DE102012219885B3

DE102012219885B3 - Flüssigkeitsfilter

Info

Publication number: DE102012219885B3
Application number: DE201210219885
Authority: DE
Inventors: Marko Kustic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-11-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter (100), insbesondere für Kraftstoffe, umfassend ein Filterelement (110) mit wenigstens einer Aussparung (512), ein Hydrozyklon (202) mit wenigstens einem Flüssigkeitseinlass (810, 204) und wenigstens einem Flüssigkeitsauslass (310). Um den Flüssigkeitsfilter möglichst kompakt bauen zu können, ist dabei vorgesehen, dass der Hydrozyklon (202) wenigstens bereichsweise in der Aussparung (512) des Filterelements (510) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Flüssigkeitsfilters in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs, welches weiterhin ein stromaufwärts des Flüssigkeitsfilters angeordneten Kraftstoffspeicher und eine stromabwärts des Flüssigkeitsfilters angeordnete Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe umfasst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie die Verwendung eines Flüssigkeitsfilters in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs.
Solche Flüssigkeitsfilter werden insbesondere im Kraftstoffversorgungssystem von Kraftfahrzeugen zum Herausfiltern von in dem Kraftstoff enthaltenen Verunreinigungen wie z. B. Partikeln und zum Abscheiden von Wasser aus dem Kraftstoff eingesetzt, um hierdurch verursachte Störungen und Schäden wie beispielsweise Verunreinigungen oder Korrosionen im Kraftstoffsystem zu vermeiden.
Zum Abscheiden von Verunreinigungen, z. B. von Schmutzpartikeln und von Wasser, sind unterschiedliche Methoden bekannt. So werden vielfach Filterelemente eingesetzt, die auf ihrer Schmutzseite die Verunreinigungen und das Wasser derart zurückhalten, dass das Wasser in Tropfenform absinkt, während die Verunreinigungen im Filterelement festgehalten werden. Von der Reinseite des Filterelements wird der von den Verunreinigungen und vom Wasser befreite Kraftstoff dann zum Verbraucher im Kraftstoffversorgungssystem des Kraftfahrzeugs weitergeleitet.
Eine andere Methode zum Abscheiden von Verunreinigungen und Wasser besteht im Einsatz eines sogenannten Fliehkraftabscheiders oder Hydrozyklons. Ein solcher Flüssigkeitsfilter ist aus der DE 10 2004 041 768 A1 bekannt. Dabei handelt es sich um einen Filter mit mindestens einem im Filtergehäuse angeordneten, insbesondere austauschbaren, Filterelement und mit Mitteln zur Fliehkraftabscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser und/oder Schmutzpartikeln. Die Fliehkraftabscheidung von Wasser und/oder Schmutzpartikeln wird in der DE 10 2004 041 768 durch einen in horizontaler Richtung konkav gewölbten Umlenkschirm und Mittel zur Zuführung des Kraftstoffs zum Umlenkschirm mit einer horizontalen Strömungskomponente bewirkt, wobei die Innenwand des Filtergehäuses als Fliehkraftabscheider ausgebildet ist.
Eine derartige Filteranordnung weist jedoch einen verhältnismäßig großen Bauraum auf und ist entsprechend teuer.
Aus der EP 0 713 720 B1 ist ein Ölfilter mit einem Filterelement bekannt, wobei in dem Filterelement eine Aussparung vorgesehen ist und bei welchem in das Gehäuse des Ölfilters ein für die Kurbelraumentlüftung einzusetzender und als Zentrifugalabscheider ausgebildeter Ölabscheider integriert ist. In diesem Ölfilter fluchten jeweils vertikal ausgerichtet die Mittelachsen des Filterelements und des Ölabscheiders miteinander.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 die Vorteile auf, dass Flüssigkeit von der Aussparung des Filterelements abtransportiert werden kann oder dass Flüssigkeit in die Aussparung des Filterelements hineintransportiert werden kann, ohne vom Hydrozyklon beeinträchtigt zu werden, dass ein besonders einfach ausführbarer Anschluss für die Flüssigkeitszufuhr oder -abfuhr ermöglicht wird und dass eine Montage des Hydrozyklons in die Aussparung auch eines kompakten, d. h. kleinen, Filterelements, insbesondere mit geringem Außendurchmesser möglich wird. Weiterhin kann vorteilhaft Flüssigkeit von der Aussparung des Filterelements besonders einfach aus dem Flüssigkeitsfilter hinausgeführt werden oder von außerhalb des Flüssigkeitsfilters in die Aussparung des Filterelements hineingeführt werden. Insgesamt kann durch die Erfindung der Flüssigkeitsfilter in einer äußerst kompakten Bauform realisiert werden und dadurch kann entweder bei gleichem Bauraum die Standzeit des Filters verlängert werden oder bei gleicher Standzeit kann die Baugröße deutlich reduziert werden. Dadurch ergeben sich wesentliche Kostenvorteile und/oder Konstruktionsvorteile bei der Auslegung von Kraftstoffversorgungssystemen.
Es wird daher ein Flüssigkeitsfilter vorgeschlagen, insbesondere für Kraftstoffe, der ein Filterelement mit wenigstens einer Aussparung und einen Hydrozyklon mit wenigstens einem Flüssigkeitseinlass und wenigstens einem Flüssigkeitsauslass umfasst, wobei der Hydrozyklon wenigstens bereichsweise in der Aussparung des Filterelements angeordnet ist, wobei die Aussparung des Filterelements eine Aussparungs-Längsachse aufweist und dass der Hydrozyklon einen von der Flüssigkeit durchströmbaren Innenraum aufweist, wobei der Innenraum eine Hydrozyklon-Längsachse aufweist. Erfindungsgemäß verlaufen dabei die Aussparungs-Längsachse und die Hydrozyklon-Längsachse weitgehend parallel zueinander und sind in radialer Richtung zueinander beabstandet und weiterhin ist zwischen dem Hydrozyklon und dem Filterelement ein Kanal angeordnet, wobei der Kanal in das Bauelement des Hydrozyklons integriert ist
Dadurch, dass zwischen dem Hydrozyklon und dem Filterelement ein Kanal angeordnet ist, insbesondere ein Kanal, welcher aus dem Flüssigkeitsfilter herausführt, wobei der Kanal mit dem Filterelement verbunden ist, wird vorteilhaft erreicht, dass Flüssigkeit von der Aussparung des Filterelements durch den Kanal aus dem Flüssigkeitsfilter hinausgeführt werden kann oder dass Flüssigkeit durch den Kanal von außerhalb des Flüssigkeitsfilters in die Aussparung des Filterelements hineingeführt werden kann. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders kleine Bauform des Flüssigkeitsfilters ermöglicht, da die Flüssigkeitszuführung zur Aussparung oder die Flüssigkeitsabführung aus der Aussparung des Filterelements durch den zwischen dem Hydrozyklon und dem Filterelement angeordneten Kanal ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft ist dabei der Kanal in das Bauelement des Hydrozyklons integriert, besonders vorteilhaft sind dabei der Hydrozyklon und der Kanal einstückig ausgebildet, z. B. in Form eines Hydrozyklonmoduls.
Dadurch, dass die Aussparungs-Längsachse und die Hydrozyklon-Längsachse parallel zueinander verlaufen und in radialer Richtung zueinander beabstandet sind, wird vorteilhaft bewirkt, dass Flüssigkeit von der Aussparung des Filterelements abtransportiert werden kann oder dass Flüssigkeit in die Aussparung des Filterelements hineintransportiert werden kann, ohne vom Hydrozyklon beeinträchtigt zu werden. Weiterhin wird besonders vorteilhaft ein besonders einfach ausführbarer Anschluss für die Flüssigkeitszufuhr oder -abfuhr ermöglicht. Zudem ermöglicht die durch die Beabstandung der beiden Achsen bewirkte Exzentrizität, beziehungsweise exzentrische Anordnung, des Hydrozyklons bezogen auf die Aussparungslängsachse besonders vorteilhaft, dass eine Montage des Hydrozyklons in die Aussparung auch eines kompakten, d. h. kleinen, Filterelements, insbesondere mit geringem Außendurchmesser möglich wird. Dadurch gelingt es vorteilhaft, einen wenigstens zweistufigen Filter mit geringen Abmessungen, hoher Standzeit und hoher Reinigungseffizienz bezogen auf Verunreinigungen und Wasser zu realisieren.
Unter einem Hydrozyklon ist im Sinne dieser Anmeldung ein Fliehkraftabscheider für Flüssigkeiten und/oder Suspensionen zu verstehen, wobei in dem Hydrozyklon Feststoffpartikel, welche in der Flüssigkeit und/oder der Suspension vorhanden sind, abgetrennt werden und wobei der Hydrozyklon ebenso Emulsionen in ihre Bestandteile trennen kann, z. B. lässt sich so das in Kraftstoffen enthaltene Wasser aus dem Kraftstoff abtrennen. Ein Hydrozyklon besteht dabei häufig aus einem ersten, beispielsweise zylindrischen Segment mit einem bevorzugt tangentialen Zulauf und einem zweiten Segment mit einem Auslass und/oder einem Auffangbehälter. In dem zweiten zylindrischen Segment findet der eigentliche Trennvorgang statt. Schließlich ist bei einem Hydrozyklon im Bereich des ersten Segments ein Tauchrohr angeordnet, welches in den Innenraum des Hydrozyklons hineinragt und durch welches die gereinigte Flüssigkeit beziehungsweise die vom spezifischen Gewicht her leichtere Fraktion der Emulsion abgeleitet wird. Die Trennwirkung im Hydrozyklon kann durch eine beispielsweise konische Verjüngung des zweiten Segments in Richtung des Auslasses beziehungsweise des Auffangbehälters deutlich erhöht werden. Der tangentiale Zulauf zu dem Hydrozyklon prägt der einströmenden Flüssigkeit eine rotatorische Geschwindigkeitskomponente entlang der Zylinderwand auf, woraus sich innerhalb des Hydrozyklons ganz spezifische Strömungsverhältnisse ausbilden. Durch diese Strömungsverhältnisse und die Fliehkräfte in der tangential an der Zylinderwand entlangströmenden Flüssigkeit im Hydrozyklon und, bei entsprechender Einbauanordnung, mittels Unterstützung durch die Schwerkraft sammeln sich Feststoffpartikel und/oder die spezifisch schwerere(n) Fraktion(en) von Emulsionen am Auslass oder im Auffangbehälter.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung des Hydrozyklons in der Aussparung des Filterelements aufgrund der dadurch erzielbaren besonders kleinen Bauform, insbesondere durch einen kleinen Durchmesser des Flüssigkeitsfilters. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung des Hydrozyklons eine erste Vorabscheidung von Wasser und größeren Verunreinigungen, die somit nicht im Filterelement festgehalten werden müssen und dadurch die Standzeit des Filterelements erhöhen.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Verwendung eines Flüssigkeitsfilters in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs gemäß dem unabhängigen Verwendungsanspruch den Vorteil auf, dass durch die besonders kleine Bauform des Flüssigkeitsfilters die Integration in den häufig beengten Bauraum von Motoren im Kraftfahrzeug- und Nutzkraftfahrzeugbereich wesentlich vereinfacht oder überhaupt erst ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, dass durch die Verwendung eines solchen Flüssigkeitsfilters in einem Kraftstoffversorgungssystem für Kraftfahrzeuge das gesamte Kraftstoffversorgungssystem oder zumindest die Komponenten des Flüssigkeitsfilters und der Einspritzvorrichtung als eine modulare Einheit ausgebildet werden können. Schließlich ist es besonders vorteilhaft, dass durch die verbesserte Standzeit eines solchen Flüssigkeitsfilters die Wartungsintervalle für den Flüssigkeitsfilter in einem derart beengten Bauraum deutlich verlängert werden können.
Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht.
Dadurch, dass das Filterelement eine Schmutzseite und eine Reinseite aufweist, wobei die Aussparung auf der Reinseite des Filterelements angeordnet ist, wird vorteilhaft erreicht, dass der wenigstens bereichsweise in der Aussparung des Filterelements angeordnete Hydrozyklon die Filterwirkung des Filterelements nicht beeinträchtigt, insbesondere, dass die aktive Filterfläche des Filterelements auf der Schmutzseite nicht durch den Hydrozyklon verringert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Filterelement lösbar im Flüssigkeitsfilter angeordnet und/oder ist der Hydrozyklon lösbar im Flüssigkeitsfilter angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Filterelement und/oder der Hydrozyklon für Wartungsarbeiten einfach aus dem Flüssigkeitsfilter herausgelöst und entnommen werden können, um sie zu reinigen und/oder durch neue Bauteile zu ersetzen. Unter „lösbar” ist im Sinne dieser Anmeldung zu verstehen, dass die lösbaren Komponenten zerstörungsfrei aus dem Flüssigkeitsfilter entfernt werden können, z. B. bei Wartungsarbeiten.
Vorteilhafterweise kann der Flüssigkeitsfilter einen Filtereinsatz aufweisen, welcher das Filterelement sowie eine erste und eine zweite Endkappe umfasst, wobei das Filterelement hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei das Filterelement stirnseitig zwischen der ersten und der zweiten Endkappe gehaltert ist, wobei das Filterelement radial durchströmbar ist. Durch diese Weiterbildung der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass der Hydrozyklon in der hohlzylindrischen Aussparung des Filterelements angeordnet ist. Durch die erste und zweite Endkappe des Filtereinsatzes lässt sich dabei der Filtereinsatz besonders vorteilhaft gegen den Hydrozyklon abdichten. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Reinseite des Filterelements zuverlässig von der Schmutzseite des Filterelements abgedichtet werden kann, z. B. durch zwischen den Endkappen und dem Hydrozyklon angeordnete Dichtelemente, beispielsweise O-Ringe.
Dadurch, dass die Außenwand des Hydrozyklons derart gestaltet ist, dass die Innenwand des Filterelements sich an der Außenwand des Hydrozyklons abstützen kann und dadurch stabilisiert ist, insbesondere durch an der Außenwand des Hydrozyklons angeordnete Rippen und/oder Stege, wird vorteilhaft erreicht, dass auf ein in der Aussparung des Filterelements angeordnetes Stützrohr verzichtet werden kann, wodurch der Flüssigkeitsfilter einfacher, aus weniger Bauelementen bestehend und damit kostengünstiger herstellbar ist. Außerdem erhöht sich die Lebensdauer des Filterelements dadurch, dass sich das Filterelement an der Außenwand des Hydrozyklons abstützen kann und dadurch stabilisiert ist. Denn durch den Druckunterschied zwischen der Außenwand des Filterelements und der Innenwand des Filterelements ist eine Abstützung der Innenwand des Filterelements vorteilhaft, um eine frühzeitige Zerstörung des Filterelements zu verhindern, welche durch ein Kollabieren der Innenwand in Folge des Druckunterschieds bei bestimmten Betriebsbedingungen und Betriebszuständen des Flüssigkeitsfilters auftreten kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aussparung des Filterelements einen mittleren Durchmesser d aufweist, wobei die Hydrozyklon-Längsachse und die Aussparungs-Längsachse insbesondere einen radialen Abstand von wenigstens 3% des mittleren Durchmessers d der Aussparung zueinander aufweisen.
Vorteilhafterweise kann der Flüssigkeitsfilter ein Gehäuse mit einem Boden und einem Deckel aufweisen, wobei das Filterelement im Gehäuse angeordnet ist, wobei der Boden des Gehäuses eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung einen Abführkanal ausbildet, wobei außerhalb des Gehäuses ein Auffangbehälter für abzuscheidende Substanzen am Gehäuse angeordnet ist, wobei der Abführkanal den Hydrozyklon und den Auffangbehälter miteinander verbindet. Durch diese Weiterbildung der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass die Standzeit des Flüssigkeitsfilters vorteilhaft verlängert wird und dass sich die Wartung des Flüssigkeitsfilters vereinfacht. Denn durch die Anordnung des Auffangbehälters für abzuscheidende Substanzen außerhalb des Gehäuses lässt sich die Kapazität für abzuscheidende Substanzen stark erhöhen, indem die Größe, beziehungsweise das Volumen, des Auffangbehälters entsprechend der gewünschten Standzeit oder dem Verschmutzungsgrad des Kraftstoffs variiert werden kann. Außerdem ist durch diese Anordnung des Auffangbehälters für abzuscheidende Substanzen eine Wartung des Flüssigkeitsfilters, z. B. durch die Entleerung des Auffangbehälters, erheblich vereinfacht.
Dadurch, dass der Auffangbehälter lösbar am Gehäuse befestigt ist, wird die Wartung des Flüssigkeitsfilters vorteilhaft vereinfacht. Im Wartungsfall kann der Auffangbehälter durch die Lösbarkeit vom Gehäuse einfach abmontiert und entweder gereinigt und erneut anmontiert werden oder durch einen neuen Auffangbehälter ersetzt werden.
Dadurch, dass der Hydrozyklon stromaufwärts, also in Strömungsrichtung betrachtet, vor dem Filterelement angeordnet ist, wird vorteilhaft erreicht, dass die Standzeit des Filters erhöht wird. Denn im Hydrozyklon wird bereits ein großer Teil der Verunreinigungen, insbesondere große Partikel sowie Wasser, aus der Flüssigkeit abgeschieden, so dass das Filterelement nicht so schnell durch Verunreinigungen in der Flüssigkeit zugesetzt wird.
Dadurch, dass der Hydrozyklon stromabwärts des Filterelements, also in Strömungsrichtung betrachtet, hinter dem Filterelement angeordnet ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass die Filtereffizienz des Flüssigkeitsfilters vorteilhaft erhöht wird, indem der Hydrozyklon die noch auf der Reinseite des Filterelements vorhandenen Restpartikel und das Restwasser aus der Flüssigkeit entfernt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass stromaufwärts des Filterelements, d. h. in Strömungsrichtung betrachtet vor dem Filterelement, ein Coalescer-Element angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Effizienz der Wasserabscheidung im Flüssigkeitsfilter deutlich verbessert wird. Denn das Coalescer-Element koalesziert die in der Flüssigkeit feinst verteilten Wassertröpfchen zu größeren Wassertropfen, welche dann am nachfolgenden Filterelement einfacher abgeschieden werden können.
Dadurch dass ein Filterelement-Auffangbehälter mit der Schmutzseite des Filterelements verbunden ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass auf der Schmutzseite des Filterelements abgeschiedenes Wasser sicher aus der Flüssigkeit entfernt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1a einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
1b eine Aufsicht auf dieses erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel;
1c einen Querschnitt durch den Hydrozyklon gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit einem integrierten Kanal, welcher aus dem Flüssigkeitsfilter herausführt;
2 einen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsfilter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
1a zeigt einen Flüssigkeitsfilter 100, insbesondere für Kraftstoffe. Der Flüssigkeitsfilter 100 weist ein Gehäuse 130, 140, 150 auf, welches aus einem Boden 130, einem Deckel 140 und einer Wand 150 besteht. Dabei weist die Wand 150 des Gehäuses 130, 140, 150 am zum Boden 130 des Gehäuses benachbarten Ende einen Flansch 152 auf, durch welchen die Wand 150 mit dem Boden 130 verbunden ist. Im Gehäuse 130, 140, 150 ist ein Filtereinsatz 500 lösbar angeordnet.
Der Filtereinsatz 500 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Er weist ein hohlzylindrisch ausgebildetes Filterelement 510 auf, bei welchem in der Mitte eine Aussparung 512 mit einem mittleren Durchmesser d und einer Aussparung-Längsachse 180 vorhanden ist. Der Filtereinsatz 500 umfasst weiterhin eine erste Endkappe 530 und eine zweite Endkappe 540. Dabei ist die erste Endkappe 530 an einer ersten Stirnseite 514 des Filterelements 510 angeordnet und die zweite Endkappe 540 an einer zweiten Stirnseite 516 des Filterelements 510. In der ersten Endkappe 530 ist eine erste Endkappenöffnung 532 in Verlängerung der Aussparung 512 angeordnet und in der zweiten Endkappe 540 ist eine zweite Endkappenöffnung 542 in Verlängerung der Aussparung 512 angeordnet. Das Filterelement 510 weist an seiner Außenseite eine Schmutzseite 560 und in der Aussparung 512 eine Reinseite 570 auf. Eine Innenwand 550 des Filterelements 510 weist somit der Aussparung 512 auf der Reinseite 570 des Filterelements 510 zu.
Der Flüssigkeitsfilter 100 weist weiterhin ein Hydrozyklonmodul 200 auf. Dieses Hydrozyklonmodul 200 besteht aus einem Hydrozyklon 202 mit einer Hydrozyklon-Längsachse 280 und einem Kanal 250. Der Kanal 250 führt dabei aus dem Flüssigkeitsfilter 100 heraus. Dabei sind in diesem Ausführungsbeispiel der Hydrozyklon 202 und der Kanal einstückig im Hydrozyklonmodul 200 ausgebildet. Der Hydrozyklon 202 weist ferner eine Hydrozyklon-Innenwand 208 und eine Hydrozyklon-Außenwand 210 auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Hydrozyklon-Außenwand 210 wenigstens bereichsweise mit der Außenwand des Hydrozyklonmoduls 200 übereinstimmt. An der Hydrozyklon-Außenwand 210 sind Abstützelemente 212 angeordnet. Diese Abstützelemente 212 sind bevorzugt in Ringform um den Hydrozyklon herumgeführt sein oder als Rippen parallel zur Hydrozyklon-Längsachse 280 ausgebildet sein, auch eine Mischung aus Rippen und Ringen ist dabei möglich. Der Hydrozyklon 202 umfasst dabei ein erstes Segment 260, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines Hohlzylinders aufweist sowie ein zweites Segment 270, welches sich im dargestellten Ausführungsbeispiel konisch nach innen verjüngt. Der Hydrozyklon 202 und der Kanal 250 sind, integriert in das Hydrozyklonmodul 200, lösbar in der Aussparung 512 des Filterelements 510 angeordnet. Dabei ist der Filtereinsatz 500 gegen das Hydrozyklonmodul 200 durch Dichtelemente 520 abgedichtet. Die Dichtelemente 520 sind bevorzugt entlang der ersten Endkappenöffnung 532 und der zweiten Endkappenöffnung 542 in Form von O-Ringen oder dergleichen angeordnet. Durch die Dichtelemente 520 wird die Schmutzseite 560 des Filterelements von der Reinseite 570 des Filterelements getrennt. Das Hydrozyklonmodul 200 wird durch eine Hydrozyklondichtung 220 gegen den Deckel des Gehäuses abgedichtet. Das zweite Segment 260 des Hydrozyklons wird durch einen Tauchrohrdeckel 300 verschlossen. Eine Tauchrohrdichtung 320 dichtet dabei den Tauchrohrdeckel 300 gegen den Hydrozyklon 202 ab. Im Tauchrohrdeckel 300 ist entlang der Hydrozyklon-Längsachse 280 ein Tauchrohr 310 als Tauchrohrkanal 330 ausgebildet, wobei das Tauchrohr 310 vom Innenraum 206 des Hydrozyklons 202 aus dem Flüssigkeitsfilter 100 hinausführt.
Entlang der Hydrozyklon-Längsachse 280 ist im Boden 130 des Gehäuses 130, 140, 150 eine Öffnung 134 angeordnet, wobei die Öffnung 134 einen Abführkanal 112 ausbildet, wobei außerhalb des Gehäuses 130, 140, 150 ein Auffangbehälter 400 für abzuscheidende Substanzen am Gehäuse 130, 140, 150 angeordnet ist, wobei der Abführkanal 112 den Hydrozyklon 202 und den Auffangbehälter 400 miteinander verbindet.
Der Auffangbehälter 400 ist bevorzugt lösbar am Boden 130 befestigt und durch Flüssigkeitsfilter-Auffangbehälter-Dichtelemente 120 gegen den Boden 130 abgedichtet. Der Auffangbehälter 400 weist außerdem eine Auffangbehälterwand 410 und eine Auffangbehälter-Bodenplatte 430 auf, wobei die Auffangbehälterwand 410 und die Auffangbehälter-Bodenplatte 430 durch Auffangbehälter-Bodenplatte-Dichtelemente 420 gegeneinander abgedichtet sind. Der Auffangbehälter 400 kann jedoch auch einstückig ausgebildet sein. Im Auffangbehälter 400 sammeln sich die Verunreinigungen 870 und/oder die spezifisch schwereren Fraktionen 872, z. B. Wasser, welche durch den Hydrozyklon 202 aus der Flüssigkeit abgeschieden wurden, an. Durch die Anordnung des Auffangbehälters außerhalb des Bereichs, in dem die Flüssigkeit eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist, insbesondere durch die Anordnung außerhalb des Gehäuses 130, 140, 150 und den nur ober die Öffnung 134 möglichen Zugang, werden die Verunreinigungen 870 und/oder die spezifisch schwereren Fraktionen zudem daran gehindert, wieder in die gereinigte Flüssigkeit, welche durch das Tauchrohr 310 aus dem Flüssigkeitsfilter 100 hinausgeführt wird, zurückzugelangen. In der Bodenplatte 130 ist ferner im Bereich der Schmutzseite 560 des Filterelements 510 wenigstens eine Schmutzseiten-Öffnung 136 angeordnet, durch welche an der Außenseite des Filterelements 510 abgeschiedenes Wasser in einen außerhalb des Gehäuses 130, 140, 150 angeordneten Auffangbehälter für Wasser 600 abgeleitet werden kann. Die Schmutzseiten-Öffnung 136 im Boden 130 ist dabei als ein Wasser-Abführkanal 114 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Auffangbehälter für Wasser 600 nur schematisch dargestellt (ebenso im Ausführungsbeispiel der 2). Der Auffangbehälter für Wasser 600 ist dabei bevorzugt dicht und lösbar an dem Gehäuse 130, 140, 150 festgelegt. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Auffangbehälter für Wasser 600 auch innerhalb des Gehäuses 130, 140, 150 angeordnet sein. Die Trennung des Auffangbehälters für Wasser 600 vom Innenraum des Gehäuses 130, 140, 150 bewirkt, dass eine Verwirbelung des abgeschiedenen Wassers durch die Strömung des Kraftstoffs unterdrückt wird und somit vermieden wird, dass das abgeschiedene Wasser in den Kraftstoffstrom zurückgelangt. Besonders bevorzugt lässt sich das abgeschiedene Wasser aus dem Auffangbehälter für Wasser 600 durch eine verschließbare Öffnung zu Wartungszwecken ablassen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsfilters 100 verläuft der Flüssigkeitsstrom wie folgt: Die ungereinigte Flüssigkeit wird dem Flüssigkeitsfilter 100 durch einen Flüssigkeitseinlass 810, 812 zugeführt. Dieser Flüssigkeitseinlass ist im dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig der Flüssigkeitseinlass 812 des Hydrozyklons 202. Die ungereinigte Flüssigkeit gelangt durch den tangentialen Zulauf 204 in den Innenraum 206 des Hydrozyklons 202, wobei sie durch den tangentialen Zulauf 204 eine rotatorische Geschwindigkeitskomponente entlang der zylinderförmigen Wand im ersten Segment 260 des Hydrozyklons aufgeprägt bekommt. Durch die konische Verjüngung im zweiten Segment 270 des Hydrozyklons erhöht sich die rotatorische Geschwindigkeitskomponente, wodurch sich Verunreinigungen 870 und/oder schwerere Fraktionen 872 der Flüssigkeit an der Innenwand 208 des Hydrozyklons 202 sammeln und, insbesondere durch die Schwerkraft unterstützt, in den Auffangbehälter 400 gelangen. Die leichtere Flüssigkeitsfraktion folgt den Pfeilen entlang der Hydrozyklon-Längsachse 280 und verlässt den Flüssigkeitsfilter durch das Tauchrohr 310 am Flüssigkeitsauslass 820.
Die solchermaßen vorgereinigte Flüssigkeit wird dem Flüssigkeitsfilter 100 durch den Zulauf 830 der vorgereinigten Flüssigkeit auf die Schmutzseite 560 des Filterelements 510 erneut zugeführt. Die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsauslass 820 und dem Zulauf 830 der vorgereinigten Flüssigkeit wird dabei bevorzugt über eine Schlauchverbindung hergestellt. Es ist jedoch in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch möglich, dass das Hydrozyklonmodul 200 und der Deckel 140 als einstückiges Bauteil ausgebildet sind und die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsauslass 820 und dem Zulauf 830 der vorgereinigten Flüssigkeit durch einen in dieses einstückige Bauteil integrierten Kanal gebildet wird.
Diese vorgereinigte Flüssigkeit passiert nun das Filterelement 510 in radialer Richtung von der Außenseite des Filterelements 510 zur Aussparung 512 auf der Reinseite 570 des Filterelements 510. Dabei werden noch in der Flüssigkeit vorhandene Verunreinigungen vom Filterelement 510 zurückgehalten und es wird gegebenenfalls noch in der Flüssigkeit vorhandenes Wasser an der Außenseite, also auf der Schmutzseite 560, des Filterelements 510 abgeschieden. Das abgeschiedene Wasser gelangt durch den Wasser-Abführkanal 114 in den Auffangbehälter für Wasser 600. Die auf der Reinseite 570 des Filterelements 510 angekommene, gereinigte Flüssigkeit strömt nun in den Kanal 250 des Hydrozyklonmoduls 200 und verlässt den Flüssigkeitsfilter 100 durch den Ablauf 840. Von dort gelangt sie bevorzugt in eine stromabwärts des Flüssigkeitsfilters 100 angeordnete Einspritzvorrichtung.
In einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, dass die ungereinigte Flüssigkeit durch den Kanal 250 in den Flüssigkeitsfilter eintritt, das Filterelement 510 von innen nach außen durchströmt, wobei die Schmutzseite 560 des Filterelement in diesem Fall auf der Innenseite des Filterelements 510 liegt. In diesem Ausführungsbeispiel verlässt die Flüssigkeit den Flüssigkeitsfilter durch die Öffnung 830 im Deckel 140 und wird dem Hydrozyklon durch den Flüssigkeitseinlass 812 zugeführt, wobei die gereinigte Flüssigkeit im Hydrozyklon durch das Tauchrohr 310 und den Flüssigkeitsauslass 820 verlässt.
Um das Hydrozyklonmodul 200 mit dem Hydrozyklon 202 und dem Kanal 250 in der Aussparung 512 des Filterelements anordnen zu können, verlaufen die Hydrozyklon-Längsachse 280 und die Aussparungs-Längsachse 180 weitgehend parallel zueinander und sind in radialer Richtung zueinander beabstandet. Dabei beträgt der radiale Abstand der Hydrozyklon-Längsachse 280 und der Aussparungs-Längsachse 180 wenigstens 3% des mittleren Durchmessers der Aussparung 512 und maximal 35% des mittleren Durchmessers der Aussparung 512. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen 5 und 25% des mittleren Durchmessers der Aussparung 512, insbesondere 5 bis 15% des mittleren Durchmessers der Aussparung. Als mittlerer Durchmesser ist dabei der Durchmesser eines Zylinders in der Aussparung 512 zu betrachten, wobei der Zylinder so in die Aussparung 512 gelegt wird, dass das mittlere Fehlerquadrat der Abweichungen der Zylinderwand von der Begrenzung der Aussparung 512 minimiert ist.
Das Filterelement 510 besteht besonders bevorzugt aus einem hydrophoben Material, vorzugsweise aus Zellulose, synthetischen Fasern, Glasfasern oder dergleichen oder aus einer Kombination dieser Materialien. Bevorzugt wird für das Filterelement 510 ein Material mit äußerst feinen Poren eingesetzt, um einen hohen Abscheidegrad zu erzielen. Die hydrophobe Wirkung des Filterelements 510 kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass in dem Filterelement 510 Materialien wie z. B. Polyester, Silikon, PTFE (Teflon), Wachs, Polypropylen oder fluorisierte Acrylate, fluorisierte Resole oder vergleichbare im Stand der Technik bekannte Materialien enthalten sind. Auch der Einsatz von einem beispielsweise aus Polyester bestehenden Mikrofasermaterial, insbesondere ein Mikrofaservlies (melt-blown), oder die Verwendung einer mikroporösen Sperrschicht ist möglich.
Vorzugsweise ist das Filterelement 510 als Sternfilter ausgebildet. Das Filterelement 510 kann jedoch auch als Wickelfilter ausgebildet sein. Dabei kann das Filterelement 510 bevorzugt radial durchströmbar sein, es kann jedoch auch ein axial durchströmbares Filterelement 510 zur Anwendung kommen. Vorzugsweise ist das Material des Filterelements 510 derart beschaffen, dass das Hindurchtreten von Wassertropfen oder Wassertröpfchen vollständig unterbunden wird.
1b zeigt eine Aufsicht auf den Flüssigkeitsfilter 100. Dabei ist besonders gut das Hydrozyklonmodul 200 zu erkennen, welches in die Aussparung 512 des Filterelements einsetzbar ist. Ebenso ist der tangentiale Zulauf 810, 812 zu sehen, durch welchen der zulaufenden Flüssigkeit im Hydrozyklon 202 eine rotatorische Geschwindigkeitskomponente (gekennzeichnet durch den Pfeil) aufgeprägt wird. Des Weiteren ist deutlich erkennbar, dass die in Aufsicht zu erkennende Hydrozyklon-Längsachse 280 radial von der Aussparungs-Längsachse 180 beabstandet ist.
In 1c ist das Hydrozyklonmodul 200 des ersten Ausführungsbeispiels nochmal im Detail dargestellt. Hierbei sind insbesondere die hohlzylindrische Ausführungsform des ersten Segments 260 des Hydrozyklons 202 sowie das konisch zulaufende zweite Segment des Hydrozyklons 270 zu erkennen. Auch die Anordnung der Abstützelemente 212 an der Außenwand des Hydrozyklons 202 beziehungsweise des Hydrozyklonmoduls 200 ist deutlich erkennbar. Die Abstützelemente 212 sind hierbei in Rippenform ringförmig um das Hydrozyklonmodul angeordnet, so dass sich die Innenwand 550 des Filterelements 510 an den Rippen abstützen kann. Gleichzeitig ist dadurch das Abfließen der durch das Filterelement 510 gereinigten Flüssigkeit entlang der Außenwand 210 des Hydrozyklons 202 zum Kanal 250 gewährleistet, indem durch die Abstützelemente 212 die Innenwand 550 des Filterelements 510 von der Außenwand 210 des Hydrozyklons beabstandet ist.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei ist der Auffangbehälter 400 einstückig mit dem Hydrozyklon durch eine sackartige Erweiterung am unteren Ende des zweiten Segments 270 ausgebildet. Dadurch kann der Flüssigkeitsfilter 100 besonders kompakt gebaut werden. Des Weiteren ist in diesem Ausführungsbeispiel stromaufwärts des Filterelements 510, also in Fließrichtung betrachtet vor dem Filterelement 510, ein sogenanntes Coalescer-Element 700 angeordnet. Das Coalescer-Element 700 besteht bevorzugt aus hydrophilem Material, wie z. B. Glasfasern und/oder Zellulose, welche teilweise oder ganz so imprägniert sind, dass das Coalescer-Element 700 Koaleszenz-Eigenschaften hat und hydrophil wirkt. Vorzugsweise beträgt der imprägnierte Anteil der Fasern zwischen etwa 60% und 90%. Das Coalescer-Element 700 wirkt beim Durchströmen der Flüssigkeit auf die feinstverteilten Wassertröpfchen in der Flüssigkeit derart, dass diese feinstverteilten Tröpfchen beim Durchgang durch das Coalescer-Element 700 sich zu größeren Tröpfchen vereinigen und so besser am Filterelement 510 abgeschieden werden können. In der dargestellten Ausführungsform wird das Coalescer-Element 700 axial durchströmt. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei der das Coalescer-Element 700 stromaufwärts des Filterelements 510 angeordnet, in dieser Ausführungsform also der Außenseite des Filterelements 510 vorgelagert, und somit radial durchströmt ist.
In einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform wird das am Filterelement 510 abgeschiedene Wasser innerhalb des Gehäuses 130, 140, 150 bevorzugt in einem vom Filterelement 510 und/oder Filtereinsatz 500 getrennt ausgebildeten Auffangbehälter für Wasser 600 gesammelt.
In einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform ist der Hydrozyklon 202 so in der Aussparung 512 des Filterelements 510 angeordnet, dass im Bereich der Aussparung die Hydrozyklon-Längsachse 280 weitgehend mit der Aussparungslängsachse 180 zusammenfällt, der Hydrozyklon 202 also zentrisch in der Aussparung 512 angeordnet ist.
Der Kanal 250 kann in dieser Ausführungsform beispielsweise als hohlzylindrisches Element ausgebildet sein, ausgebildet sein, so dass als weitgehend zylindrisches Element im Inneren des Kanals 250 angeordnet und bevorzugt beispielsweise durch Stützstreben oder dergleichen befestigt ist. Im Bereich des tangentialen Zulaufs 204 des Hydrozyklons 202 kann in dieser Ausführungsform der Kanal 250 mit einem Ablauf 840 versehen sein.
Derartige, zuvor in den Figuren beschriebene Flüssigkeitsfilter 100 sind beispielsweise geeignet zum Einsatz als Kraftstofffilter oder Motorölfilter im Niederdruckkreislauf des Einspritzsystems bzw. des Schmierkreislaufs des Motors eines Kraftfahrzeugs. Ein solcher Flüssigkeitsfilter 100 kann dabei seinen Einsatzbereich in Benzin- und Dieselanwendungen von Kraftfahrzeugen haben. Weiterhin ist ein Einsatz eines derartigen Flüssigkeitsfilters 100 auch anderswo in Kraftfahrzeugen möglich, insbesondere als Harnstoff-Flüssigkeitsfilter, beispielsweise in DENOX-Anwendungen, wobei diesbezüglich der hier verwendete Begriff Kraftstoff dann mit dem Begriff Harnstoff synonym zu verwenden ist. Außerdem lässt sich ein derartiger Flüssigkeitsfilter 100 generell in Hydraulikanlagen einsetzen, insbesondere in der Getriebeölfiltration. Dabei ist beispielsweise eine Verwendung als Flüssigkeitsfilter 100 in der Getriebeölfiltration von Windkraftanlagen oder anderen Großanlagen möglich. Schließlich ist ein Einsatz eines derartigen Flüssigkeitsfilters 100 als Wasserfilter möglich, ohne auf die genannten Einsatzgebiete beschränkt zu sein.

Claims

Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoffe, umfassend ein Filterelement (510) mit wenigstens einer Aussparung (512), einen Hydrozyklon (202) mit wenigstens einem Flüssigkeitseinlass (810, 812, 202) und wenigstens einem Flüssigkeitsauslass (310, 330, 820), wobei der Hydrozyklon (202) wenigstens bereichsweise in der Aussparung (512) des Filterelements (510) angeordnet ist, wobei die Aussparung (512) des Filterelements (510) eine Aussparungs-Längsachse (180) aufweist und dass der Hydrozyklon (202) einen von der Flüssigkeit durchströmbaren Innenraum (206) aufweist, wobei der Innenraum (206) eine Hydrozyklon-Längsachse (280) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungs-Längsachse (180) und die Hydrozyklon-Längsachse (280) parallel zueinander verlaufen und in radialer Richtung zueinander beabstandet sind und dass zwischen dem Hydrozyklon (202) und dem Filterelement (510) ein Kanal (250) angeordnet ist, wobei der Kanal (250) in das Bauelement des Hydrozyklons integriert ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (510) eine Schmutzseite (560) und eine Reinseite (570) aufweist, wobei die Aussparung (512) auf der Reinseite (570) des Filterelements (510) angeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (510) lösbar im Flüssigkeitsfilter (100) angeordnet ist und/oder dass der Hydrozyklon (202) lösbar im Flüssigkeitsfilter (100) angeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilter (100) einen Filtereinsatz (500) aufweist, welcher das Filterelement (510) sowie eine erste Endkappe (530) und eine zweite Endkappe (540) umfasst, wobei das Filterelement (510) hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei das Filterelement (510) stirnseitig zwischen der ersten Endkappe (530) und der zweiten Endkappe (540) gehaltert ist, wobei das Filterelement (510) radial durchströmbar ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (250) aus dem Flüssigkeitsfilter (100) herausführt, wobei der Kanal (250) mit dem Filterelement (510) verbunden ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (210) des Hydrozyklons (202) derart gestaltet ist, dass die Innenwand (550) des Filterelements sich an der Außenwand (210) des Hydrozyklons (202) abstützen kann und dadurch stabilisiert ist, insbesondere durch an der Außenwand (202) des Hydrozyklons angeordnete Rippen und/oder Stege.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (512) des Filterelements (510) einen mittleren Durchmesser d aufweist, wobei die Hydrozyklon-Längsachse (280) und die Aussparungs-Längsachse (180) einen radialen Abstand von wenigstens 3% des mittleren Durchmessers d der Aussparung (512) zueinander aufweisen.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilter (100) ein Gehäuse (130, 140, 150) mit einem Boden (130) und einem Deckel (140) aufweist, wobei das Filterelement (510) im Gehäuse (130, 140, 150) angeordnet ist, wobei der Boden (130) des Gehäuses (130, 140, 150) eine Öffnung (134) aufweist, wobei die Öffnung (134) einen Abführkanal (112) ausbildet, wobei außerhalb des Gehäuses (130, 140, 150) ein Auffangbehälter (400) für abzuscheidende Substanzen (870, 872) am Gehäuse (130, 140, 150) angeordnet ist, wobei der Abführkanal (112) den Hydrozyklon (202) und den Auffangbehälter (400) miteinander verbindet.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (400) lösbar am Gehäuse (130, 140, 150') befestigt ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrozyklon (202) stromaufwärts des Filterelements (510) angeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrozyklon (202) stromabwärts des Filterelements (510) angeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Filterelements (510) ein Coalescer-Element (700) angeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement-Auffangbehälter (600) mit der Schmutzseite (560) des Filterelements verbunden ist.
Verwendung eines Flüssigkeitsfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend weiterhin – einen stromaufwärts des Flüssigkeitsfilters (100) angeordneten Kraftstoffspeicher, – eine stromabwärts des Flüssigkeitsfilters (100) angeordnete Einspritzvorrichtung für Kraftstoff.