DE102011088879A1

DE102011088879A1 - Filtereinrichtung mit einer Heizung zum Erwärmen von Medium

Info

Publication number: DE102011088879A1
Application number: DE102011088879A
Authority: DE
Inventors: Vasco Gomes Gama; Cristina Porcel Magnusson
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-20
Also published as: CN103174496B; CN103174496A

Abstract

Bei einer Filtereinrichtung (10) mit einem Filterelement (22), welches in einem Filtergehäuse (12) angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch das Filtergehäuse (12) strömendem Medium ist die Heizung mit einem Heizdraht (34) gestaltet, der zwischen mindestens zwei Auflagern (28) gespannt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, insbesondere einen Flüssigkeitsfilter, wie etwa einen Harnstofffilter oder einen Kraftstofffilter, mit einem Filterelement, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch das Filtergehäuse strömendem Medium. Ferner ist die Erfindung auf ein Verwenden einer solchen Filtereinrichtung als Kraftstofffilter an einem Kraftfahrzeug gerichtet.
Filtereinrichtungen benötigen bei niedrigen Betriebstemperaturen oftmals eine Heizung zum Erwärmen des durchströmenden Fluids, da die Viskosität der darin zu filtrierenden Medien bei tiefen Temperaturen ansteigt und dann ein Durchgang des Mediums durch das zugehörige Filterelement erschwert wird. Zum Beispiel kann es bei Dieselkraftstofffiltern beim Kaltstart des zugehörigen Motors zu Problemen kommen, wenn die Außentemperatur unter dem so genannten CFPP (cold filter plugging point) des Kraftstoffs liegt. Auch bei Harnstofffiltern kann eine solche Heizung notwendig sein.
Die dabei verwendeten Heizungen werden als elektrische PTC-Heizung (Positive Temperature Coefficient) ausgebildet, welche eine selbsttätige Regelung aufweisen, und speziell an die herzustellende Heizsituation angepasst sind. Die PTC-Elemente sind aber vergleichsweise teuer in der Anschaffung und in der Verarbeitung.
Bei manchen Applikationen von Filtereinrichtungen ist deren Einbauraum streng begrenzt. Für solche Applikationen ist es bei Kraftstofffiltern, die ein Filtergehäuse mit einem Gehäusebecher und einem Gehäusedeckel aufweisen, bekannt, die Heizung im Gehäusedeckel auszubilden, oder als Heizstab, welcher in die Rohseite der Filtereinrichtung hineinragt. Beide Lösungen sind jedoch vergleichsweise aufwendig und machen zusätzliche Anpassungen an den Bauteilen erforderlich.
Aus DE 10 2007 005 771 A ist eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement bekannt, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung strömendem Medium. Die Heizung ist mit mindestens einer Heizbahn gestaltet, die von einem metallischen Stanzgitter gebildet ist, das in einem Heizbahngehäuse eingespritzt ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement geschaffen, welches in einem Filtergehäuse angeordnet und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch das Filtergehäuse strömendem Medium versehen ist, bei der die Heizung mit einem Heizdraht gestaltet ist, der zwischen mindestens zwei Auflagern gespannt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es für den dortigen Heizdraht ein dünneres, leichteres und auch kostengünstigeres Material zu verwenden. Ferner ist der Materialverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen mit einem Standgitter geringer, weil mit der erfindungsgemäßen Lösung kein Stanzabfall entsteht. Es wird lediglich so viel Material benötigt, wie für den dann auch als Heizung wirkenden Draht benötigt wird. Dabei ist das Verhältnis von Materialbedarf und wirkender Heizfläche bei einem erfindungsgemäß verwendeten Draht besonders gut, insbesondere dann, wenn der Draht im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig gestaltet ist. Für die erfindungsgemäße Lösung kann auf besondere oder zusätzlich anzuordnende Bauteile am zugehörigen Filterelement weitgehend verzichtet werden. Es ist insbesondere kein Umspritzprozess erforderlich, wodurch die Spritzkosten gesenkt werden können.
Der zwischen den mindestens zwei Auflagern gespannte Heizdraht hat nur eine geringe Kontaktfläche mit benachbarten Bauteilen, insbesondere mit Kunststoffteilen. Es kann daher insbesondere nicht zu einer Schädigung von Kunststoffteilen aufgrund von Überhitzung durch den Heizdraht kommen. Umso größer ist seine Kontaktfläche mit dem Medium, welches den Heizdraht vorteilhaft weitgehend frei umströmen kann. Dadurch ergibt sich eine besonders große Wärmeübergangsfläche vom Heizdraht zum Medium.
Die mindestens zwei Auflager sind vorzugsweise einstückig bzw. einteilig mit dem Filterelement gestaltet. Mit dieser Lösung können die Auflager direkte beim Herstellen des Filterelements weitgehend kostenneutral, z.B. mittels Spritzgießen, hergestellt werden.
Das Filterelement ist bevorzugt als zylinderförmige Filterpatrone gestaltet und die mindestens zwei Auflager sind an je einem der stirnseitigen Randbereiche der Zylinderform des Filterelements angeordnet. Mit dieser Gestaltung der Auflager kann der Heizdraht über besonders weite Strecken frei von einem Ende der Filterpatrone bis zu deren gegenüberliegendem Ende gespannt werden. Die Auflager sind dabei vorteilhaft als radial gerichtete und nach außen abstehende Zapfen gestaltet, über die der Heizdraht gelegt wird. Die Zapfen sind vorzugsweise mit je einem Kopf gestaltet, welcher ein Abrutschen des Heizdrahts vom zugehörigen Zapfen verhindert.
Die stirnseitigen Randbereiche der Zylinderform des Filterelements sind besonders bevorzugt je mit einer Mehrzahl Auflager versehen, zwischen denen der Heizdraht zickzack-förmig von einem Randbereich zum anderen hin und her gespannt ist. Damit ergibt sich eine Auflagergestaltung, welche einen besonders langen Heizdraht am Filterelement halten kann. Alternativ ist der Heizdraht schraubenförmig um die Mantelfläche gewickelt, wobei als Auflager vorteilhaft Stege dienen können, welche sich axial an der Mantelfläche des dann wiederum als Filterpatrone gestalteten Filterelements erstrecken können.
Das Filterelement ist ferner vorzugsweise als zylinderförmige Filterpatrone gestaltet und der Heizdraht ist die Mantelfläch der Zylinderform umgebend gestaltet. Der derart die gesamte Mantelfläche in vorzugsweise regelmäßigen Abständen überspannende Heizdraht entwickelt einen besonders großen Wirkbereich bei zugleich sehr geringem Bauraumverbrauch innerhalb des Filterelements.
Der Heizdraht ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer Isolierschicht, insbesondere einer Lackschicht, versehen. Die Isolierschicht kann sehr kostengünstig angebracht werden, ähnlich wie es bei Wicklungsdrähten von Spulen, z.B. bei Elektromotoren, Generatoren, Relais oder Elektromagneten, der Fall ist. Die Isolierung verhindert einen unerwünschten elektrischen Kontakt zu leitfähigen benachbarten Bauteilen, insbesondere zu einem aus Metall hergestellten Filtergehäuse.
Schließlich ist die erfindungsgemäße Lösung auch speziell auf die Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Filtereinrichtung als Kraftstofffilter an einem Kraftfahrzeug oder als Harnstofffilter gerichtet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung und
2 eine perspektivische Ansicht des Filterelements der Filtereinrichtung gemäß 1.
In 1 ist eine Filtereinrichtung 10 dargestellt, die als Kraftstofffilter für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Die Filtereinrichtung 10 ist mit einem Filtergehäuse 12 gestaltet, das aus einem zylinderförmigen Gehäusebecher 14 und einem diesen verschließenden, kreisrunden Gehäusedeckel 16 gebildet ist.
Auf dem Gehäusedeckel 16 befindet sich ein gewinkelter rohrförmiger Einlass 18 und ein gleichförmiger Auslass 20, welche beide durch den Gehäusedeckel 16 hindurch in das Innere des Gehäusebechers 14 führen. In dem Gehäusebecher 14 befindet sich ein hohlzylindrisches Filterelement 22, welches die Einlassseite von der Auslassseite trennt. Das Filterelement 22 wird von jenem Medium, insbesondere jenem Kraftstoff, der durch den Einlass 18 in den Gehäusebecher 14 einströmt, durchströmt und dabei von Fremdstoffen und Wasser gereinigt. Das Medium verlässt die Filtereinrichtung 10 nachfolgend in gereinigter Form durch den Auslass 20.
Das Filterelement 22 ist in 2 näher veranschaulicht. Es weist an seinem oberen stirnseitigen Randbereich 24 und an seinem unteren stirnseitigen Randbereich 26 jeweils eine Reihe von Auflagern 28 auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet über den äußeren Umfang des Filterelements 22 hinweg angeordnet sind. Die Auflager 28 sind jeweils als einzelner, radial nach außen vom Filterelement 22 abstehender Zapfen 30 gestaltet, der an seinem äußeren Ende einen Kopf 32 aufweist.
Zwischen den Auflagern 28 am oberen stirnseitigen Randbereich 24 und den Auflagern 28 am unteren stirnseitigen Randbereich 26 ist ein Heizdraht 34 zickzack-förmig von einem Ende des Filterelements 22 zu dessen anderem Ende hin und her gespannt. Der Heizdraht 34 ist so lang bemessen, dass er sich über die gesamte äußere Mantelfläche der zylinderförmigen Filterpatrone mit in Umfangsrichtung voneinander regelmäßig beabstandeten Drahtabschnitten, die im Wesentlichen axial gerichtet sind, erstreckt. Der Heizdraht 34 ist dabei mit einer innenliegenden Drahtlitze und eventuell einer diese umgebenden Isolierschicht in Gestalt einer Lackschicht (nicht gesondert dargestellt) gestaltet.
Die beiden Enden des Heizdrahts 34 sind zu je einem Anschlussstift 36 und 38 geführt und an diesen Anschlussstiften 36 bzw. 38 elektrisch angeschlossen. Die Anschlussstifte 36 und 38 befinden sich an der oberen Stirnseite des Filterelements 22. An ihnen ist ein Anschluss 40 in Form eines Steckanschlusses elektrisch angekoppelt, der sich durch den Gehäusedeckel 16 hindurch von innen nach außen erstreckt. Der Anschluss 40 stellt eine Koppelstelle zum Ankoppeln und elektrischen Verbinden des Heizdrahts 34 mit einer (nicht dargestellten) Stromversorgung sowie Regelung für die mit dem Heizdraht 34 erzeugte Heizleistung dar.
Mit dem derart an den Auflagern 28 auf sehr einfache und dennoch robuste Weise gehaltenen sehr langen Heizdraht 34 ist eine bauraumsparende Heizeinrichtung geschaffen, die zugleich eine besonders große Wirkfläche für den Wärmeübergang an den zu heizende Kraftstoff aufweist.
Der von einem Auflager 28 zu einem gegenüberliegenden Auflager 28 geführte Heizdraht 34 hat nur eine geringe Kontaktfläche an dem Filterelement 22. Der Heizdraht 34 überträgt daher nur wenig Wärmeenergie in das aus Kunststoff spritzgegossene Filterelement 22, gibt aber viel Wärmeenergie unmittelbar in den ihn umströmenden Kraftstoff ab.
Die Auflager 28 sind vorteilhaft einstückig mit dem Filterelement 22 hergestellt worden, als dieses spritzgegossen worden ist. Für die Halterung des Heizdrahts 34 entstehen daher nahezu keinerlei Herstellungskosten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007005771 A [0005]

Claims

Filtereinrichtung (10) mit einem Filterelement (22), welches in einem Filtergehäuse (12) angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch das Filtergehäuse (12) strömendem Medium, bei der die Heizung mit einem Heizdraht (34) gestaltet ist, der zwischen mindestens zwei Auflagern (28) gespannt ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, bei der die mindestens zwei Auflager (28) einstückig mit dem Filterelement (22) gestaltet sind.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Filterelement (22) als zylinderförmige Filterpatrone gestaltet ist und die mindestens zwei Auflager (28) an je einem der stirnseitigen Randbereiche der Zylinderform des Filterelements (22) angeordnet sind.
Filtereinrichtung nach Anspruch 3, bei der die stirnseitigen Randbereiche der Zylinderform des Filterelements (22) je mit einer Mehrzahl Auflager (28) versehen sind, zwischen denen der Heizdraht (34) zickzack-förmig von einem Randbereich zum anderen hin und her gespannt ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Filterelement (22) als zylinderförmige Filterpatrone gestaltet ist und der Heizdraht (34) die Mantelfläch der Zylinderform umgebend gestaltet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Heizdraht (34) mit einer Isolierschicht, insbesondere einer Lackschicht versehen ist.
Verwenden einer Filtereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Kraftstofffilter an einem Kraftfahrzeug.