DE102011082695A1

DE102011082695A1 - Filtergerät

Info

Publication number: DE102011082695A1
Application number: DE201110082695
Authority: DE
Inventors: Markus Haist
Original assignee: Wolfgang Bott & Co KG GmbH; Mahle International GmbH
Current assignee: Filtration Group GmbH
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-14
Also published as: EP2755738A1; WO2013037906A1; KR20140097126A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtergerät (1) zum Filtern flüssiger Brennstoffe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für große Kolbenmotoren, wie zum Beispiel Schiffsdieselmotoren, umfassend eine Filtereinrichtung, die zumindest einen Filterkörper aufweist, der in einem Filterraum einen Rohraum von einem Reinraum trennt, eine Rückspüleinrichtung zum Rückspülen des Filterkörpers mit gereinigtem Brennstoff oder Fremdmedium und eine Ausgleichseinrichtung (4), die einen Ausgleichskolben (22) aufweist, der in einem mit dem Reinraum kommunizierend verbundenen Ausgleichszylinderraum (23) hubverstellbar angeordnet ist, wobei der Ausgleichskolben (22) im Ausgleichszylinderraum (23) einen mit dem Rohraum kommunizierend verbundenen Schmutzraum (25) von einem mit dem Reinraum kommunizierend verbundenen Vorratsraum (26) für gereinigten Brennstoff trennt. Eine erhöhte Betriebssicherheit ergibt sich, wenn die Ausgleichseinrichtung (4) einen Speicherkolben (42) aufweist, der über eine Kolbenstange (43) mit dem Ausgleichskolben (22) fest verbunden ist, der in einem Speicherzylinderraum (44) hubverstellbar angeordnet ist und der im Speicherzylinderraum (44) einen vom Vorratsraum (26) fluidisch getrennten Arbeitsraum (45) begrenzt, wobei die Ausgleichseinrichtung (4) einen Druckspeicher (49) aufweist, dessen Speicherraum (50) mit dem Arbeitsraum (45) kommunizierend verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichseinrichtung für ein Filtergerät zum Filtern flüssiger Brennstoffe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für große Kolbenmotoren, wie zum Beispiel Schiffsdieselmotoren oder Blockheizkraftwerke, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein mit einer derartigen Ausgleichseinrichtung ausgestattetes Filtergerät.
Großmotoren werden häufig mit minderwertigen, hochviskosen Brennstoffen betrieben. Derartige minderwertige Brennstoffe können vergleichsweise grobe Verunreinigungen und sogenannte Cat-Fines (Katalysatorrückstände mit einer Korngröße kleiner als 20 µm) enthalten, die mittels eines geeigneten Filtergeräts herausgefiltert werden müssen, bevor der Brennstoff zu den Brennräumen des jeweiligen Kolbenmotors gelangt. Hierbei können Filtergeräte der eingangs genannten Art zur Anwendung kommen. Ein derartiges Filtergerät umfasst üblicherweise eine Filtereinrichtung, die einen Filterkörper aufweist, der in einem Filterraum einen Rohraum von einem Reinraum trennt. Während des Filtrierbetriebs können sich Verunreinigungen rohseitig am Filterkörper anlagern und den Filterkörper allmählich zusetzen. Um dem entgegenzuwirken, sind Rückspüleinrichtungen bekannt, mit denen der Filterkörper zum Beispiel mit gereinigtem Brennstoff oder einem Fremdmedium, wie z.B. Druckluft, rückgespült werden kann. Um eine solche Rückspülung während des Filtrierbetriebs realisieren zu können, kann außerdem eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen sein, die z.B. einen Ausgleichskolben aufweist, der in einen mit dem Reinraum kommunizierend verbundenen Ausgleichszylinderraum hubverstellbar angeordnet ist. Während des Rückspülens kann Brennstoff von der Reinseite zur Rohseite übertreten, wodurch es reinseitig zu einem Druckabfall kommen kann. Um einen derartigen Druckabfall zu reduzieren bzw. zu vermeiden, kann der Ausgleichskolben der Ausgleichseinrichtung reinseitigen Brennstoff aus dem Ausgleichszylinderraum in den Reinraum ausstoßen.
Aus der WO 2010/094646 A1 ist ein Filtergerät zum Filtern flüssiger Brennstoffe bekannt, das eine Filtereinrichtung, eine Rückspüleinrichtung und eine Ausgleichseinrichtung umfasst. Die Filtereinrichtung weist einen Filterkörper auf, der in einem Filterraum einen Rohraum von einem Reinraum trennt. Die Rückspüleinrichtung dient zum Rückspülen des Filterkörpers mit gereinigtem Brennstoff. Die Ausgleichseinrichtung weist einen Ausgleichskolben auf, der in einem mit dem Filterraum bzw. mit dem Reinraum kommunizierend verbundenen Ausgleichszylinderraum hubverstellbar angeordnet ist. Dabei trennt der Ausgleichskolben im Ausgleichszylinderraum einen mit einem im Rohraum angeordneten Schmutzkanal der Rückspüleinrichtung kommunizierend verbundenen Schmutzraum von einem mit dem Reinraum kommunizierend verbundenen Vorratsraum für gereinigten Brennstoff.
Beim bekannten Filtergerät weist die Ausgleichseinrichtung zum Hubverstellen des Kolbens einen Gewindetrieb auf, der eine drehend antreibbare, den Kolben in einer Gewindeöffnung durchsetzende zentrale Gewindespindel und zumindest eine den Kolben in einer Führungsöffnung durchsetzende exzentrische Führungsstange aufweist. Es hat sich gezeigt, dass ein Elektromotor zum Antreiben der Gewindespindel eine vergleichsweise komplexe elektrische Steuerung sowie eine vergleichsweise umfangreiche Sensorik benötigt, um den Kolben während der Rückspülung zum Entleeren des Vorratsraums und anschließend während der Wiederbefüllung des Vorratsraums möglichst präzise so ansteuern zu können, dass sich der Druck im Brennstoff auf der Reinseite nur unwesentlich ändert. Eine derartige komplexe Steuerung und Sensorik ist vergleichsweise fehleranfällig und wartungsintensiv.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Filtergerät bzw. eine Ausgleichseinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie eine vergleichsweise geringe Fehleranfälligkeit besitzt und einen niedrigen Wartungsbedarf zeigt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Ausgleichskolben über eine Kolbenstange mit einem Speicherkolben zu koppeln, der einen vom Vorratsraum fluidisch getrennten Arbeitsraum begrenzt. Ferner ist ein Druckspeicher zur Bevorratung eines hydraulischen Arbeitsmediums vorgesehen, dessen Speicherraum mit dem Arbeitsraum kommunizierend verbunden ist. Durch diese Bauweise ist es möglich, den Ausgleichskolben als Passivkolben auszugestalten, so dass sich der Ausgleichskolben ohne zusätzlichen externen Antrieb ausschließlich unter Ausnutzung der intern vorhandenen Druckkräfte im Ausgleichszylinderraum hubverstellen lässt. Mit anderen Worten, durch den hier vorgestellten Aufbau kommt das Filtergerät insbesondere ohne einen elektrischen Antrieb für den Ausgleichskolben aus, so dass auch auf eine zugehörige aufwändige Steuerung und Sensorik verzichtet werden kann. Zum einen lässt sich das erfindungsgemäße Filtergerät dadurch vergleichsweise preiswert realisieren. Zum anderen steigen die Betriebssicherheit sowie die Ausfallsicherheit.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Speicherkolben einen kleineren Außenquerschnitt besitzen als der Ausgleichskolben. Hierdurch lässt sich eine Druckübersetzung zwischen Vorratsraum und Arbeitsraum realisieren. Beispielsweise kann sich dadurch – abhängig von der Bauart des jeweiligen Druckspeichers – der Bauraumbedarf reduzieren. Vorteilhaft ist eine Druckübersetzung insbesondere, wenn der Druckspeicher als Hydro-Pneumatik-Druckspeicher, Vorzugsweise Membran- oder Blasenspeicher, ausgestaltet ist, der also mit einem pneumatischen Druckspeichermedium arbeitet, um ein hydraulisches Arbeitsmedium mit einem Druck bevorraten zu können. Grundsätzlich ist jedoch jede Speicherart denkbar, wenn auch nicht immer sinnvoll, z.B. Kolbenspeicher, Federspeicher etc.. Der bevorzugte Hydro-Pneumatik-Druckspeicher, exemplarisch als Blasenspeicher, nimmt das verdrängte Arbeitsfluid auf. Dabei wird das durch eine Membran (Speicherblase) vom Arbeitsfluid getrennte Speichergas komprimiert. Dadurch kann das hydraulische Arbeitsmedium mit einem hohen Druck bevorratet werden.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann eine Trennwand vorgesehen sein, die den Arbeitsraum vom Vorratsraum trennt und durch die sich die Kolbenstange, insbesondere dicht, hindurcherstreckt. Mit anderen Worten, ein den Speicherzylinderraum enthaltendes Bauteil lässt sich über besagte Trennwand unmittelbar an ein Gehäuse des Filtergeräts anbauen, das den Ausgleichszylinderraum enthält. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform für das Filtergerät.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Ausgleichskolben zu seiner Hubverstellung im Ausgleichszylinderraum fremdenergiefrei angetrieben sein. Mit dieser Ausführungsform werden die vorstehend genannten, durch die erfindungsgemäße Bauweise realisierbaren Vorteile konsequent ausgenutzt, indem auf einen externen, Energie benötigenden Antrieb zum Hubverstellen des Ausgleichskolbens verzichtet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Ausgleichskolben zu seiner Hubverstellung im Ausgleichszylinderraum, vorzugsweise ausschließlich, durch die an den beiden Kolben wirkenden Druckdifferenzen angetrieben sein. Insoweit wird ein interner Antrieb durch die am Ausgleichskolben und am Speicherkolben wirkenden Druckdifferenzen realisiert, der vorzugsweise ohne externen, Fremdenergie benötigenden Antrieb auskommt. Während eines Rückspülvorgangs herrscht am Ausgleichskolben eine vergleichsweise kleine Druckdifferenz, da der Schmutzraum durch den Filterkörper hindurch mit der Reinseite fluidisch gekoppelt ist, während der Vorratsraum direkt mit der Reinseite fluidisch verbunden ist. Allerdings ist die dem Vorratsraum ausgesetzte Fläche des Ausgleichskolbens durch die den Vorratsraum durchsetzende Kolbenstange reduziert, also kleiner als die dem Schmutzraum ausgesetzte Fläche des Ausgleichskolbens. Der Speicherkolben trennt im Speicherzylinderraum den Arbeitsraum von einem Rückraum, der sich an einer von der Kolbenstange abgewandten Seite des Speicherkolbens befindet und der vorzugsweise mit einer Umgebung des Filtergeräts fluidisch verbunden ist. Mit anderen Worten, am Speicherkolben greift einerseits an der dem Rückraum zugewandten Seite ein vergleichsweise kleiner Druck, insbesondere der Umgebungsdruck, an, während andererseits an der dem Arbeitsraum zugewandten Seite der Speicherdruck des Druckspeichers anliegt. Somit ergibt sich am Speicherkolben eine deutliche Druckdifferenz, die den Speicherkolben in Richtung Rückraum antreibt, was den Arbeitsraum vergrößert. Durch die Kopplung der beiden Kolben über die Kolbenstange lässt sich eine entsprechende Zugkraft vom Speicherkolben auf den Ausgleichskolben übertragen, so dass in der Folge der Ausgleichskolben in Richtung Vorratsraum angetrieben ist, wodurch sich der Vorratsraum verkleinert, während gleichzeitig der Schmutzraum zur Ansaugung der Verunreinigungen vergrößert wird.
Ist der Rückspülvorgang beendet, wird der Schmutzraum fluidisch mit einem vergleichsweise drucklosen Schmutzreservoir verbunden, so dass insbesondere an der dem Schmutzraum zugewandten Seite des Ausgleichskolbens im Wesentlichen Umgebungsdruck herrscht. Im Unterschied dazu greift an der dem Vorratsraum zugewandten Seite des Ausgleichskolbens nach wie vor der auf der Reinseite des Filtergeräts herrschende, vergleichsweise hohe Druck an, mit dem der Brennstoff der jeweiligen Brennkraftmaschine zugeführt wird. In der Folge treibt nun eine vergleichsweise große Druckdifferenz den Ausgleichskolben in Richtung Schmutzraum an, wodurch der Schmutz aus dem Schmutzraum ausgetrieben wird, indem das Volumen des Schmutzraums verkleinert wird, während gleichzeitig das Volumen des Vorratsraums zum Befüllen des Vorratsraums entsprechend vergrößert wird. Gleichzeitig wird dabei über die Kolbenstange der Speicherkolben zurückverstellt, derart, dass der Speicherkolben den Rückraum vergrößert und den Arbeitsraum verkleinert. Dabei treibt der Speicherkolben das jeweilige Arbeitsfluid aus dem Arbeitsraum aus und fördert es zurück in den Speicherraum des Druckspeichers.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Ausgleichseinrichtung einen Steuerblock aufweisen, der einerseits mit dem Arbeitsraum und andererseits mit dem Speicherraum kommunizierend verbunden ist, und zwar insbesondere derart, dass der Speicherraum durch den Steuerblock hindurch mit dem Arbeitsraum kommunizierend verbunden ist. Durch die Verwendung eines derartigen Steuerblocks lassen sich diverse hydraulische und/oder pneumatische Steuerkomponenten einfach baulich in das Filtergerät integrieren. Gleichzeitig vereinfacht der Steuerblock den Anbau des Druckspeichers am Filtergerät.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung kann der Steuerblock einen hydraulischen Beladungspfad aufweisen, der eine Beladungsdrosseleinrichtung zum Drosseln eines den Speicherraum auffüllenden Beladungsstroms enthält. Zusätzlich oder alternativ kann der Steuerblock einen hydraulischen Entladungspfad aufweisen, der eine Entladungsdrosseleinrichtung zum Drosseln eines den Speicherraum entleerenden Entladungsstroms enthält. Durch die Integration der Drosseleinrichtungen in den Steuerblock ergibt sich eine kompakte Bauweise.
Außerdem lassen sich dadurch Leckagen und Dichtigkeitsprobleme vermeiden bzw. reduzieren.
Die Entladungsdrosseleinrichtung ist zweckmäßig so ausgelegt, dass sich während des Rückspülvorgangs für den Ausgleichskolben eine Stellgeschwindigkeit oder Hubgeschwindigkeit einstellt, die so bemessen ist, dass der Ausgleichskolben gerade so viel Brennstoff aus dem Vorratsraum auf die Reinseite ausschiebt, wie Brennstoff an der Reinseite des Filterraums austreten muss, um die gewünschte Versorgung der Brennkraftmaschine mit Brennstoff mit nahezu konstantem Druck sicherstellen zu können. Die Beladungsdrosseleinrichtung ist hinsichtlich ihrer Drosselwirkung zweckmäßig so konzipiert, dass nach einem Rückspülvorgang das Befüllen des Speicherraums mit Arbeitsmedium und das Befüllen des Vorratsraums mit Brennstoff so langsam durchgeführt werden kann, dass auch hier auf der Reinseite des Filtergeräts keine unzulässigen Druckschwankungen bei der Versorgung der Brennkraftmaschine mit Brennstoff auftreten.
Zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Beladungsdrosseleinrichtung stärker drosselt als die Entladungsdrosseleinrichtung. Beispielsweise kann die Entladung des Speicherraums, also der Rückspülvorgang, mehrere Sekunden dauern, während das Wiederbefüllen des Speicherraums bzw. des Vorratsraums mehrere Minuten in Anspruch nehmen kann.
Der jeweiligen Drosseleinrichtung kann außerdem ein entsprechend orientiertes Rückschlagsperrventil zugeordnet sein.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann der Steuerblock ein Schaltventil aufweisen, das in einer ersten Schaltstellung einen mit dem Arbeitsraum verbundenen ersten Anschluss des Steuerblocks und einen mit dem Speicherraum verbundenen zweiten Anschluss des Steuerblocks sperrt und das in einer zweiten Schaltstellung die beiden Anschlüsse miteinander verbindet. Mit Hilfe eines derartigen Schaltventils können nach dem Befüllen des Speicherraums bzw. des Vorratsraums Leckagen signifikant reduziert werden, in dem die fluidische Verbindung der beiden Anschlüsse des Steuerblocks gesperrt werden. Insbesondere kann auf diese Weise auch während Stillstandszeiten des Filtergeräts unter Druck stehendes Arbeitsmedium bereitgestellt werden, was bei der Inbetriebnahme des Filtergeräts unmittelbar einen Ausschub von unter Druck stehendem Brennstoff ermöglicht.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Filtergerät ein Gehäuse aufweisen, das in einem integralen Korpus den Filterraum und den Ausgleichszylinderraum enthält. Diese Ausführungsform beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Gehäuse des Filtergeräts mit einem integralen Korpus zu versehen, der sowohl den Filterraum als auch den Ausgleichszylinderraum enthält. Ein derartiger in einem Stück bzw. aus einem Stück hergestellter Korpus vereint ein den Filterraum umschließendes Gehäuse und ein den Ausgleichszylinderraum umschließendes Gehäuse in einem gemeinsamen Bauteil, das preiswerter herstellbar ist als zwei separate Gehäuseteile. Ferner entfällt ein Zusammenbau separater Gehäuseteile, der aufgrund der hohen Betriebsdrücke, die bei derartigen Filtergeräten auftreten können, mit einem erhöhten Aufwand verbunden ist. Von besonderem Vorteil ist außerdem, dass ein derartiges gemeinsames Gehäuse im Grunde nur an einer Stelle beheizt werden muss, um sowohl den Filterraum als auch den Ausgleichszylinderraum zu beheizen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Korpus aus Metall hergestellt ist, wodurch in den Korpus eingeleitete Wärme von selbst im ganzen Korpus verteilt wird. Ein Beheizen des Gehäuses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn als Brennstoff Schweröl verwendet wird, das eine vergleichsweise hohe Viskosität besitzt. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen können derartige niederwertige Brennstoffe vergleichsweise zäh werden, was den Filtrierbetrieb gefährdet. Durch das gemeinsame Gehäuse entfällt die erforderliche Beheizung einer separaten Reinigungseinrichtung. Durch Beheizen des Filterraums und des Ausgleichszylinderraums des Filtergeräts wird einerseits ein störungsfreier Betrieb des Filtergeräts gewährleistet. Zum anderen kann der im Ausgleichszylinderraum bevorratete gefilterte Brennstoff ohne weiteres zum Druckausgleich gefördert werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung kann nun der Speicherzylinderraum in einem Zusatzkorpus ausgebildet sein, der außen an den Korpus des Gehäuses angebaut ist. Insoweit wird auch hier eine vergleichsweise einfach realisierbare gebaute Konstruktion begünstigt.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann der Steuerblock in den Zusatzkorpus integriert sein oder alternativ an diesen Zusatzkorpus angebaut sein. Durch die Verwendung eines integralen Bauteils, das im Zusatzkorpus den Steuerblock integral verwirklicht, kann sich die Herstellung des Filtergeräts vereinfachen.
Bei der Erfindung trennt der Ausgleichskolben im Ausgleichszylinderraum einen Schmutzraum von einem Vorratsraum. Der Schmutzraum ist mit dem Rohraum oder mit einem im Rohraum angeordneten Schmutzkanal der Rückspüleinrichtung kommunizierend verbunden. Im Unterschied dazu ist der Vorratsraum mit dem Reinraum kommunizierend verbunden und dient zur Bevorratung von gereinigtem Brennstoff. Auf diese Weise kann der Ausgleichskolben einerseits dazu verwendet werden, zur Vermeidung eines Druckabfalls im Reinraum Brennstoff aus dem Vorratsraum in den Reinraum zu fördern. Zum anderen kann der Ausgleichskolben gleichzeitig dazu verwendet werden, aus dem Rohraum bzw. aus dem Schmutzkanal Verunreinigungen abzusaugen und in den Schmutzraum einzusaugen. Hierdurch erhält der Ausgleichskolben eine Doppelfunktion, wodurch beispielsweise eine zusätzliche Saugeinrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks im Schmutzkanal bzw. zum Absaugen der Verunreinigungen aus dem Rohraum entfallen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse am Korpus einen mit dem Rohraum oder mit dem Schmutzkanal kommunizierend verbundenen ersten Schmutzanschluss aufweisen, wobei außerdem ein mit dem Schmutzraum kommunizierend verbundener Schmutzanschluss vorgesehen ist.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung kann ein Steuerventil mit drei Anschlüssen vorgesehen sein, das in einer ersten Schaltstellung seinen mit dem ersten Schmutzanschluss verbundenen ersten Anschluss mit seinem mit dem zweiten Schmutzanschluss verbundenen zweiten Anschluss verbindet und seinen mit einem Schmutzreservoir verbindbaren dritten Anschluss sperrt und das in einer zweiten Schaltstellung den ersten Anschluss sperrt und den zweiten Anschluss mit dem dritten Anschluss verbindet. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Schaltventils ein Rückspülvorgang durchgeführt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse an seinem Korpus einen mit dem Rohraum kommunizierend verbundenen Einlassanschluss und einen mit dem Reinraum kommunizierend verbundenen Auslassanschluss aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können der Filterraum und der Zylinderraum so angeordnet sein, dass eine Längsmittelachse des Filterraums quer zur Längsmittelachse des Zylinderraums verläuft.
Zweckmäßig kann der Filterkörper mittels eines Antriebs um seine Längsmittelachse drehend antreibbar sein und in einem Gehäuse des Filtergeräts drehbar gelagert sein. Hierdurch kann die Rückspüleinrichtung mit einem stationären Saugkanal arbeiten.
Der Filterkörper kann ein Zylinder sein, der filtrierend wirkt, wobei dann zweckmäßig der Rohraum einen zylindrischen Raum umfasst.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Filterkörper einen Innenzylinder und einen Außenzylinder aufweisen, die jeweils filtrierend wirken. In diesem Fall umfasst der Rohraum einen zwischen den Zylindern ausgebildeten Ringraum. Der Reinraum kann nun einen innerhalb des Innenzylinders ausgebildeten zylindrischen Innenraum und einen zwischen dem Außenzylinder und einer Gehäusewand ausgebildeten ringförmigen Außenraum umfassen.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung kann der Schmutzkanal im zuvor genannten Ringraum zwischen den beiden Zylindern angeordnet sein und mit beiden Zylindern des Filterkörpers zum Rückspülen zusammenwirken.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform kann der Schmutzkanal in einem Saugrohr ausgebildet sein, das im Ringraum angeordnet ist und das diametral gegenüberliegende Ansaugöffnungen aufweist. Zumindest eine dieser Ansaugöffnungen wirkt dabei mit dem außen liegenden Zylinder zum Rückspülen zusammen, während zumindest eine solche Ansaugöffnung mit dem innen liegenden Zylinder zum Rückspülen zusammenwirkt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein Gehäuse des Filtergeräts als Metallteil konzipiert sein.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein, insbesondere metallisches, Gehäuse des Filtergeräts einen Heizmitteleinlass und einen Heizmittelauslass aufweisen. Heizmitteleinlass und Heizmittelauslass können dabei über einen Heizmittelpfad miteinander kommunizierend verbunden sein, der im Inneren des Gehäuses verläuft. Auf diese Weise kann eine Heizeinrichtung besonders einfach an das Gehäuse angeschlossen werden. Durch den internen Heizmittelpfad kann die über die Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme besonders günstig zu den Stellen bzw. Bereichen im Gehäuse geführt werden, die im Betrieb und bevorzugt auch im Stillstand des Filtergeräts zu Beheizen sind. Beispielsweise können dadurch der Filterraum und der Ausgleichszylinderraum bevorzugt mit Wärme beaufschlagt werden. Als Heizmittel eignet sich beispielsweise eine geeignete Flüssigkeit, wie z.B. Thermoöl, oder ein Gas, wie zum Beispiel Wasserdampf.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Heizmittelpfad einen mit dem Heizmittelauslass kommunizierend verbundenen Ablaufraum und einen mit dem Heizmitteleinlass kommunizierend verbundenen Zulaufraum umfassen, wobei zumindest einer dieser Räume durch eine Gehäusewand vom Ausgleichszylinderraum und/oder vom Filterraum getrennt ist.
Bei einer anderen Weiterbildung kann der Ablaufraum durch eine überströmbare und/oder unterströmbare Trennwand vom Zulaufraum getrennt sein.
Bei einer anderen Weiterbildung kann die Trennwand an einem in das Gehäuse eingesetzten Deckel oder integral am Gehäuse ausgebildet sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Seitenansicht eines Filtergeräts,
2 eine weitere, um 90° gedrehte Seitenansicht des Filtergeräts, entsprechend einer Blickrichtung II in 1,
3 eine Schnittansicht des Filtergeräts entsprechend Schnittlinien III in 1,
4 eine Schnittansicht des Filtergeräts entsprechend Schnittlinien IV in 2,
5 eine Schnittansicht eines Teilbereichs des Filtergeräts bei einer anderen Ausführungsform,
6 eine Schnittansicht wie in 3, jedoch in entgegengesetzter Blickrichtung,
7 eine vereinfachte, teilweise geschnittene Seitenansicht des Filtergeräts mit Ausgleichseinrichtung und Druckspeicher,
8 eine andere Seitenansicht der Ausgleichseinrichtung mit Druckspeicher,
9 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung der Ausgleichseinrichtung.
Entsprechend den 1 bis 9 umfasst ein Filtergerät 1, mit dessen Hilfe flüssige Brennstoffe gefiltert werden können, eine Filtereinrichtung 2, eine Rückspüleinrichtung 3, eine Ausgleichseinrichtung 4 sowie ein Gehäuse 5. Das Filtergerät 1 kommt bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei großen Kolbenmotoren oder Großmotoren zum Einsatz, da diese häufig mit minderwertigen Brennstoffen betrieben werden. Beispielsweise ist ein Einsatz für Schiffsdieselmotoren denkbar. Ebenso kommt eine Verwendung in Generatoren oder Blockheizkraftwerken in Betracht. Der Begriff Brennkraftmaschine umfasst alle Arten von Kolbenmotoren (Hubkolbenmotoren und Drehkolbenmotoren) sowie Turbomaschinen.
Die Filtereinrichtung 2 umfasst entsprechend den 3 bis 6 zumindest einen Filterkörper 6, der in einem Filterraum 7 angeordnet ist. Der Filterkörper 6 trennt in diesem Filterraum 7 einen Rohraum 8 von einem Reinraum 9. Die Rückspüleinrichtung 3 dient zum Rückspülen des Filterkörpers 6, wobei zum Rückspülen gereinigter bzw. gefilterter Brennstoff oder ein Fremdmedium verwendet wird. Hierzu weist die Rückspüleinrichtung 3 entsprechend 4 einen Schmutzkanal 10 auf, der im Rohraum 8 angeordnet ist. Der Schmutzkanal 10 ist dabei in einem Saugrohr 11 ausgebildet, das im Rohraum 8 so positioniert ist, dass es sich entlang der rohseitigen Oberfläche des Filterkörpers 6 erstreckt. Das Saugrohr 11 weist an einer dem jeweiligen Filterkörper 6 zugewandten Seite jeweils zumindest eine schlitzförmige Ansaugöffnung 12 auf, durch die eine Schmutzansaugung durchführbar ist. Durch die jeweilige Saugöffnung 12 gelangt Schmutz in den Saugkanal 10 und kann über den Saugkanal 10 abgeführt werden.
Im Beispiel ist der Filterkörper 6 zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch ausgestaltet. Eine Längsmittelachse des Filterkörpers 6 ist in den 3 und 4 mit 13 bezeichnet. Im Beispiel erstreckt sich das Saugrohr 11 über die gesamte axiale Höhe des Filterkörpers 6. Bei der in den 3, 4 und 6 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist der Filterkörper 6 als Doppelzylinder ausgestaltet, so dass er einen Innenzylinder 14 und einen Außenzylinder 15 umfasst. Beide Zylinder wirken filtrierend, bilden also jeweils für sich einen Filterkörper. Alternativ ist gemäß 5 auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher der Filterkörper 6 nur einen Zylinder aufweist. Obwohl in den Darstellungen der Figuren die Zylinder 14, 15 durch eine perforierte Wand dargestellt sind, ist klar, dass dies lediglich eine exemplarische Ausführungsform repräsentiert. Insbesondere kann der jeweilige Zylinder 14, 15 eine beliebige andere geeignete Filterstruktur besitzen. Beispielsweise können die Zylinder 14, 15 als Kantenspaltfilter ausgestaltet sein. Ebenso können sie mit einer Lochfolie, insbesondere mit einer Kantenlochfolie ausgestattet sein. Ebenso kommt ein plissiertes Filtermaterial in Frage.
Bei der hier gezeigten, mit einem Doppelfilterkörper 6 arbeitenden Filtriereinrichtung 2 umfasst der Rohraum 8 einen Ringraum 16, der radial zwischen den beiden Zylindern 14, 15 ausgebildet ist. Hierzu ist der Filterkörper 6 im Beispiel im Bereich dieses Ringraums 16 nach unten offen, wodurch der Ringraum 16 mit dem übrigen Rohraum 8 kommuniziert. Der Reinraum 9 umfasst im Unterschied dazu einen zylindrischen Innenraum 17, der im Inneren des Innenzylinders 14 ausgebildet ist, sowie einen ringförmigen Außenraum 18, der radial zwischen dem Außenzylinder 15 und einer Gehäusewand 19 ausgebildet ist. Die Gehäusewand 19 umschließt ringförmig den Filterraum 7. Der Innenraum 17 kommuniziert durch wenigstens eine Axialöffnung 20, die in einem die beiden Zylinder 14, 15 an einem Axialende des Filterkörpers 6 miteinander verbindenden scheibenförmigen Boden 21 ausgebildet ist, mit dem übrigen Reinraum 9 bzw. mit dem Außenraum 18.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform wird ein Filterkörper 6 verwendet, der abweichend der zuvor beschriebenen Ausführungsform nur einen einzelnen Zylinder aufweist. Bei dieser Ausführungsform umschließt der Reinraum 9 den Filterkörper 6 ringförmig, während der Filterkörper 6 den Rohraum 8 ringförmig umschließt.
Entsprechend den 3, 5, 6 und 9 umfasst die Ausgleichseinrichtung 4 einen Ausgleichskolben 22, der in einem Ausgleichszylinderraum 23 hubverstellbar angeordnet ist. Der Ausgleichszylinderraum 23 kommuniziert dabei mit dem Reinraum 9. Ein entsprechender, vorzugsweise integrierter, Verbindungskanal 24 ist in den 5 und 7 erkennbar. Entsprechend den 5, 7 und 9 trennt der Ausgleichskolben 22 im Ausgleichszylinderraum 23 einen Schmutzraum 25, der sich in 5 links vom Ausgleichskolben 22 befindet, von einem Vorratsraum 26, der sich in 5 rechts vom Ausgleichskolben 22 befindet. In den 7 und 9 befindet sich der Schmutzraum 25 rechts des Ausgleichskolbens 22, während der Vorratsraum 26 links davon liegt. Der Vorratsraum 26 dient zur Bevorratung von gereinigtem Brennstoff und kommuniziert, zum Beispiel über den Verbindungskanal 24, mit dem Reinraum 9 der Filtereinrichtung 2. Der Schmutzraum 25 kann dagegen mit dem Schmutzkanal 10 kommunizierend verbunden werden, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Das Gehäuse 5 besitzt insbesondere einen Korpus 27, der integral gestaltet ist, also in einem Stück hergestellt ist bzw. aus einem Stück hergestellt ist. Beispielsweise handelt es sich beim Korpus 27 um ein integral geformtes Gussteil. Bevorzugt ist der Korpus 27 aus Metall hergestellt. Der Korpus 27 enthält sowohl den Filterraum 7 als auch den Ausgleichszylinderraum 23. Somit dient der Korpus 27 zur Unterbringung sowohl von Komponenten der Filtereinrichtung 2 als auch von Komponenten der Ausgleichseinrichtung 4. Insbesondere sind der Filterkörper 6 und der Ausgleichskolben 22 im Korpus 27 untergebracht. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform für das Filtergerät 1. Zumindest in axialer Richtung, also parallel zur Längsrichtung des Filterkörpers 6 baut der Korpus 27 und somit das Filtergerät 1 vergleichsweise kurz. Insbesondere ist auch der Verbindungskanal 24 integral im Korpus 27 ausgeformt, was z. B. den 5 und 7 entnehmbar ist.
Der Korpus 27 bzw. das Gehäuse 2 weist einen rohseitigen Brennstoffeinlass 28 und einen reinseitigen Brennstoffauslass 29 auf. Der Brennstoffeinlass 28 ist mit einem Einlassflansch 30 ausgestattet. Ebenso ist der Brennstoffauslass 29 mit einem entsprechenden Auslassflansch 31 versehen. Die Flansche 30, 31 sind entweder an den Korpus 27 angebaut oder wie hier mit diesem integral hergestellt. Andere Anschlussarten wie z.B. Gewindeanschlüsse oder Klemmverschlüsse sind möglich.
Ferner weist das Gehäuse 5 bzw. der Korpus 27 einen ersten Schmutzanschluss 32 auf, der mit dem Schmutzkanal 10 kommunizierend verbunden ist. Des weiteren ist der Korpus 27 bzw. das Gehäuse 5 mit einem zweiten Schmutzanschluss 33 versehen, der mit dem Schmutzraum 25 kommunizierend verbunden ist. Bevorzugt ist der erste Schmutzanschluss 32 integral am Korpus 27 ausgebildet. Im Unterschied dazu ist der zweite Schmutzanschluss 33 an einem Deckel 34 ausgebildet, mit dem der Ausgleichszylinderraum 23 an einer dem Schmutzraum 25 zugewandten Seite axial verschlossen ist. Hierzu ist besagter Deckel 34 mit dem Korpus 27 verschraubt. Alternativ kann ein solcher Deckel 34 auch entfallen, wenn an seiner Stelle ein Boden integral am Gehäuse 5 bzw. am Korpus 27 ausgeformt ist. Die beiden Schmutzanschlüsse 32, 33 werden über ein Steuerventil 35 gesteuert. Zum Betätigen des Steuerventils 35 ist eine Stelleinrichtung 36 vorgesehen. Das Steuerventil 35 weist drei Anschlüsse auf, nämlich einen mit dem ersten Schmutzanschluss 32 verbundenen ersten Anschluss 37, einen mit dem zweiten Schmutzanschluss 33 verbundenen zweiten Anschluss 38 und einen dritten Anschluss 39, an den über eine entsprechende, hier nicht gezeigte Verbindungsleitung ein ebenfalls nicht gezeigtes Schmutzreservoir zum Sammeln von abgereinigten Verunreinigungen anschließbar ist. Alternativ zu einem Steuerventil 35 mit drei Anschlüssen sind auch zwei Steuerventile mit jeweils zwei Anschlüssen möglich. Eine erste Verbindungsleitung 40 verbindet den ersten Anschluss 37 mit dem ersten Schmutzanschluss 32. Eine zweite Verbindungsleitung 41 verbindet den zweiten Anschluss 38 mit dem zweiten Schmutzanschluss 33. In einer ersten Schaltstellung verbindet das Steuerventil 35 den ersten Anschluss 37 mit dem zweiten Anschluss 38 und sperrt den dritten Anschluss 39. In der ersten Schaltstellung sind somit die beiden Schmutzanschlüsse 32, 33 miteinander kommunizierend verbunden. In einer zweiten Schaltstellung sperrt das Steuerventil 35 den ersten Anschluss 37 und verbindet den zweiten Anschluss 38 mit dem dritten Anschluss 39. In der zweiten Schaltstellung sind somit der zweite Schmutzanschluss 33 und das genannte Schmutzreservoir miteinander kommunizierend verbunden.
Entsprechend den 7 bis 9 umfasst die Ausgleichseinrichtung 4 außerdem einen Speicherkolben 42, der über eine Kolbenstange 43 mit dem Ausgleichskolben 22 fest verbunden ist. Der Speicherkolben 42 ist dabei in einem Speicherzylinderraum 44 hubverstellbar angeordnet. Dieser Speicherzylinderraum 44 fehlt in den Darstellungen der 1 bis 6. In diesem Speicherzylinderraum 44 begrenzt der Speicherkolben 42 einen Arbeitsraum 45, der vom Vorratsraum 26 fluidisch getrennt ist. Im gezeigten Beispiel durchsetzt die Kolbenstange 43 hierzu eine Trennwand 46, die den Arbeitsraum 45 vom Vorratsraum 26 trennt. Zweckmäßig ist die Kolbenstange 43 durch die Trennwand 46 dicht hindurchgeführt. Entsprechende Dichtmittel sind hier jedoch nicht dargestellt. Des Weiteren trennt im gezeigten Beispiel der Speicherkolben 42 im Speicherzylinderraum 44 den Arbeitsraum 45 von einem Rückraum 47, der beispielsweise mit einer Umgebung 48 des Filtergeräts 1 fluidisch verbunden ist.
Die Ausgleichseinrichtung 4 weist hier außerdem einen Druckspeicher 49 auf, der einen Speicherraum 50 enthält. Dieser Druckspeicher 49 ist in den 1 bis 6 nicht dargestellt. Der Speicherraum 50 ist nun mit dem Arbeitsraum 45 fluidisch verbunden, so dass ein flüssiges Arbeitsmedium zwischen Speicherraum 50 und Arbeitsraum 45 verschiebbar ist. Im gezeigten Beispiel besitzt der Speicherkolben 42 einen Außenquerschnitt 72, der kleiner ist als ein Außenquerschnitt 73 des Ausgleichkolbens 22.
Die hier gezeigte Ausgleichseinrichtung 4 arbeitet fremdenergiefrei, kommt also ohne externen Antrieb aus, der Energie benötigt. Die Hubverstellungen des Ausgleichskolbens 22 werden dabei ausschließlich durch die intern wirkenden Druckkräfte ermöglicht. Dabei greift am Ausgleichskolben 22 die Druckdifferenz zwischen den Drücken im Vorratsraum 26 und im Schmutzraum 25 an. Während eines Rückspülvorgangs ist der Druck im Schmutzraum 25 annähernd so groß wie im Vorratsraum 26. Die Druckdifferenz am Speicherkolben 42 ist dagegen vergleichsweise groß, da der Druck im Arbeitsraum 45 dem Speicherdruck des Druckspeichers 49 entspricht, während im Rückraum 47 vorzugsweise Umgebungsdruck herrscht. Somit kann sich der Ausgleichskolben 42 von einer in 9 rechts mit unterbrochener Linie angedeuteten Ausgangsstellung in die in 9 links mit durchgehender Linie dargestellte Endstellung überführt werden. Nach Abschluss des Rückspülvorgangs wird der Schmutzraum 25 mit dem Schmutzreservoir verbunden, so dass am Ausgleichskolben 22 eine große Druckdifferenz herrscht, die den Ausgleichskolben 22 und somit auch den über die Kolbenstange 43 damit verbundenen Speicherkolben 42 in die Ausgangsstellung zurückverstellt. Dabei treibt der Speicherkolben 42 das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 45 aus und verschiebt es zurück in den Speicherraum 50. Gleichzeitig wird hierbei der Vorratsraum 26 wieder mit Brennstoff befüllt.
Gemäß 9 besitzt die Ausgleichseinrichtung 4 hier einen Steuerblock 74, der einen mit dem Arbeitsraum 45 kommunizierend verbundenen ersten Anschluss 75 und einen mit dem Speicherraum 50 kommunizierend verbundenen zweiten Anschluss 76 aufweist. In der Folge ist der Steuerblock 74 einerseits mit dem Arbeitsraum 45 und andererseits mit dem Speicherraum 50 kommunizierend verbunden. Dabei ist der Speicherraum 50 durch den Steuerblock 74 hindurch mit dem Arbeitsraum 45 fluidisch verbunden. Der Steuerblock 74 enthält einen hydraulischen Beladungspfad 77, der eine Beladungsdrosseleinrichtung 78 sowie ein Beladungsrückschlagsperrventil 79 enthält. Mit Hilfe der Beladungsdrosseleinrichtung 78 kann ein Beladungsstrom gedrosselt werden, der zum Auffüllen des Speicherraums 50 führt. Gleichzeitig führt die Drosselung der Beladungsdrosseleinrichtung 78 zu einer Regulierung der Hubgeschwindigkeit der beiden Kolben 22 und 42, so dass insbesondere die Befüllung des Vorratsraums 26 langsam und ohne störenden Druckeinbruch auf der Reinseite (Reinraum 9) durchgeführt werden kann. Ferner enthält der Steuerblock 74 im Beispiel einen hydraulischen Entladungspfad 80, der eine Entladungsdrosseleinrichtung 81 sowie ein Entladungsrückschlagsperrventil 82 enthält. Über den Entladungspfad 80 kann ein Entladungsstrom gedrosselt werden, der den Speicherraum 50 in den Arbeitsraum 45 entleert. Über die Drosselwirkung der Entladungsdrosseleinrichtung 81 kann dabei wiederum die Stellgeschwindigkeit der Kolben 22 und 42 vorgegeben werden. Insbesondere kann dabei die Verstellbewegung des Ausgleichskolbens 22 gezielt so hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit vorgegeben werden, dass einerseits eine effektive Rückspülung realisierbar ist, während gleichzeitig Druckschwankungen auf der Reinseite bzw. im Reinraum 9 möglichst klein gehalten werden.
Die beiden Drosseleinrichtungen 78 und 81 besitzen zweckmäßig unterschiedliche Drosselwirkungen. Insbesondere ist die Beladungsdrosseleinrichtung 78 mit einer stärkeren Drosselwirkung ausgestattet als die Entladungsdrosseleinrichtung 81. Somit erfolgt das Entladen des Druckspeichers 50 deutlich schneller als dessen Aufladung.
Im Beispiel der 9 enthält der Steuerblock 74 außerdem ein Schaltventil 83, das zwischen einer in 9 gezeigten ersten Schaltstellung oder Sperrstellung und einer zweiten Schaltstellung oder Durchgangsstellung oder Verbindungsstellung verstellbar ist. In der ersten Schaltstellung sperrt das Schaltventil 83 den ersten Anschluss 75 und den zweiten Anschluss 76. In der zweiten Schaltstellung verbindet das Schaltventil 83 die beiden Anschlüsse 75, 76 miteinander.
Im Beispiel sind außerdem ein Druckbegrenzungsventil 84, ein Sperrventil 85 und ein Speicherdruckmessgerät 86 vorgesehen. Des Weiteren ist ein Arbeitsraumdruckmessgerät 87 dargestellt.
Der Speicherzylinderraum 44 kann gemäß den 7 und 8 in einem Zusatzkorpus 88 ausgebildet sein, der zweckmäßig außen an den Korpus 27 des Gehäuses 5 angebaut ist. Im Beispiel ist der Zusatzkorpus 88 an dem Korpus 27 angeflanscht.
Der Steuerblock 74 ist im gezeigten Beispiel an den Zusatzkorpus 88 angebaut. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Steuerblock 74 in den Zusatzkorpus 88 integriert sein.
Die Rückspüleinrichtung 3 wirkt zweckmäßig immer nur mit einem in Umfangsrichtung des Filterkörpers 6 begrenzten Umfangssegment zusammen, um den Filtrierbetrieb möglichst wenig zu stören. Damit die Oberfläche des Filterkörpers 6 bzw. die Oberflächen der Zylinder 14, 15 entlang ihres gesamten Umfangs rückgespült werden können, ist eine Relativbewegung zwischen dem Saugrohr 11 und dem Filterkörper 6 erforderlich. Im gezeigten Beispiel ist hierzu ein Antrieb 51 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Filterkörper 6 im Gehäuse 5 um die Längsmittelachse 13 des Filterkörpers 6 drehend antreibbar ist. Hierzu ist der Filterkörper 6 am Korpus 27 drehbar gelagert. Ein entsprechendes Drehlager ist in 6 mit 52 bezeichnet. Der Drehantrieb 51 umfasst beispielsweise einen Elektromotor 53 und ein Getriebe 54, das über eine Antriebswelle 55 den Filterkörper 6 antreibt. Das Saugrohr 11 ist im Korpus 27 feststehend montiert, so dass durch die Rotation des Filterkörpers 6 die gesamte rohseitige Oberfläche des Filterkörpers 6 bzw. der Zylinders 14, 15 die Saugöffnungen 12 überstreicht. Hierdurch kann der Schmutzkanal 10 mit beiden Zylindern 14, 15 zum Rückspülen zusammenwirken. Alternativ ist es ebenso möglich, den Filterkörper 6 im Gehäuse 5 stehend anzuordnen und das Saugrohr 11 um die Längsmittelachse 13 des Filterköpers 6 drehbar anzuordnen und mit dem Drehantrieb 51 entsprechend zu koppeln.
In den 7 bis 9 sind der Drehantrieb 51 und die Rückspüleinrichtung 3 nicht dargestellt.
Entsprechend 6 sowie entsprechend den 1 und 4 sind am Korpus 27 bzw. am Gehäuse 5 ein Heizmittelauslass 56 und ein Heizmitteleinlass 57 ausgebildet. Im Inneren des Gehäuses 5 sind der Heizmittelauslass 56 und der Heizmitteleinlass 57 durch einen Heizmittelpfad 58 miteinander kommunizierend verbunden, der in 6 durch einen Pfeil angedeutet ist und im Inneren des Gehäuses 5 verläuft. Zur Ausbildung dieses Heizmittelpfads 58 enthält das Gehäuse 5 bzw. enthält der Korpus 27 an einer vom Filterraum 7 abgewandten Seite einen Hohlraum 59, der mit einem in den Korpus 27 eingesetzten Deckel 60 verschlossen ist. An diesem Deckel 60 ist im Beispiel eine Trennwand 61 angebracht, die vom Deckel 60 absteht und in den Hohlraum 59 hineinragt. Alternativ kann die Trennwand 61 auch integral am Korpus 27 ausgeformt sein. Die Trennwand 61 ist dabei so dimensioniert, dass zwischen der Trennwand 61 und einer dem Deckel 60 gegenüberliegenden Wand 62 ein Abstand 63 verbleibt, wodurch die Trennwand 61 an ihrem vom Deckel 60 entfernten Ende überströmbar bzw. umströmbar ist. Dementsprechend führt der Heizmittelpfad 58 um die Trennwand 61 herum. Der Heizmittelpfad 58 umfasst bzw. verbindet einen Ablaufraum 64, der mit dem Heizmittelauslass 56 kommunizierend verbunden ist, sowie einen Zulaufraum 65, der mit dem Heizmitteleinlass 57 kommunizierend verbunden ist. Im Beispiel ist der Ablaufraum 64 durch eine am Korpus 27 integral ausgebildete Gehäusewand 66 vom Ausgleichszylinderraum 23 getrennt. Außerdem ist im Beispiel der Zulaufraum 65 durch die zuvor genannte Gehäusewand 62, die ebenfalls integral am Korpus 27 ausgeformt ist, vom Filterraum 7 getrennt. Hierdurch ergibt sich ein intensiver Wärmeübergang zwischen dem im Heizmittelpfad 58 transportierten Heizmittel und der jeweiligen Gehäusewand 62 bzw. 66. Auf diese Weise kann der Korpus 27 einfach beheizt werden. Ferner kann der im Korpus 27 transportierte bzw. enthaltene Brennstoff sowie die daraus herausgefilterten Verunreinigungen beheizt werden. Ein an den Heizmittelauslass 56 und Heizmitteleinlass 57 angeschlossener Heizkreis wird mit einem geeigneten Heizmittel, beispielsweise mit einem Gas, wie zum Beispiel Wasserdampf, oder mit einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Thermoöl, betrieben.
Der Ausgleichszylinderraum 23 ist entsprechend 5 an einer dem Vorratsraum 26 zugewandten Seite axial durch einen weiteren Deckel oder Boden 67 verschlossen, der mit dem Korpus 27 verschraubt ist. Der Boden 67 kann die Trennwand 46 bilden. Der Korpus 27 bzw. das Gehäuse 5 ist an einer von der Ausgleichseinrichtung 4 abgewandten Seite mit Hilfe eines Deckels 68 axial verschlossen, der den Antrieb 51 trägt, von der Antriebswelle 55 durchdrungen ist und der im Beispiel mit dem Korpus 27 verschraubt ist. Hierzu ist der Korpus 27 mit einem entsprechenden Flansch 69 ausgestattet. Ferner ist in 6 eine Leerlauföffnung 70 erkennbar, die mit einem Leerlaufventil 71 steuerbar ist, das in 1 gezeigt ist.
Das hier vorgestellte Filtergerät 1 arbeitet wie folgt:
Über den Brennstoffeinlass 28 gelangt ungereinigter flüssiger Brennstoff in den Rohraum 8. Um zum Reinraum 9 zu gelangen, muss er den Filterkörper 6 bzw. dessen Zylinder 14, 15 durchströmen. Vom Reinraum 9 gelangt der gereinigte Brennstoff zum einen in den Vorratsraum 26 und zum anderen tritt er durch den Brennstoffauslass 29 aus dem Gehäuse 5 aus. Zur Realisierung einer Rückspülung des Filterkörpers 6 bzw. der Zylinder 14, 15 wird im Schmutzkanal 10 relativ zum Reinraum 9 ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck wird bei der hier gezeigten Ausführungsform durch eine Axialverstellung des Ausgleichskolbens 22 realisiert. Dabei beginnt der Ausgleichskolben 22 bei der in 5 gezeigten Ausgangsstellung, die sich durch ein minimales Volumen im Schmutzraum 25 und ein maximales Volumen im Vorratsraum 26 auszeichnet. Durch die Axialverstellung des Ausgleichskolbens 22 vergrößert sich das Volumen im Schmutzraum 25, wodurch darin der Druck abfällt. Das in seine erste Schaltstellung verstellte Steuerventil 35 führt dazu, dass diese Druckdifferenz auf den Schmutzkanal 10 übertragen wird. Dementsprechend wird über die Saugöffnungen 12 Schmutz rohseitig von den Oberflächen der Zylinder 14, 15 abgesaugt. Gleichzeitig strömt dabei reinseitiger Brennstoff entgegen der Filtrierrichtung, also von der Reinseite zur Rohseite nach, wodurch die gewünschte Rückspülung realisiert wird. Die rückgespülten Verunreinigungen werden dabei über den Schmutzkanal 10 in den Schmutzraum 25 angesaugt. Die Hubverstellung des Ausgleichskolbens 22 verkleinert gleichzeitig das Volumen des Vorratsraums 26, wodurch darin enthaltener gefilterter Brennstoff über den Verbindungskanal 24 in den Reinraum 9 gelangt. Hierdurch kann ein Druckabfall im Reinraum 9, der an sich mit der Rückspülung einhergeht, vollständig oder zumindest teilweise kompensiert werden.
Insbesondere kann der Filtrierbetrieb und die Versorgung der jeweiligen Brennkraftmaschine mit Brennstoff ununterbrochen fortgesetzt werden. Nach Beendigung des Rückspülvorgangs, zum Beispiel nach einer vollständigen Umdrehung des Filterkörpers 6, wird das Steuerventil 35 in die zweite Schaltstellung überführt. Der Ausgleichskolben 22 wird dann wieder in die in 5 gezeigte Ausgangsstellung zurückgefahren. Die Rückverstellung erfolgt vergleichsweise langsam, so dass es zu keinem nennenswerten Druckabfall auf der Reinseite kommt, auch wenn der sich dabei vergrößernde Vorratsraum 26 mit gereinigtem Brennstoff aus dem Reinraum 9 allmählich befüllt wird. Gleichzeitig wird durch die Rückstellung des Ausgleichskolbens 22 das im Schmutzraum 25 gesammelte Schmutzvolumen ausgetrieben. Durch die zweite Schaltstellung des Steuerventils 35 werden dabei die Verunreinigungen durch den dritten Anschluss 39 in Richtung Schmutzreservoir ausgepresst.
Durch die Integration des Gehäuses 5 bzw. des Korpus 27 in einen Heizkreis können sowohl die Ausgleichseinrichtung 4 als auch die Filtereinrichtung 2 ausreichend beheizt werden, um auch bei zähen Brennstoffen und insbesondere auch bei zähen aus dem Brennstoff herausgefilterten Verunreinigungen, wie zum Beispiel Teer, eine hinreichende Temperatur sicherzustellen, die es ermöglicht, das Filtergerät 1 ordnungsgemäß zu betreiben und insbesondere auch zähe Verunreinigungen auszutreiben.
Die Funktionsweise des Filtergeräts 1 bzw. der Ausgleichseinrichtung 4 wird im Folgenden außerdem anhand 9 näher erläutert. Zu Beginn eines Rückspülvorgangs befindet sich der Ausgleichskolben 22 in der rechts mit unterbrochener Linie dargestellten Position. In der Folge sind die Volumina des Schmutzraums 25 und des Arbeitsraums 45 minimiert, während der Vorratsraum 26 und der Speicherraum 50 maximal befüllt sind, der eine mit Brennstoff und der andere mit einem grundsätzlich beliebigen hydraulischen Arbeitsmittel, bei dem es sich grundsätzlich jedoch auch um Brennstoff handeln kann. Für den Rückspülvorgang wird der Schmutzraum 25 mit dem Schmutzkanal 10 verbunden. Dies erfolgt durch eine entsprechende Schaltbetätigung des vorgenannten Steuerventils 35. In der Folge können Verunreinigungen rohseitig vom Filterkörper 6 abgesaugt werden. Hierzu muss sich der Ausgleichskolben 22 in Richtung Vorratsraum 26 bewegen, um einerseits die Verunreinigungen in den Schmutzraum 25 anzusaugen und um andererseits zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Druckschwankungen Brennstoff vom Vorratsraum 26 auf den Reinraum 9 auszuschieben. Der Ausgleichskolben 22 ist hierbei vorwiegend durch den Speicherdruck im Arbeitsraum 45 bzw. am Speicherkolben 42 angetrieben. Sofern das Schaltventil 83 vorhanden ist, ist dieses hierzu in seine zweite Schaltstellung geschaltet, in der es die beiden Anschlüsse 75, 76 miteinander verbindet, so dass der Speicherraum 50 mit dem Arbeitsraum 45 in Verbindung steht. Am Ende des Rückspülvorgangs erreicht der Ausgleichskolben 22 die in 9 mit durchgezogener Linie dargestellte Endstellung. In diesem Zustand sind der Vorratsraum 26 und der Speicherraum 50 weitgehend entleert. Um den Vorratsraum 26 wieder erneut mit Brennstoff und den Speicherraum 50 wieder erneut mit Arbeitsmedium zu befüllen, wird der Schmutzraum 25 mit dem Schmutzreservoir verbunden, was wieder durch eine entsprechende Schaltbetätigung des zuvor genannten Steuerventils 35 erreicht wird. In der Folge treibt der hohe Druck im Vorratsraum 26 den Ausgleichskolben 22 in Richtung Schmutzraum 25 an, wodurch der Schmutz in das Schmutzreservoir ausgetrieben wird. Gleichzeitig zieht der Ausgleichskolben 22 dabei über die Kolbenstange 43 den Speicherkolben 42 in den Arbeitsraum 45 gegen den Speicherdruck des Druckspeichers 49 hinein. Hierdurch wird das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 45 ausgetrieben und in den Speicherraum 50 zurückgeleitet. Sobald wieder die Ausgangssituation erreicht ist, kann erneut ein Rückspülvorgang durchgeführt werden. Bis dahin kann das ggf. vorhandene Schaltventil 83 die in 9 gezeigte erste Schaltstellung einnehmen, um den Speicherraum 50 vom Arbeitsraum 45 zu entkoppeln.
Bemerkenswert ist, dass zum Steuern der Kolben 22, 42 eine Betätigung des Steuerventils 35 ausreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/094646 A1 [0003]

Claims

Ausgleichseinrichtung für ein Filtergerät (1) zum Filtern flüssiger Brennstoffe, insbesondere für große Kolbenmotoren, wie zum Beispiel Schiffsdieselmotoren, wobei das Filtergerät (1) eine Filtereinrichtung (2), die zumindest einen Filterkörper (6) aufweist, der in einem Filterraum (7) einen Rohraum (8) von einem Reinraum (9) trennt, und eine Rückspüleinrichtung (3) zum Rückspülen des Filterkörpers (6) mit gereinigtem Brennstoff umfasst, – wobei die Ausgleichseinrichtung (4) einen Ausgleichskolben (22) aufweist, der in einem mit dem Reinraum (9) kommunizierend verbundenen Ausgleichszylinderraum (23) hubverstellbar angeordnet ist, – wobei der Ausgleichskolben (22) im Ausgleichszylinderraum (23) einen mit dem Rohraum (8) oder mit einem im Rohraum (8) angeordneten Schmutzkanal (10) der Rückspüleinrichtung (3) kommunizierend verbundenen Schmutzraum (25) von einem mit dem Reinraum (9) kommunizierend verbundenen Vorratsraum (26) für gereinigten Brennstoff trennt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ausgleichseinrichtung (4) einen Speicherkolben (42) aufweist, der über eine Kolbenstange (43) mit dem Ausgleichskolben (22) fest verbunden ist, der in einem Speicherzylinderraum (44) hubverstellbar angeordnet ist und der im Speicherzylinderraum (44) einen vom Vorratsraum (26) fluidisch getrennten Arbeitsraum (45) begrenzt, – dass die Ausgleichseinrichtung (4) einen Druckspeicher (49) aufweist, dessen Speicherraum (50) mit dem Arbeitsraum (45) kommunizierend verbunden ist.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (42) einen Außenquerschnitt (72) besitzt, der kleiner ist als ein Außenquerschnitt (73) des Ausgleichskolbens (22).
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennwand (46) vorgesehen ist, die den Arbeitsraum (45) vom Vorratsraum (26) trennt und durch die sich die Kolbenstange (43) hindurch erstreckt.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (22) zu seiner Hubverstellung im Ausgleichszylinderraum (23) fremdenergiefrei angetrieben ist.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (22) zu seiner Hubverstellung im Ausgleichszylinderraum (23) durch die an den beiden Kolben (22, 42) wirkenden Druckdifferenzen angetrieben ist.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (4) einen Steuerblock (74) aufweist, der einerseits mit dem Arbeitsraum (45) und andererseits mit dem Speicherraum (50) kommunizierend verbunden ist, insbesondere derart, dass der Speicherraum (50) durch den Steuerblock (53) hindurch mit dem Arbeitsraum (45) kommunizierend verbunden ist.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass der Steuerblock (74) einen hydraulischen Beladungspfad (77) aufweist, der eine Beladungsdrosseleinrichtung (78) zum Drosseln eines den Speicherraum (50) auffüllenden Beladungsstroms enthält, und/oder – dass der Steuerblock (74) einen hydraulischen Entladungspfad (80) aufweist, der eine Entladungsdrosseleinrichtung (81) zum Drosseln eines den Speicherraum (50) entleerenden Entladungsstroms enthält.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladungsdrosseleinrichtung (78) stärker drosselt als die Entladungsdrosseleinrichtung (81).
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerblock (74) ein Schaltventil (83) aufweist, dass in einer ersten Schaltstellung einen mit dem Arbeitsraum (45) verbundenen ersten Anschluss (75) des Steuerblocks (74) und einen mit dem Speicherraum (50) verbundenen zweiten Anschluss (76) des Steuerblocks (74) sperrt und das in einer zweiten Schaltstellung die beiden Anschlüsse (75, 76) mit einander verbindet.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (5), das in einem integralen Korpus (27) den Filterraum (7) und den Ausgleichszylinderraum (23) enthält.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherzylinderraum (44) in einem Zusatzkorpus (88) ausgebildet ist, der außen an den Korpus (27) des Gehäuses (5) angebaut ist.
Ausgleichseinrichtung nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerblock (74) in den Zusatzkorpus (88) integriert ist oder an den Zusatzkorpus (88) angebaut ist.
Filtergerät zum Filtern flüssiger Brennstoffe, insbesondere für große Kolbenmotoren, wie zum Beispiel Schiffsdieselmotoren, – mit einer Filtereinrichtung (2), die zumindest einen Filterkörper (6) aufweist, der in einem Filterraum (7) einen Rohraum (8) von einem Reinraum (9) trennt, – mit einer Rückspüleinrichtung (3) zum Rückspülen des Filterkörpers (6) mit gereinigtem Brennstoff, – mit einer Ausgleichseinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.