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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, insbesondere für Kraftstoff oder Harnstoff, mit einem Ventil, das einen Ventilsitz und einen Ventilkörper aufweist, der zum wahlweisen Verschließen des Ventils an den Ventilsitz anlegbar und zum Öffnen des Ventils vom Ventilsitz abhebbar ist.
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Filtereinrichtungen von Kraftstoffversorgungssystemen moderner Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, kommt insbesondere die Funktion zu, den durch die Filtereinrichtung geführten Kraftstoff von Schmutzpartikeln zu reinigen. Um diese Funktionen zu verwirklichen, ist es bekannt, ein Filterelement insbesondere in Form einer Filterpatrone in einem Filtergehäuse anzuordnen. Das Filtergehäuse ist mit einem Gehäusebecher gestaltet, der mit einem Gehäusedeckel fluiddicht verschlossen ist. Der Gehäusedeckel weist zum Zu- und Abführen eines zu filtrierenden Kraftstoffs mehrere Anschlüsse auf. Durch diese Anschlüsse hindurch wird der Kraftstoff derart durch das Filterelements hindurchgeleitet, dass die im Kraftstoff mitgeführten Schmutzpartikel sowie mitgeführtes Wasser zurückgehalten und abgeschieden werden.
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Dabei sind bei bestimmten Typen solcher Filtereinrichtungen zwei Zuführ-Anschlüsse und ein Abführ-Anschluss vorgesehen. Diese Anschlüsse sind in Form von Anschlussstutzen ausgestaltet, die in das Innere des Gehäuses münden. Ein erster der beiden Zuführ-Anschlüsse führt Kraftstoff von einem Kraftstofftank zum Filterelement, während der zweite Zuführ-Anschluss Kraftstoff vom Rücklauf einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Filtereinrichtung führt.
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Bei normaler Betriebstemperatur wird der Kraftstoff nur aus dem Kraftstofftank durch den ersten Zuführ-Anschluss in die Filtereinrichtung hineingeführt. Wenn die Temperatur im Innern der Filtereinrichtung jedoch sehr niedrig ist (wie z. B. bei einem Kaltstart des zugehörigen Kraftfahrzeugs), so öffnet im Inneren der Filtereinrichtung ein Ventil den zweiten Zuführ-Anschluss und lässt auf diese Weise Kraftstoff in die Filtereinrichtung, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe stammt und deswegen vergleichsweise warm ist. Die beiden derart zugeführten Kraftstoffströme vermischen sich in der Filtereinrichtung in Strömungsrichtung noch vor dem Filterelement, so dass insgesamt richtig temperierter Kraftstoff durch das Filterelement treten kann.
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Wenn die Temperatur des Kraftstoffs eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, schließt das Ventil und es gelangt ausschließlich Kraftstoff aus dem ersten Zuführanschluss in die Filtereinrichtung.
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Zum Schließen des Ventils wird ein Ventilkörper gegen einen zugehörigen Ventilsitz fluiddicht angelegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Filtereinrichtung, insbesondere für Kraftstoff, mit einem Ventil geschaffen, das einen Ventilsitz und einen Ventilkörper aufweist, der zum wahlweisen Verschließen des Ventils an den Ventilsitz anlegbar und zum Öffnen des Ventils vom Ventilsitz abhebbar ist. Der Ventilkörper relativ zum Ventilsitz mittels einer mit dem Ventilsitz einstückig ausgebildeten Rückhaltestruktur rückgehalten. Mit anderen Worten ist ein Körper ausgebildet, an dem sich der Ventilsitz und ferner die Rückhaltestruktur befinden. Dabei ist mittels der Rückhaltestruktur der Ventilkörper an dem Ventilsitz so rückgehalten, dass er von diesem zum Öffnen des Ventils abgehoben werden kann, im übrigen er sich aber nur vordefiniert weit von dem Ventilsitz entfernen kann.
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Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Rückhaltestruktur ist gewährleistet, dass der Ventilkörper nach seiner Montage aus dem Ventil nicht herausfallen und verloren gehen kann. Diese vorteilhafte Sicherung des Ventilkörpers in dem Ventil ist gerade auch für die der Montage nachfolgende Logistikkette und den dabei erfolgenden Transport des vor- oder fertig montierten Ventils von Vorteil. Weil der Ventilkörper erfindungsgemäß mit der Rückhaltestruktur verliersicher gehalten ist, ist es z. B. nicht mehr von Belang, wenn das vormontierte Bauteil gewendet oder etwa geschüttelt wird.
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Gemäß der Erfindung ist der Ventilkörper für den gesamten nachfolgenden Herstellungsprozess und auch für den nachfolgenden Betrieb an dem zugehörigen Ventilsitz sicher gehalten und kann sich dennoch funktionssicher von diesem abheben und daran anlegen.
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Diese für den Ventilkörper sehr vorteilhafte Funktion ist gemäß der Erfindung nahezu ohne Mehraufwand dadurch geschaffen, dass die Rückhaltstruktur einstückig mit dem Ventilsitz hergestellt ist. Diese Herstellung kann vorteilhaft mit einem Kunststoff-Spritzgießverfahren erfolgen. Das derart hergestellte Kunststoffteil vereinigt dann sowohl die Funktion des Ventilsitzes als auch die der Rückhaltestruktur in sich.
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Die Rückhaltestruktur führt auch dazu, dass der Hubweg des Ventilkörpers begrenzt ist, wodurch dieser ein besonders schnelles Schließverhalten zeigt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist die Rückhaltestruktur mit mindestens einem Nocken gebildet, der den Ventilkörper gegenüberliegend vom Ventilsitz formschlüssig zurückhält.
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Der mindestens eine Nocken umfasst den Ventilkörper an seiner dem Ventilsitz gegenüberliegenden bzw. abgewandten Seite, so dass der Ventilkörper insgesamt in einem Raum bzw. Käfig gehalten ist, in dem er sich nur geringfügig bewegen kann. Der mindestens eine Nocken kann besonders einfach im Rahmen der Herstellung des umliegenden Bauteils selbst hergestellt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist der Nocken überdruckbar gestaltet, insbesondere beim Einfügen des Ventilkörpers in die Rückhaltestruktur bzw. durch die Rückhaltestruktur hindurch in das Ventil hinein. Die genannten Nocken werden dabei elastisch weggedrückt.
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Mit dieser Weiterbildung weist der Nocken vorteilhaft eine gewisse federnde Nachgiebigkeit auf, so dass der Ventilkörper bei seiner Montage nur hinter dem/den Nocken hinterrastet werden braucht.
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Bei einer weiteren Fortbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist mit dem Ventilsitz und der Rückhaltestruktur einstückig eine Haltestruktur zum Haltern eines Anschlussstutzens gestaltet. Mit anderen Worten umfasst das derartige Ventil einer Filtereinrichtung einen Körper, der in sich den Ventilsitz, die Rückhaltestruktur und die Haltestruktur vereinigt.
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Die derartige Haltestruktur kann ebenfalls besonders kostengünstig hergestellt werden und ermöglicht es darüber hinaus, dass an der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ein Anschlussstutzen vergleichsweise spät im Herstellungsprozess oder aber auch erst bei der Montage der Filtereinrichtung im zugehörigen Kraftstoffzuführsystem montiert werden kann. Daher können an der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung besonders vorteilhaft unterschiedliche Typen von Anschlussstutzen angeordnet werden.
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Bevorzugt ist zumindest ein Teil der Haltestruktur fingerartig ausgebildet, wobei der Anschlussstutzen dann zwischen den zugehörigen Fingern kraftschlüssig geklemmt ist. Ferner ist an dem derart mit Ventilsitz, Rückhaltestruktur und Haltestruktur ausgebildeten Körper bzw. Bauteil vorteilhaft eine Abdichtung zum fluiddichten Anschließen des Anschlussstutzens ausgebildet. Es kann dann gegebenenfalls auf eine Dichtung zwischen dem Anschlussstutzen und dem Gehäuse der Filtereinrichtung verzichtet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist mit dem Ventilsitz und der Rückhaltestruktur einstückig eine Befestigung zum Befestigen eines Rückstellelements, insbesondere eines Bimetall-Rückstellelements für den Ventilkörper gestaltet.
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Mit dem Rückstellelement kann der Ventilkörper von dem Ventilsitz aktiv abgehoben und auf diese Weise eine Fluidverbindung durch das Ventil hindurch hergestellt werden. Das Rückstellelement ist bevorzugt als Bimetall-Blattfeder gestaltet, die insbesondere an einem Ende bewegbar ist und dort mit einem Finger bzw. Stiftabschnitt durch die von dem Ventilsitz gebildete Öffnung hindurchreicht, um an dessen gegenüberliegender Seite gegen den Ventilkörper zu drücken. Die Bimetall-Blattfeder verformt sich in Abhängigkeit der in ihrer Umgebung vorherrschenden Temperatur. Dabei ist die Bimetall-Blattfeder derart angeordnet, dass sie von dem in die Filtereinrichtung aus dem Kraftstofftank zugeführten Kraftstoff umspült wird. Entsprechend bestimmt die Temperatur des aus dem Kraftstofftank zugeführten Kraftstoffs, wann das Ventil öffnet und schließt. Bei hoher bzw. ausreichender Temperatur wird das Ventil gesperrt, bei niedriger bzw. zu geringer Temperatur wird das Ventil geöffnet und Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zugemischt.
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Bei einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung sind der Ventilsitz und die Rückhaltestruktur sowie insbesondere auch die Haltestruktur mit einem Körper gestaltet, der an der Innenseite eines Filtergehäuses, insbesondere eines Gehäusedeckels der Filtereinrichtung angeordnet ist.
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Mit dem Körper ist ein einstückiges Bauteil gebildet, in dem auf kostengünstig herzustellende Weise ein Vielzahl Funktionen vereinigt sind. Der Körper kann auf einfache Weise an der Innenseite des Filtergehäuses montiert werden und stellt dort insbesondere auch eine Anschlussmöglichkeit für mindestens einen Anschlussstutzen bereit. Um eine Abdichtung am Filtergehäuse für die anzuschließenden Anschlussstutzen bereitzustellen, kann ferner eine Abdichtung am Körper ausgebildet werden, was fertigungstechnisch günstig ist. Der Körper weist aufgrund des für ihn verwendbaren Materials und aufgrund möglicher Wandstärken eine höhere Stabilität auf als die eher dünn ausgebildeten Flächen des Filtergehäuses selbst.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung durchdringen zwei Anschlussstutzen den Gehäusedeckel, der Körper ist in L-Form mit zwei Schenkeln gestaltet und die freien Enden der Schenkel enden jeweils an einem Anschlussstutzen. Die Anschlussstutzen sind besonders vorteilhaft an dem Körper ortsfest gehalten bzw. befestigt.
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Der derart L-förmige Körper ermöglicht es mehrere Anschlussstutzen (insbesondere zwei) an ihm anzukoppeln, abzudichten und auch ortsfest anzubringen. Der Körper kann dabei vorteilhaft Funktionen übernehmen, die bisher von dem Gehäuse bereitgestellt werden mussten. Eine entsprechende Anpassung des Gehäuses kann daher entfallen. Darüber hinaus ist vorteilhaft dem Scheitelbereich der L-Form ein weiterer Anschlussstutzen angeordnet, der nicht an dem Körper angekoppelt ist. Die derart angeordneten Anschlussstutzen sind dann zugleich in einer Reihe angeordnet, was in Bezug auf die herzustellende Gesamtanordnung von Vorteil ist.
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Der L-förmige Körper mit seinen daran angeschlossenen Anschlussstutzen kann ferner vorteilhaft als Mischraum für das Zusammenführen und Durchmischen der durch die Anschlussstutzen zugeführten Kraftstoffströme genutzt werden. Ferner ist in seinem Inneren bevorzugt das Rückstellelement für den Ventilkörper angeordnet, welches in dieser Lage in vorteilhafter Weise von den durchmischten Strömen umspült wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist die L-Form des Körpers mit einem langen und einem kurzen Schenkel gestaltet.
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Der lange Schenkel bzw. Arm des Körpers ist bevorzugt zum Anordnen des Rückstellelements in der oben genannten Weise vorgesehen. Das Rückstellelement kann dann insbesondere in Gestalt einer Bimetall-Blattfeder besonders lang gestaltet werden. Der kurze Schenkel hingegen stellt eine kurze Verbindung zum benachbarten Anschlussstutzen her.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist zwischen dem Gehäusedeckel und dem Körper ein mindestens einen Anschlussstutzen umgebendes Dichtelement angeordnet.
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Zum Abdichten des Filtergehäuses gegenüber seiner Umgebung und den daran anzukoppelnden Anschlüssen ist mit dieser Weiterbildung durch einfaches Einlegen des Dichtelements zwischen dem Körper und dem Gehäuse eine über die Betriebszeit der Filtereinrichtung dauerhaft fluiddichte Situation herzustellen.
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Darüber hinaus wirkt sich das derart angeordnete Dichtelement vorteilhaft auf das Schwingungsverhalten von Gehäusewandungen, insbesondere des Gehäusedeckels, aus.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist das Dichtelement derart groß gestaltet, dass der Körper und ein Filterelement der Filtereinrichtung dagegen dichtend angelegt sind.
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Mit dieser Weiterbildung kann das Dichtelement nicht nur eine fluiddichte Ankopplung für einen oder mehrere Anschlussstutzen herstellen, sondern dient zugleich auch zum Abdichten des Filterelements gegenüber der Innenseite des Filtergehäuses. Eine solche Abdichtung ist notwendig, damit im Inneren des Filtergehäuses die angestrebte Strömung des Kraftstoff vollumfänglich durch ein Filtermaterial am Filterelement gewährleistet werden kann.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung,
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2 die Ansicht gemäß 1 mit abgenommenem Gehäusedeckel,
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3 die Ansicht gemäß 2 mit abgenommenem Dichtelement,
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4 den Schnitt IV-IV in 3 in perspektivischer Ansicht von unten,
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5 die Ansicht gemäß V in 4 auf den Körper mit darin angeordnetem Ventilkörper in vergrößerter Darstellung,
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6 den Schnitt VI-VI in 5,
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7 eine weiter vergrößerte Darstellung der Ansicht gemäß 5 und
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8 die Ansicht VIII gemäß 4.
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In den Fig. ist eine Filtereinrichtung 10 zum Filtern von Kraftstoff dargestellt. Die Filtereinrichtung 10 ist mit einem patronenförmigen Filtergehäuse 12 gestaltet, das aus einem Gehäusebecher 14 und einem diesen verschließenden Gehäusedeckel 16 gebildet ist.
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An dem Gehäusedeckel 16 sind nach außen im Wesentlichen senkrecht abstehend drei Anschlussstutzen 18, 20 und 22 angeordnet. Von diesen dient der Anschlussstutzen 18 zum Zuführen von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank zur Filtereinrichtung 10. Der Anschlussstutzen 20 dient zum Zuführen von Kraftstoff von einer nicht dargestellten Hochdruck-Kraftstoffpumpe zur Filtereinrichtung 10, und der Anschlussstutzen 22 dient zum Ankoppeln einer Leitung, durch die der von der Filtereinrichtung 10 gereinigte Kraftstoff zu einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor gelangt.
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Unter dem Gehäusedeckel 16 befindet sich gemäß 2 ein flächiges bzw. plattenförmiges Dichtelement 24 in Gestalt eines Filzes sowie ein Körper 26 und darunter ein bis zum Grund des Gehäusebechers 14 reichendes Filterelement 28.
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In dem Körper 26 ist unter dem Anschlussstutzen 20 (siehe 4) ein Ventil 30 ausgebildet, das mit einem einstückig mit dem Körper 26 ausgestalteten ringförmigen Ventilsitz 32 sowie einem kugelförmigen Ventilkörper 34 gebildet ist. Dabei ragt der Anschlussstutzen 20 mit seinem einen Endbereich in den Körper 26 hinein und ist dort mit einer Haltestruktur 36 in Form von am Körper 26 einstückig ausgestalteten Fingern gehalten.
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Mit dem Ventil 30 ist eine Schalteinrichtung geschaffen, mittels der ein Kraftstoffstrom durch den Anschlussstutzen 20 hindurch und in die Filtereinrichtung 10 hinein wahlweise zugelassen oder verhindert werden kann. Zum Sperren des Stroms liegt der Ventilkörper 34 an dem Ventilsitz 32 an, wohingegen der Strom freigegeben ist, wenn der Ventilkörper 34 vom Ventilsitz 32 wie in 4 dargestellt abgehoben ist.
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Das Abheben des Ventilkörpers 34 vom Ventilsitz 32 erfolgt mittels eines Rückstellelements 38 in Form einer Bimetall-Blattfeder, die mit einem Hebefinger 40 durch den Ventilsitz 32 hindurch bezogen auf 4 von unten unter den Ventilkörper 34 greift.
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Der Ventilkörper 34 ist dabei an dem Ventilsitz 32 mittels einer mit dem Körper 26 und damit mit dem Ventilsitz einstückig ausgebildeten Rückhaltestruktur 42 in Form von drei um den Ventilkörper 34 in regelmäßigen Abständen herum angeordneten Nocken 43 rückgehalten. Mit der Rückhaltestruktur 42 ist der Ventilkörper 34 nach seiner Montage, welche durch einfaches Einklicken des Ventilkörpers 34 zwischen den Nocken erfolgt ist, an dem Körper 26 zurückgehalten und auf diese Weise gegen Herausfallen gesichert. Der Ventilkörper 34 kann damit während der der Montage nachfolgenden Logistikkette und den dabei erfolgenden Transportvorgängen nicht verloren gehen. Ferner ist der Ventilkörper 34 für den gesamten nachfolgenden Herstellungsprozess und auch für den nachfolgenden Betrieb am Körper 26 sicher gehalten. Zugleich kann sich der Ventilkörper 34 während des Betriebs um den erforderlichen Hubweg vom Ventilsitz 32 abheben.
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Die derart gestaltete, sehr vorteilhafte Halterung für den Ventilkörper 34 ist nahezu ohne Mehraufwand realisiert, indem die Nocken 43 der Rückhaltestruktur 42 einfach bei einem Spritzgießprozess zum Herstellen des Körpers 26 mit ausgebildet worden sind. Die Nocken 43 sind dabei durch geeignete Materialwahl geringfügig elastisch gestaltet.
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Die Rückhaltestruktur 42 begrenzt ferner den Hubweg des Ventilkörpers 34, so dass dieser ein besonders schnelles Schließverhalten aufweist.
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Die drei Nocken 43 der Rückhaltestruktur 42 stoppen den Ventilkörper 34 formschlüssig an seiner dem Ventilsitz 32 gegenüberliegenden bzw. abgewandten Seite, so dass der Ventilkörper 34 in einem begrenzten Raum bezogen auf 4 über dem Ventilsitz 32 zurückgehalten ist.
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Die Haltestruktur 36 ist ebenfalls in kostengünstiger Weise bei dem genannten Spritzgießprozess mit ausgebildet worden. Der in ihr gehaltene Anschlussstutzen 20 ist darin eingesteckt, geklemmt und dadurch kraftschlüssig gehalten.
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Der Körper 26 dient ferner auch zum Befestigen des Rückstellelements 38. Dazu ist in dem Rückstellelement 38 eine Öffnung 44 ausgebildet, durch die Material 46 des Körpers 26 hindurch tritt, um auf diese Weise das Rückstellelement 38 formschlüssig zu haltern (siehe 8).
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Das Rückstellelement 38 hebt den Ventilkörper 34 von dem Ventilsitz 32 aktiv ab, indem es sich im Bereich seiner Längserstreckung aufgrund einer Temperaturänderung verformt. Die Verformung erfolgt damit in Abhängigkeit der in der Umgebung des Rückstellelements 38 vorherrschenden Temperatur. In dieser Umgebung befindet sich jener Kraftstoff, der aus dem Kraftstofftank zugeführt wird.
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Entsprechend ist bei hoher bzw. ausreichender Temperatur des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank das Ventil 30 gesperrt, bei niedriger bzw. zu geringer Temperatur wird das Ventil 30 hingegen vom Rückstellelement 38 durch Abheben des Ventilkörpers 34 vom Ventilsitz 32 geöffnet. Es kann dann Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in den oberen Bereich des Filtergehäuses 12 zugemischt werden, wodurch die Temperatur des dem Filterelement 28 zugeführten Kraftstoffs auf den erforderlichen Wert angehoben werden kann.
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Der Körper 26 ist unmittelbar an der Innenseite des Gehäusedeckels 16 montiert und stellt dort die Anschlussmöglichkeit für die drei Anschlussstutzen 18, 20 und 22 bereit, ohne dass es einer besonderen Anpassung des Gehäusedeckels 16 bedurfte. Der Körper 26 vereinigt damit auf kostengünstige Weise ein Vielzahl an Funktionen. Das Dichtelement 24 ist zwischen dem Körper 26 und dem Gehäusedeckel 16 angeordnet, um in geeigneter Weise eine Abdichtung für den Körper 26 und die daran angeschlossenen Anschlussstutzen 18, 20 und 22 herzustellen. Ferner liegt das Filterelement 28 mit einem zentralen Halsstück 48 von innen gegen das Dichtelement 24 an, wodurch der Strömungsweg des Kraftstoffs innerhalb des Filtergehäuses 12 geleitet wird, ohne das Kraftstoff ungefiltert an dem Filterelement 28 vorbeiströmen könnte. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist eine Abdichtung am Körper 26 selbst ausgebildet.
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Der Körper 26 ist in L-Form mit zwei Schenkeln 50 und 52 gestaltet ist, wobei die Anschlussstutzen 18 und 20 sich an den freien Enden der Schenkel 50 bzw. 52 befinden. An dem derart L-förmigen Körper 26 sind also die zwei Anschlussstutzen 18 sowie 20 angekoppelt und im Scheitelbereich der L-Form ist der Anschlussstutzen 22 angeordnet, wobei dieser nicht in fluidleitender Verbindung zum Körper 26 steht, sondern Kraftstoff aus dem Halsstück 48 nach außen führt.
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Im L-förmigen Körper 26 ist ein Innenraum 54 ausgebildet, der als Mischraum für das Zusammenführen und Durchmischen der durch die Anschlussstutzen 18 und 20 zugeführten Kraftstoffströme genutzt wird. Ferner ist das Rückstellelement 38 den Innenraum 54 überdeckend an dem langen Schenkel 52 des Körpers 26 angeordnet.
