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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung mit einem Flüssigkeitsfilter beispielsweise für Öl, Kraftstoff oder Harnstofflösung im Automobilbereich.
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Stand der Technik
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Bekannte Flüssigkeitsfilter umfassen häufig einen zylinderförmigen Endlos-Faltenbalg, der an der jeweiligen Stirnseite von Kunststoff-Endscheiben begrenzt ist. Beispielsweise sind Kraftstofffilter bekannt, bei denen Kraftstoff oder andere Betriebsmittel für Kraftfahrzeuge von außen durch das zickzackförmig gefaltete Filtermedium in den Innenraum des entsprechenden Filterelementes eindringen und als gefiltertes Fluid durch eine Ausströmöffnung in einer der Endscheiben entnommen wird.
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Häufig gelangt bei einer Flüssigkeitszuführung von beispielsweise Kraftstoff in ein Filtergehäuse Luft oder andere Gase, die zur Entlüftung abgeführt werden müssen, um eine effiziente Filterung zu vollziehen. Aus der
DE 195 19 352 C2 ist eine Filteranordnung bekannt, bei der eine Entlüftung über eine einfache Bohrung in einer Innenscheibe eines Filterelements aus zwei Endscheiben und dazwischen befestigtem, zickzackförmig gefaltetem Filtermedium vorgeschlagen wird. Die im Filter vorhandene Luft wird dann von nachströmender Flüssigkeit verdrängt und strömt durch die vorgeschlagene Bohrung aus.
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In der
EP 1 356 199 B1 ist eine ähnliche Filteranordnung beschrieben, bei der anstelle von einer Bohrung zwei Entlüftungsdüsen hintereinander in Strömungsrichtung der Luft vorgesehen sind. Gemäß der
EP 1 356 199 B1 soll durch mehrere in Serie vorgesehene Entlüftungsdüsen ein vergrößerter Durchströmwiderstand erzielt werden.
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Aus der
DE 199 53 713 C1 ist eine Vorrichtung zum Filtern von Flüssigkeiten, insbesondere Bier, bekannt, mit einem Filterbehälter, der einen in untere Trübekammer und obere Filtratkammer trennenden Zwischenboden aufweist, der mit in die Trübekammer hineinragenden Filterkerzen ausgerüstet ist, wobei der Behälter Anordnungen zur Entlüftung sowie zur Reinigung und zur Sterilisation der Trübekammer und Filtratkammer hat.
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Der
EP 2 062 634 A1 ist ein Kraftstofffilter mit einem Filterelement zu entnehmen, welches ein Filtermedium aufweist, das stirnseitig von einer Endscheibe abgedichtet ist, und mit einer Entlüftungseinheit zum Ableiten von Gasen aus dem geodätisch oberhalb der Endscheibe liegenden Bereich, wobei die Entlüftungseinheit mindestens einen Strömungskanal in der Endscheibe zwischen dem Rohbereich und dem Reinbereich des Filterelements umfasst und der Strömungskanal von einem Filterkörper abgedeckt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filteranordnung mit einer einfachen und funktionssicheren Entlüftungseinrichtung bereitzustellen.
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Demgemäß wird eine Filteranordnung mit einem Filterelement mit einem zwischen zwei Endscheiben angeordneten Filtermedium zum Filtern einer Flüssigkeit und einer in oder an einer Endscheibe angeordneten Entlüftungseinrichtung zum Durchlassen von angesammeltem Gas vorgeschlagen. Dabei umfasst die Entlüftungseinrichtung einen oder mehrere Fluidströmungskanäle zum Erzeugen eines Strömungswiderstandes. Dabei erzwingt ein Fluidströmungskanal mindestens eine Strömungsrichtungsänderung des Gases.
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Das Filterelement ist insbesondere als Flüssigkeitsfilter, wie beispielsweise für Betriebsmittel für Kraftfahrzeuge, ausgestaltet. Das Filterelement ist beispielsweise ein Flüssigkeitsfilter für Benzin, Diesel, Öl und/oder eine Harnstofflösung.
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Durch die Umlenkung oder Umleitung des zu entlüftenden Gases wird ein Strömungswiderstand erzeugt. Die Fluidströmungskanäle sind dabei nicht in der Art von Düsen ausgestaltet, sondern können beispielsweise einen oder mehrere Kanäle umfassen. Man kann auch von einem Labyrinth aus Fluidströmungskanälen sprechen. Durch die Ausgestaltung und Geometrie der Fluidströmungskanäle kann der Strömungswiderstand gezielt an die jeweilige Einsatzumgebung angepasst werden. Ferner können Strömungs- oder Fluidströmungskanäle aufwandsgünstig gefertigt werden und beispielsweise an einer Endscheibe integriert werden.
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In Ausführungsformen umfasst der Flüssigkeitsfilter einen Fluidströmungskanal, der mehrere eine Strömungsrichtung umleitende Elemente aufweist. Insbesondere hat der eine oder die mehreren Fluidströmungskanäle für Luft einen geringeren Durchströmwiderstand als für eine zu filternde Flüssigkeit. Dadurch wird erreicht, dass zu entlüftendes Gas leichter das Labyrinth oder die Fluidströmungskanäle passieren kann als möglicherweise mitgerissene Flüssigkeit.
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In Ausführungsformen des Flüssigkeitsfilters umfasst die Entlüftungseinrichtung einen spiralförmigen Kanal, welcher von einem Deckel bedeckt ist. Der Deckel kann beispielsweise verschweißt, verklebt oder verrastet sein. Es ist möglich, die Entlüftungseinrichtung in die Endscheibe zu integrieren. Vorzugsweise ist die Endscheibe dann materialeinstückig ausgeführt. Die Endscheibe kann beispielsweise in einem Spritzgussverfahren aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein.
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Es wird folglich eine Filteranordnung mit einem Flüssigkeitsfilter vorgeschlagen, der ein zwischen zwei Endscheiben angeordnetes Filtermedium zum Filtern einer Flüssigkeit und eine in oder an einer Endscheibe angeordnete Entlüftungseinrichtung zum Durchlassen von angesammeltem Gas umfasst. Die Entlüftungseinrichtung hat einen oder mehrere Fluidströmungskanäle zum Erzeugen eines Strömungswiderstandes, wobei ein Fluidströmungskanal mindestens eine Strömungsrichtungsänderung des Gases erzwingt. Die Filteranordnung umfasst ferner ein Filtergehäuse zum Halten und Umschließen des Flüssigkeitsfilters derart, dass zu filterndes Fluid im Wesentlichen radial von einem Rohfluidbereich durch das Filtermedium in einen Reinfluidbereich tritt. Ein Entlüftungsrohr koppelt reinfluidseitig an die Entlüftungseinrichtung.
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Es ergibt sich somit ein Rohfluidbereich zwischen einer Gehäusewand und dem beispielsweise hohlzylinderförmigen Flüssigkeitsfilter mit einem Endlosfaltenbalg aus Filtermedium zwischen den beiden Endscheiben. Beim Befüllen der Filteranordnung kann Gas in dem Rohfluidbereich zwischen dem Flüssigkeitsfilter und einer Gehäusewand auftreten. Das entsprechende Gas bzw. die Luft wird dann durch die Entlüftungseinrichtung und das Entlüftungsrohr abgeleitet.
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Die Endscheibe des Flüssigkeitsfilters, an oder in der die Entlüftungseinrichtung angeordnet ist, ist mit Hilfe von Rastmitteln an dem Gehäuse befestigt. Das Entlüftungsrohr drückt dann von einem Innenraum des Flüssigkeitsfilters die Endscheibe axial gegen das Gehäuse. Insgesamt kann der Flüssigkeitsfilter beispielsweise hohlzylindrische Form aufweisen, so dass die Verspannung entlang der Längsseite vorliegt. Das Gehäuse der Filteranordnung kann mehrteilig ausgeführt sein, beispielsweise in der Art eines Filtertopfes mit einem Deckel.
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In Ausführungsformen umfasst die eine Endscheibe eine Austrittsöffnung, welche mit Hilfe einer radialen Dichtung an einen Austrittsstutzen des Gehäuses koppelt. Beispielsweise hat die Endscheibe eine kreisrunde Öffnung, in die ein O-Ring als Radialdichtung eingesetzt ist.
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In weiteren Ausführungsformen der Filteranordnung hat das Entlüftungsrohr distal von der Entlüftungseinrichtung eine Querschnittswand mit einer Bohrung. Insofern ergibt sich zwischen der Querschnittswand und der Entlüftungseinrichtung ein Volumen. Durch die Dimensionierung der Bohrung kann der jeweilige Druckabfall im Betrieb des Filters gezielt eingestellt werden.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen dabei:
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1: eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsfilters;
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2: ein Schnitt in perspektivischer Ansicht der Ausführungsform eines Flüssigkeitsfilters gemäß 1;
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3: eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung mit einem Flüssigkeitsfilter gemäß der 1 und 2;
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4: ein Schnitt in perspektivischer Ansicht einer Ausführungsform einer Entlüftungseinrichtung für einen Flüssigkeitsfilter gemäß der 1 und 2;
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5: eine perspektivische Ansicht der Entlüftungseinrichtung gemäß 4;
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6: eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Entlüftungseinrichtung für einen Flüssigkeitsfilter.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen Schnittansichten eines Flüssigkeitsfilters mit einem zwischen zwei Endscheiben 2, 3 angeordneten Filtermedium 4. Es ergibt sich ein hohlzylinderförmiger Flüssigkeitsfilter 1, beispielsweise für Betriebsmittel von Kraftfahrzeugen. Insbesondere kann der Flüssigkeitsfilter 1 als Kraftstofffilter eingesetzt werden. Dabei sind die zum Beispiel aus Kunststoff gefertigten Endscheiben 2, 3 mit einem zickzackförmig gefalteten flächigen Filtermedium als Endlosfaltenbalg 4 verbunden. An den Stirnseiten des Endlosfaltenbalgs 4 sind die obere und die untere Endscheibe 2, 3 beispielsweise verklebt oder verschweißt.
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Die in der Orientierung der 1 und 2 untere Endscheibe 3 ist mehrteilig ausgeführt und hat einen ringförmigen Scheibenabschnitt 3, an den ein Endscheibenring 11 mit Rastmitteln festgemacht ist. Die untere Endscheibe 3 hat eine kreisförmige Austrittsöffnung, die den Innenraum 7 des Filterelements 1 freigibt. In der 1 ist auch die Symmetrie- oder Längsachse 5 des Filterelements 1 angegeben. Um, wie es in der folgenden 3 dargestellt ist, mit einem Anschlussstutzen fluiddicht zusammenzuwirken, ist eine Radialdichtung 9 an der unteren Endscheibenkonstruktion 3, 11 vorgesehen.
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Die obere Endscheibe 2 umfasst abstehende fluiddurchlässige Abschnitte 6, die mit jeweils einer umlaufenden Rastnase 12 versehen ist. Die obere Endscheibe 2 kann mit entsprechend eingerichteten Rastmitteln beispielsweise an einem Gehäuse, wie es in der 3 angedeutet ist, verschnappt oder verrastet werden. Damit beim Befüllen einer Filtereinrichtung, wie sie in der 3 angedeutet ist, auftretendes Gas entfernt werden kann, ist eines Entlüftungseinrichtung 13 an bzw. in der oberen Endscheibe 2 integriert. Die Endscheibe 2 mit der Entlüftungseinrichtung 13 hat dabei einen Fluidströmungskanal 15, der spiralförmig verläuft. In den Darstellungen der 4 und 5 lässt sich der spiralförmige Fluidströmungskanal 15 besser erkennen. Dabei hat die Endscheibe 2 eine mittige Wölbung in der Art einer Haube 17. Man kann auch von einer Kappe oder einem Dom sprechen. Auf der Oberseite der Haube 15 ist ein spiralförmiger Kanal mit geschwungenen Kanalwänden gefertigt. Dieser Kanal wird durch einen Deckel 14, der aufgeklebt oder aufgeschweißt ist, verschlossen. Fluid, wie zu entlüftendes Gas, tritt insofern in den spiralförmigen Kanal 15 ein und kann in den Orientierungen der 4 und 5 unterseitig abströmen. Dabei ergibt sich eine oder mehrere Strömungsrichtungsänderungen. Beispielsweise kann bei der Ausführung, wie sie in der 4 und 5 angedeutet ist, im Wesentlichen tangential Gas einströmen, folgt dem spiralförmigen Kanal 15 und tritt nach unten hin insbesondere in ein Entlüftungsrohr aus.
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In der 3 ist eine Filteranordnung mit einem entsprechenden Flüssigkeitsfilter dargestellt. Die Filteranordnung 10 hat dabei ein Filtergehäuse 26, das das Filterelement aufnimmt. Das Filterelement ist mit der oberen Endscheibe 2 mit Hilfe der Rastnasen 12 am nach oben abstehenden Endscheibenabschnitt 6 und entsprechend ausgestalteter Haltestege 27 mit Rastnasen 28 gehalten. Ferner drückt in der Orientierung der 3 von der Unterseite ein Entlüftungsrohr 20 gegen eine Anlagefläche 35 der Endscheibe 2. Insofern drückt das Kopfende 34 des Entlüftungsrohrs 20 im Innenraum 7 des Filterelements entlang der Längsachse 5 gegen die Anlagefläche 35.
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Von unten ist durch die Auslassöffnung 8 des Filterelementes ein Auslassstutzen 36 eingeführt. Durch die Dichtung 9 ergibt sich ein im Wesentlichen fluiddichter Abschluss zwischen dem Austrittsstutzen 36 und der unteren Endscheibe 3. Um das Entlüftungsrohr 20 herum ergibt sich damit ein Reinfluidbereich, der durch geeignete Wände und Rohrkonfigurationen des Gehäuses mit einem Auslassrohr 32 kommunikativ verbunden ist. Der Auslassstutzen 36 hat dazu außen eine Auslassöffnung 31, an das das Auslassrohr 32 koppelt. Reinfluid 25 kann dort abgegriffen werden. Von dem Reinfluidbereich fluiddicht getrennt ist das Entlüftungsrohr 20, welches distal von der Entlüftungseinrichtung 13 eine Querschnittswand 37 umfasst. Die Querschnittswand 37 ist durch eine Bohrung 21 durchbrochen. Das Entlüftungsrohr 20 führt axial durch den Innenraum 7 des Filterelements und geht in ein Rückstromrohr 33 über. In der Orientierung der 3 ist unterhalb der zweiten Endscheibe 3 die Querschnittswand 37 im Entlüftungsrohr 20 vorgesehen, welche durch eine Bohrung 21 durchbrochen ist.
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Beim Betrieb der Filteranordnung 10 tritt zu reinigendes Rohfluid, wie beispielsweise Kraftstoff, in einen Rohfluidbereich 29 ein, der zwischen der Gehäusewandung 26 und dem Äußeren des Filterelementes vorliegt. Das zu filternde Fluid tritt im Betrieb, wie durch die Pfeile 23 angedeutet ist, im Wesentlichen radial in den Innenraum 7, der als Reinfluidbereich bezeichnet ist, ein. Das gereinigte Fluid tritt dann durch den Austrittsstutzen, der an ein Auslassrohr 32 gekoppelt ist, aus. Am Auslassrohr 32 kann somit gereinigter Kraftstoff 25 beispielsweise einem Motor zugeführt werden. Beim Befüllen der Filteranordnung 10 kann in der Orientierung der 3 zunächst Luft im oberen Bereich des Gehäuses vorliegen. Diese Luft muss durch eine Entlüftungseinrichtung 13 in das Entlüftungsrohr 20 gelangen und wird abgeführt. Deshalb sind in die obere Endscheibe 2 Fluidströmungskanäle 15, wie es in den 4 und 5 angedeutet sind, eingearbeitet. Die Luft durchströmt unter Überwindung eines gewissen Strömungswiderstandes, der durch die Geometrie und Anzahl der Strömungskanäle 15 bestimmt ist, die Entlüftungseinrichtung 13 und gelangt in das Entlüftungsrohr 20. Von dort kann die Luft und eventuell mitgerissenes Fluid bzw. Kraftstoff über das Rückführrohr 33 beispielsweise in einen Kraftstofftank gelangen. Der Strömungswiderstand ist dadurch durch die Länge der Strömungskanäle und die Geometrie gegeben.
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In der 6 ist noch eine schematische Querschnittsdarstellung eines Strömungskanals 15 für eine Entlüftungseinrichtung 13 dargestellt. Während in den Darstellungen der 4 und 5 die spiralförmige Strömung im Wesentlichen parallel zur oberen Endscheibe verläuft, können auch andere labyrinthartige Strömungskanäle vorgesehen sein. Beispielsweise strömt in der 6 entlang der gepunkteten Pfeile zu entlüftendes Gas seitlich durch Öffnungen 15 ein, die in einen kuppelförmigen Bereich der Endscheibe eingearbeitet sind. Zentral ist eine Auslassöffnung 16, die in ein Entlüftungsrohr mündet. Man erkennt, dass das Gas beim Durchströmen mehrere Richtungsänderungen 18 vollzieht. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Strömungswiderstand insbesondere im Vergleich zu einem Durchströmwiderstand für mitgerissene Flüssigkeit, wie Kraftstoff. Selbstverständlich sind auch andere Geometrien oder Formen von Fluidströmungskanälen denkbar.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
