DE102012222943B4

DE102012222943B4 - Filterelement, Filtervorrichtung, Tankvorrichtung und Verfahren zur Herstellung und Inbetriebnahme

Info

Publication number: DE102012222943B4
Application number: DE102012222943.4A
Authority: DE
Inventors: Ilhami Demiroez; Ruben Schreiber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: DE102012222943A1; FR2999093A1; FR2999093B1

Abstract

Filterelement (7, 8) zur Filterung einer hydrophilen Flüssigkeit, wobei das Filterelement zumindest vor seiner ersten bestimmungsgemäßen Inbetriebnahme mindestens einen hydrophoben Filterflächenbereich (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrophobe Filterflächenbereich (10) vor der ersten Inbetriebnahme luftdurchlässig ist und im Verlauf der ersten Inbetriebnahme diese Eigenschaft verliert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Filterelement, einer Filtervorrichtung, einer Tankvorrichtung bzw. einem Verfahren zur Herstellung beziehungsweise Inbetriebnahme nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Filtereinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 10 2011 002 573 A1 eine Filtervorrichtung zur Filtration eines Dosiermittels in einem Abgasbehandlungssystem, wobei die Vorrichtung in einem Dosiermitteltank angeordnet ist und ein welliges Filtermaterial aufweist.
Aus der US 2007/0017370 A1 ist ein Filterelement bekannt, welches eine Membran aufweist, die eine Umgehung von der Einlaßseite zur Auslaßseite des Filterelements bereitstellt.
Die WO 2000/47310 A1 beschreibt einen Filteraufsatz zur Vakuumfiltration wässriger Medien, welcher mit einem patronenartigen Filterelement ausgestattet ist.
Die nachveröffentlichte DE 10 2012 017 140 A1 offenbart ein Filterelement zum Filtern einer Harnstofflösung, welches zwei Filtermedien aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Filterelement, die erfindungsgemäße Filtervorrichtung, die erfindungsgemäße Tankvorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung bzw. zur Inbetriebnahme mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, daß eine rasche Einsatzmöglichkeit der betreffenden Vorrichtung gewährleistet werden kann. Dies wird in vorteihafter Weise durch eine rasche Erstbefüllbarkeit der Filtervorrichtung zumindest im wesentlichen ohne Pumpeneinsatz erreicht, so daß bei Anschließen bzw. Anschalten einer Förderpumpe, wenn überhaupt, nur noch eine kleine Restmenge an Luft abgesaugt werden muß und die Befüllung der Filtervorrichtung und eine Systeminbetriebnahme in Form einer Pumpenzuschaltung im wesentlichen zeitlich nacheinander erfolgen können. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die hydrophobe Eigenschaft bei der ersten Inbetriebnahme verloren geht, so daß nachfolgend die volle Filterfläche zur Filterung zur Verfügung steht.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen bzw. Verfahren möglich.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die weiteren in der Beschreibung genannten Merkmale.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Tankvorrichtung mit integrierter Filtervorrichtung und
2 eine Filtervorrichtung mit Filterelementen in perspektivischer Ansicht.

Neue Beschreibungsseite 2a
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Tankvorrichtung 2 mit einem Vorratsbehälter 3 für eine Harnstoff-Wasser-Lösung 5, oberhalb der sich Luft 4 befindet. Im Vorratsbehälter angeordnet ist eine Filtervorrichtung 1, deren Gehäuse 12 ein oberes Filterelement 7 und ein unteres Filterelement 8 aufspannt. Das Filtermaterial der beiden Filterelemente besteht aus einem Filtervlies. Das Gehäuse weist zwischen den beiden Filterelementen einen Absauganschluß 14 auf. Dabei umschließen das Gehäuse und die beiden Filterelemente den Innenraum 11 der Filtervorrichtung 1; das Gehäuse ist seitlich fluiddicht, die beiden Filterelemente oben und unten sind für die Flüssigkeit, also die wässrige Harnstofflösung, durchlässig. Die Tankvorrichtung samt Filtervorrichtung ist in einem Zustand gezeigt, in dem sowohl der Tank als auch die Filtervorrichtung teilweise mit der Harnstoff-Wasser-Lösung gefüllt sind; jeweils oberhalb des Flüssigkeitspegels befindet sich Luft, in der Filtervorrichtung 1 mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Das obere Filtervlies 7 weist in einem bezogen auf dessen gesamten Filterfläche kleinen Filterflächenbereich 10 eine Epilamisierung auf. Der übrige Flächenbereich des oberen Filtervlieses 7 und das gesamte untere Filtervlies 8 sind von Anfang an hydrophil ausgeführt; beim oberen Filtervlies 7 ist dieser übrige Flächenbereich als hydrophiler Bereich 9 gekennzeichnet. Die Filtervorrichtung ist kurz nach einer Erstbefüllung des Tanks mit der wässrigen Harnstofflösung über einen nicht näher dargestellten Tankeinfüllstutzen gezeigt, also zu einem Zeitpunkt zu dem die Epilamisierung noch wirksam ist und über den hydrophoben Filterflächenbereich 10 Luft 16 aus der Filtervorrichtung entweichen kann. Zum Betreiben der Tankvorrichtung beziehungsweise zu deren Verwendung beispielsweise im Rahmen der Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden kann eine nicht näher dargestellte Förderpumpe an den Absauganschluß 14 angeschlossen werden, wobei eine entsprechende Leitung beispielsweise durch den Tankboden geführt und die Pumpe außerhalb des Tanks angeordnet werden kann. Die Pumpe führt dann die Harnstofflösung zu einem Dosiermodul zur Eindosierung der Flüssigkeit in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine, stromaufwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion.
Das unbehandelte Filtermaterial bzw. die übrigen Bereiche des Filterelements bzw. Filtervlieses außerhalb des Filterflächenbereichs 10 sind auch bei der ersten Inbetriebnahme hydrophil. Ohne eine Epilamisierung wären alle als Filterelement dienenden Flächenbereiche hydrophil. Dies hätte zur Folge, dass die Flüssigkeit an allen Stellen in das Filtervlies-Material eindringt und die Filtervorrichtung sehr schnell gegen Luft undurchlässig wird. Da das Filter jedoch im Dauerbetrieb luftfrei sein muß, um definierte Fördermengen zu gewährleisten, die die Filtervorrichtung durchlaufen, wäre die erforderliche Erstbefüllung dieses Filters fast ausschliesslich durch Herauspumpen der sich im Innenraum befindlichen Luft möglich. Dieses Leersaugen würde viel Zeit benötigen, was bei der Systeminbetriebnahme der Filter- bzw. der Tankvorrichtung am Ende der Fertigung nachteilig wäre. Die genannte Epilamisierung hilft hier ab, sie ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, bei dem die Oberflächenspannung einer anschließend darauf gelangenden Flüssigkeit verändert wird. Die Epilamisierung ist hierbei vor der ersten Inbetriebnahme der Tank- bzw. Filtervorrichtung durch Auftragen einer sogenannten Epilam-Schicht in dem Filterflächenbereich 10 erfolgt. Diese Epilamschicht kann dabei auf einer oder auf beiden Seiten des Filtervlieses 7 in dem Filterflächenbereich 10 aufgetragen werden. Verwendung findet als Epilamisierungsmittel eine Flüssigkeit, die beispielsweise ein flüchtiges Lösungsmittel enthält, in das ein fluoriniertes Polymer (Fluorkunststoff) gelöst ist. Beispielsweise kann ein Mittel mit der Handelsbezeichnung „Antispread Fe 60/15“ verwendet werden. Nach dem Auftragen verflüchtigt sich das Lösungsmittel, und der Fluorkunststoff bleibt auf der Oberfläche in dem Filterflächenbereich 10 zurück. Im Filterflächenbereich 10 herrscht, solange die so entstandene Epilam-Schicht existiert, eine erniedrigte Oberflächenspannung, so daß die Flüssigkeit zum unbehandelten Bereich kriecht, das Filtervlies in dem behandelten Bereich also nicht von der Flüssigkeit durchdrungen wird.
Das Filtervlies wird also zur partiellen, zeitlich begrenzten Veränderung der Materialeigenschaften zumindest auf der Oberseite des Filters mit dem Epilamisierungsmittel in dem kleinen Filterflächenbereich 10 behandelt. Dies hat zur Folge, dass die hydrophilen Eigenschaften des Vlieses aufgehoben werden. Stattdessen werden die einzelnen Fasern, die das Vlies bilden, hydrophob und stossen Wasser ab. Dieser behandelte Bereich des Vlieses ist, wie gesagt, im Anschluß luftdurchlässig. Bei einer Befüllung der Tankvorrichtung bzw. der Filtervorrichtung, die mit hohen Befüllgeschwindigkeiten (z.B. 40 Liter pro Minute) erfolgen kann, wird die Filtervorrichtung schnell überflutet. Die noch in der Filtervorrichtung eingeschlossene Luft kann durch das veränderte Vlies entweichen, da der Widerstand des Vlieses gegen Durchströmen von Luft im nicht vollgesaugten Zustand sehr klein ist. Folglich befüllt sich die Filtervorrichtung nahezu luftfrei von selbst. In einem anschliessenden Schritt der Systeminbetriebnahme, der einen Druckaufbau einer angeschlossenen Förderpumpe umfaßt, ist nur noch sehr wenig Restluft im System, die schnell innerhalb eines Zeitfensters von zirka 10 Sekunden über die Förderpumpe abgesaugt werden kann. Beim anschliessenden Normalbetrieb der Tankvorrichtung verändert sich die Vlieseigenschaft im epilamisierten Bereich wieder und kehrt durch die Kapillarwirkung der Zwischenräume des Filtervlieses in ihren Ursprungszustand zurück. Dies geschieht in einem Zeitraum von weniger als einer halben Stunde, nachdem es mit der wässrigen Harnstofflösung in Kontakt getreten ist.
Alternativ kann sich die Epilamisierung auf die gesamte Oberfläche des Filterelements 7 erstrecken. Insbesondere im Falle eines wellig gestalteten Filtervlieses können dann auch kleinste Restmengen an Luft, die sich im Filter halten, entweichen, ohne daß hierfür noch ein - wenn auch kurzer - Pumpeneinsatz nötig wäre.
Aus dem Filter kann Medium entnommen werden, auch wenn es fast ausschliesslich an Luft liegt. Das Filtervlies hat nämlich die Eigenschaft, sich mit Medium vollzusaugen. Es entsteht ein hoher Widerstand für Luft, durch dieses Vlies zu gelangen. Das heißt, solange noch flüssiges Medium außerhalb des Filters zur Absaugung bereitsteht, kann dieses luftfrei abgesaugt werden.
2 zeigt die Filtervorrichtung 1 in perspektivischer Darstellung mit Blick auf die Außenseite im Bereich des oberen Filtervlieses 7, das den epilamisierten Filterflächenbereich 10 aufweist. Während die seitliche Gehäusewand 12 fluiddicht ausgeführt ist, wird die Filterfunktion durch die Filtervliese 7 und 8 gewährleistet. Wahlweise können jedoch auch im Bereich der seitlichen Gehäusewand weitere Filterelemente eingebaut sein. Mit Bezugszeichen 18 ist die Absaugrichtung markiert, in der eine an den Ansauganschluß 14 anschließbare Förderpumpe die wässrige Harnstofflösung beziehungsweise Restmengen an in der Filtervorrichtung 1 befindlicher Luft absaugt.

Claims

Filterelement (7, 8) zur Filterung einer hydrophilen Flüssigkeit, wobei das Filterelement zumindest vor seiner ersten bestimmungsgemäßen Inbetriebnahme mindestens einen hydrophoben Filterflächenbereich (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrophobe Filterflächenbereich (10) vor der ersten Inbetriebnahme luftdurchlässig ist und im Verlauf der ersten Inbetriebnahme diese Eigenschaft verliert.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Filtermaterial hergestellt ist, welches für die Flüssigkeit an sich durchlässig ist, wobei der hydrophobe Filterflächenbereich (10) durch Hydrophobierung des Filtermaterials entstanden ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrophobe Filterflächenbereich (10) durch Auftragen eines Epilamisierungsmittels entstanden ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrophobe Filterflächenbereich (10) ein fluoriertes Polymer enthält.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrophobe Filterflächenbereich (10) klein ist im Vergleich zu einer Gesamtfläche des Filterelements.
Filtervorrichtung (1) mit einem Gehäuse (12) und mindestens einem durch das Gehäuse aufgespannten Filterelement (7, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (7) auf der Oberseite der Filtervorrichtung angeordnet ist.
Tankvorrichtung (2) mit einem Vorratsbehälter (3) zur Bevorratung einer hydrophilen Flüssigkeit und einer im Vorratsbehälter angeordneten Filtervorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7.
Verfahren zur erstmaligen Inbetriebnahme einer Tankvorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt mindestens ein hydrophober Filterflächenbereich (10) mindestens eines Filterelements (7) bereitgestellt wird und daß in einem weiteren Schritt eine Befüllung des Vorratsbehälters (3) und damit auch der Filtervorrichtung (1) mit der Flüssigkeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Befüllung in der Filtervorrichtung (1) enthaltene Luft (15) über den hydrophoben Filterflächenbereich (10) entweicht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterflächenbereich (10) im weiteren Betrieb die luftdurchlässige Eigenschaft verliert, nachdem ein Großteil der ursprünglich in der Filtervorrichtung enthaltenen Luft bereits über den Filterflächenbereich entwichen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelements (7, 8) zur Filterung einer hydrophilen Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bzw. einer Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (7) mit mindestens einem hydrophoben Filterflächenbereich (10) versehen wird.