete zentrale Öffnung 48 und über
am äußeren Rand der Deckfläche 28 ausgebildete
Einbuchtungen 50 mit einem Zwischenraum 52 verbunden,
welcher sich unter dem Deckel 20 befindet und zum als Einlass
wirkenden ersten Anschluss 16 führt.
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Die
derartige, in den 2 und 3 dargestellte
Anordnung 22 wird in der Weise durchströmt, dass
Kraftstoff durch die zentrale Öffnung 48 und die Einbuchtungen 50 in
das Innere des Gehäuses 12 einströmt
und vom Innenbereich 38 sowie vom Außenbereich 40 aus
durch die als Filterpatronen gestalteten Filterelemente 24 und 26 in
den Zwischenbereich 36 gelangt. Der Kraftstoff wird dabei von Schmutzpartikeln
befreit, die von ihm mitgefördert werden und sich an den
Filterflächen der Filterelemente 24 und 26 ablagern.
Wesentlich ist dabei, dass die Filterelemente 24 und 26 sich
in paralleler Schaltungsanordnung befinden und dadurch eine besonders
große Filterfläche zum Durchströmen mit
Kraftstoff bereitstellen.
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An
den Filterflächen der Filterelemente 24 und 26 wird
jeweils an den zum Innenbereich 38 und Außenbereich 40 gewandeten
Oberflächen ferner Wasser abgeschieden, welchen ebenfalls
vom Kraftstoff mitgefördert wurde. Dieses Wasser sinkt
(bezogen auf die figürliche Darstellung) in Form von Wassertropfen 54 nach
unten in den Wassersammelraum 32, aus dem es durch den
Wasserablass 34 ausgeschieden werden kann.
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Bei
den in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen
von Filteranordnungen 22 ist die Durchströmungsrichtung
durch die zugehörigen Filterelemente 24 und 26 umgekehrt
und der Kraftstoff gelangt durch den Dichtring 46, den
Stutzen 44 und die Öffnung 42 in der
Deckfläche 28 in den Zwischenbereich 36.
Von dort strömt der Kraftstoff durch die Filterflächen
der Filterelemente 24 und 26 zum einen in den
Innenbereich 38 und zum anderen in den Außenbereich 40.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist dabei
mit ebenfalls an den Stirnseiten des Zwischenbereichs 36 geschlossenen
Deckflächen 28 und 30 gestaltet und der
Kraftstoff strömt aus dem Außenbereich 40 ausschließlich
an der Unterseite der Deckfläche 30 radial nach
innen, um durch den Innenbereich 38 hindurch zum in diesem
Fall als Auslass wirkenden Anschluss 16 zu gelangen. Ein
Abscheiden von Wasser aus dem Kraftstoff findet dabei nicht statt.
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Bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Deckfläche 28 ebenfalls mit Einbuchtungen 50 gestaltet,
so dass der Kraftstoff aus dem Außenbereich 40 durch
diese einen Durchgang zwischen der Deckfläche 28 und
der Wandung des Gehäuses 12 bildenden Einbuchtungen 50 in
den Zwischenraum 52 und weiter zu dem in diesem Fall ebenfalls
als Auslass wirkenden Anschluss 16 gelangen kann. Die Deckfläche 30 ist
dabei mit Öffnungen 56 gestaltet, welche aus dem
Zwischenbereich 26 nach unten führen und durch
die das Wasser in den Wassersammelraum 32 gelangen kann,
welches bei diesem Ausführungsbeispiel im Zwischenbereich 36 an
den Filterelementen 24 und 26 abgeschieden werden
kann.
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Damit
gereinigter Kraftstoff von dem derart abgeschiedenen Wasser in Form
von Wassertropfen 54 räumlich strikt getrennt
ist, ist am radial äußeren Rand der Deckfläche 30 ferner
eine Dichtung 58 in Gestalt eines Dichtrings angeordnet,
welcher zwischen der Wandung des Gehäuses 12 und
der Deckfläche 30 fluiddicht abdichtet. Ferner
ist auch die Deckfläche 30 unter dem Innerbereich 38 geschlossen
ausgestaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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