DE102013202718B4

DE102013202718B4 - Filtervorrichtung mit einem Partikelfilter und einem Wasserabscheider und Verwendung einer derartigen Filtervorrichtunq

Info

Publication number: DE102013202718B4
Application number: DE102013202718.4A
Authority: DE
Inventors: Jose Luis Arias Arias
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2021-08-26
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: FR3002158B1; DE102013202718A1; CN104005891A; FR3002158A1; CN104005891B

Abstract

Filtervorrichtung (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Kraftstoff, mit einem Partikelfilter (14) zum Filtern von Partikeln aus dem Fluid und einem Wasserabscheider (16) zum Abscheiden von Wasser aus dem Fluid,bei der der Wasserabscheider (16) mit einer Wasserführung (44) zum Führen von abgeschiedenem Wasser durch den Wasserabscheider (16) hindurch, von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Wasserabscheiders (16) gestaltet ist,bei der der Wasserabscheider (16) mit einer mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) tragenden Stützhülse (40) gestaltet ist, und bei der die Wasserführung (44) einteilig mit der Stützhülse (40) gestaltet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Kraftstoff, mit einem Partikelfilter zum Filtern von Partikeln aus dem Fluid und einem Wasserabscheider zum Abscheiden von Wasser aus dem Fluid, bei der der Wasserabscheider mit einer Wasserführung zum Führen von abgeschiedenem Wasser durch den Wasserabscheider hindurch, von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Wasserabscheiders gestaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Filtereinrichtung an einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs.
Bei Filtervorrichtungen und insbesondere bei Flüssigkeitsfiltern in der Kraftstoff- bzw. Brennstoffversorgung von Kraftfahrzeugen ist am zugehörigen Partikelfilter ein Wasserabscheider vorgesehen, mittels dem das im zu filternden Medium enthaltene Wasser abgeschieden werden kann. Das vom Wasserabscheider abgeschiedene Wasser weist in der Regel eine höhere spezifische Dichte auf, als das zu filternde Medium und sammelt sich daher in einem Gehäuse der Filtervorrichtung an dessen Boden in einem Wassersammelbereich.
Es ist ferner bekannt bei derartigen Filtervorrichtungen einen Wassersensor vorzusehen, mit dem der Füllstand von abgeschiedenem und im Gehäuse gesammeltem Wasser erkannt werden kann.
Neue Beschreibungsseite 1a
Aus der EP 1 389 273 B1 ist ein Kraftstofffilter bekannt.
Es kann ein Bedarf bestehen, eine Filtervorrichtung bereitzustellen, bei der ein Partikelfilter stabilisiert wird, bei dem Wasser effektiv aus dem zu filtrierenden Fluid abscheidbar ist, das Abführen des abgeschiedenen Wassers auf einfache Art und Weise ermöglicht wird und welcher gleichzeitig einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Kraftstoff, geschaffen, mit einem Partikelfilter zum Filtern von Partikeln aus dem Fluid und einem Wasserabscheider zum Abscheiden von Wasser aus dem Fluid, bei der der Wasserabscheider mit einer Wasserführung zum Führen von abgeschiedenem Wasser durch den Wasserabscheider hindurch, von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Wasserabscheiders gestaltet ist, bei der der Wasserabscheider mit einer mindestens eine Wasserabscheidefläche tragenden Stützhülse gestaltet ist, und bei der die Wasserführung einteilig mit der Stützhülse gestaltet ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ist bei einer zweistufigen Reinigung des diese durchströmenden Fluids mittels eines Partikelfilters und eines Wasserabscheiders der Wasserabscheider zusätzlich mit einer Wasserführung gestaltet, die das in einen Wassersammelraum abgeschiedene und dort gesammelte Wasser durch den Wasserabscheider selbst hindurch abführen kann. Mit dieser Wasserführung ist es möglich, dass das gesammelte Wasser dann an der dem Wassersammelraum gegenüberliegenden Seite des Wasserabscheiders aus der Filtervorrichtung ausgetragen wird. Diese Seite ist insbesondere die Oberseite der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, während sich der Wassersammelraum vorzugsweise an der Unterseite der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung befindet. Die Begriffe „oben“ und „unten“ beziehen sich dabei auf die Einbausituation der Filtervorrichtung am zugehörigen Kraftfahrzeug bei dessen waagrechter Anordnung auf der Erdoberfläche. Ein solches Abführen des gesammelten Wassers nach oben ist insbesondere bei den in der Regel recht beengten Raumverhältnissen an Kraftfahrzeugen vorteilhaft.
Dadurch, dass die mindestens eine Wasserabscheidefläche in Form einer Membran aus einem hydrophoben Material, insbesondere aus Polyester (PES), gestaltet ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Wasser besonders effizient aus der Flüssigkeit an der stromaufwärts gelegenen Seite der Wasserabscheidefläche abgeschieden wird. Durch die Ausgestaltung der Wasserabscheidefläche als Membran wird dem Flüssigkeitsstrom vorteilhaft besonders wenig Widerstand entgegengesetzt, so dass es zu einem besonders geringen Druckabfall beim Durchtritt der Flüssigkeit durch die Wasserabscheidefläche hindurch kommt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine Wasserabscheidefläche wenigstens abschnittsweise von einem thermoplastischen Material der Stützhülse umspritzt ist. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Wasserabscheiders ermöglicht, indem der Wasserabscheider in einem einzigen Spritzgussvorgang hergestellt werden kann, bei welchem die mindestens eine Wasserabscheidefläche beispielsweise als Einlegeteil einem Spritzgusswerkzeug zugeführt und anschließend mit dem thermoplastischen Material der Stützhülse umspritzt wird dun so zusammen mit der Stützhülse und der Wasserführung zu dem einteiligen Wasserabscheider ausgebildet wird. Dadurch entfallen zusätzliche Montageschritte für das Aufbringen der mindestens einen Wasserabscheidefläche, beispielsweise Klebeprozesse. Zudem wird eine gegenüber Wasser besonders flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Stützhülse und der mindestens einen Wasserabscheidefläche bewirkt. Die Stützhülse ist dabei bevorzugt als eine Art Korsett gestaltet. Derart wird die mindestens eine Wasserabscheidefläche abschnittsweise gestützt und gleichzeitig ein Durchtritt von Flüssigkeit von der stromaufwärts gelegenen Seite der mindestens einen Wasserabscheidefläche zur stromabwärts gelegenen Seite der mindestens einen Wasserabscheidefläche, also bevorzugt vom Außenbereich der Stützhülse ins Innere der Stützhülse hinein, ermöglicht.
Dadurch, dass die Wasserführung radial beabstandet von der Stützhülse und von der mindestens einen Wasserabscheidefläche im Inneren der Stützhülse verläuft wird vorteilhaft bewirkt, dass die Wasserführung nicht in direkten mechanischen Kontakt mit dem Partikelfilter kommt. Besonders vorteilhaft wird durch die einteilige Ausführung der auf diese Weise im Inneren der Stützhülse verlaufenden Wasserführung eine platzsparende Anordnung der Wasserführung in den Flüssigkeitsfilter bewirkt. Durch den radialen Abstand der Wasserführung vom Stützrohr und von der mindestens einen Wasserabscheidefläche wird zudem vorteilhaft bewirkt, dass die Wasserführung den Durchtritt der Flüssigkeit durch die mindestens eine Wasserabscheidefläche hindurch nicht behindert, bevorzugt an keiner einzigen Stelle.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ist ein Gehäuse mit einem Gehäusedeckel vorgesehen und die Wasserführung ist an einer den Gehäusedeckel durchsetzenden Wasserdurchführung fluiddicht angekoppelt. Mit der Wasserdurchführung am Gehäusedeckel ist eine nach außen und innen hin standardisierbare Schnittstelle geschaffen, die darüber hinaus insbesondere auf die dort notwendige Abdichtung speziell angepasst sein kann. Mit der Wasserdurchführung können ferner die Dichtflächen klein und damit die Gefahr von Undichtigkeiten gering gehalten werden.
An der derartigen Wasserdurchführung ist ferner vorzugsweise außenseitig ein Wasserventil vorgesehen. Das Wasserventil kann dabei an der Wasserdurchführung fluiddicht angekoppelt sein. Mit dem Wasserventil kann mittels der Wasserführung aus dem Wassersammelraum gezielt Wasser abgeführt werden. Ferner kann die Wasserführung im Bedarfsfall mit dem Wasserventil verschlossen werden.
Der Wasserabscheider ist vorteilhaft mit einer, mindestens eine Wasserabscheidefläche tragenden, hohlzylindrischen Stützhülse gestaltet, in deren Inneren die Wasserführung mit einem zur Stützhülse koaxialen Wasserführungsrohr gestaltet ist. Mit dieser Weiterbildung kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt und ferner das Wasserführungsrohr besonders stabil innerhalb der Filtervorrichtung gestützt werden.
Bei der derartigen Filtervorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein Wassersammelraum vorgesehen, in den ein Wasserableitrohr hineinragt, welches an dem Wasserführungsrohr fluiddicht angekoppelt ist. Das derart an die Wasserführung angekoppelte Wasserführungsrohr kann typabhängig angepasst sein, während der restliche Wasserabscheider mit seinen Wasserabscheideflächen als ein über mehrere Typen hinweg gleich bleibendes Standardbauteil ausgebildet sein kann.
Das Wasserableitrohr ist besonders bevorzugt vom Wasserführungsrohr ausgehend in dem Wassersammelraum nach radial außen geführt. Mit dem derart geführten Wasserableitrohr kann abgeschiedenes und gesammeltes Wasser gezielt aus einem radial äußeren Bereich des Wassersammelraums abgeleitet werden.
An der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ist ferner vorzugsweise der Wasserabscheider mit einer, mindestens eine Wasserabscheidefläche tragenden, zylindrischen Stützhülse gestaltet, an deren unteren Stirnseite ein Wassersensor angeordnet ist. Der Wassersensor ist insbesondere einstückig bzw. einteilig mit der Stützhülse ausgestaltet. Alternativ ist der Wassersensor vorzugsweise getrennt von der Stützhülse am zugehörigen Gehäuse der Filtervorrichtung zu positionieren. Mit dem Wassersensor kann der Wasserstand im Wassersammelraum geprüft und bei Bedarf ein Signal für ein Ableiten des gesammelten Wassers durch die Wasserführung hindurch eingeleitet werden.
Der Wasserabscheider ist auch vorteilhaft mit einer, mindestens eine Wasserabscheidefläche tragenden Stützhülse gestaltet, die mindestens an einem Filterdeckel oder an einem Filterboden des Partikelfilters abgestützt ist. Der Partikelfilter ist dabei bevorzugt mit einem hohlzylindrischen Filterelement gestaltet, an dessen oberen Stirnende sich der Filterdeckel und an dessen unterem Stirnende sich der Filterboden befindet. Das Filterelement ist also ein Ring bzw. ein ringförmiges Element, in dessen Inneren der Wasserabscheider mit seiner Stützhülse für dessen Wasserabscheideflächen angeordnet ist. Die derartige Stützhülse ist insbesondere am Partikelfilter eingeklipst gehalten, bevorzugt ist die Stützhülse dabei am Filterboden und/oder am Filterdeckel des Partikelfilters eingeklipst. Mit dem derartigen Einklipsen kann der Wasserabscheider mit seiner Stützhülse besonders einfach und zugleich stabil relativ zum Partikelfilter positioniert und gehalten werden. Die Stützhülse ist vorzugsweise zentrisch im Partikelfilter angeordnet, wodurch eine besonders einfache Positionierung während der Montage möglich wird.
Die Erfindung ist auch speziell auf eine Verwendung einer derartigen, erfindungsgemäßen Filtervorrichtung an einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs gerichtet. An einem solchen Kraftstoffversorgungssystem kommen die oben genannten Vorteile von einfacher Montage, geringem Bauraum, hoher Dichtheit sowie großer Teilevarianz besonders zur Geltung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung mit einem Wasserabscheider,
2 eine perspektivische Ansicht des Wasserabscheiders gemäß 1,
3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung mit einem Wasserabscheider und
4 eine perspektivische Ansicht des Wasserabscheiders gemäß 3.

In 1 und 3 ist jeweils eine Filtervorrichtung 10 zum Filtrieren von Fluid in Form von flüssigem Kraftstoff veranschaulicht. Die Filtervorrichtung 10 ist mit einem kreiszylindrischen Gehäuse 12 gestaltet, in dem ein Partikelfilter 14 und ein Wasserabscheider 16 angeordnet sind. Das Gehäuse 12 ist dabei mit einem Gehäuseboden 18 und einem Gehäusedeckel 20 gestaltet, der auf einer Gehäusewand 22 stirnseitig aufliegt. Die Gehäusewand 22 bildet zusammen mit dem Gehäuseboden 18 eine nach oben hin offene, mittels des Gehäusedeckels 20 aber fluiddicht verschlossene Becherform. An dem Gehäusedeckel 20 befinden sich außenseitig Anschlüsse 24 mittels denen das zu reinigende Fluid zu einer Schmutzseite 26 im Inneren des Gehäuses 12 eingeführt und aus einer Reinseite 28 im Inneren des Gehäuses 12 wieder abgeführt werden kann.
Der Partikelfilter 14 ist mit einem ringscheibenförmigen Filterboden 30 (untere Endkappe) sowie einem ebenfalls ringscheibenförmigen und zugleich hülsenförmigen Filterdeckel 32 (obere Endkappe) gestaltet. Zwischen dem Filterboden 30 und dem Filterdeckel 32 befindet sich ein hohlzylindrisches Filterelement 34, dessen ebene Filterflächen sich in Axialrichtung erstrecken und im Querschnitt sternförmig gefaltet sind.
Der Filterboden 30 ist mittels einer unteren Dichtung 36 innenseitig an der Gehäusewand 22 abgedichtet und der Filterdeckel 32 ist mittels einer oberen Dichtung 38 innen am Gehäusedeckel 20 abgedichtet. Auf diese Weise ist in Zusammenwirken mit dem sich dazwischen befindenden Filterelement 34 die Reinseite 28 so von der Schmutzseite 26 getrennt, dass das zu reinigende Fluid in jedem Fall durch die Filterfläche des Filterelements 34 hindurchtreten muss.
Innerhalb der Reinseite 28 ist dabei im Inneren des Filterelements 34 der Wasserabscheider 16 angeordnet. Der Wasserabscheider 16 weist dabei eine hohlzylindrische Stützhülse 40 auf, die sich dabei in Axialrichtung bzw. Längsrichtung des Partikelfilters 14 und auch der Gehäusewand 22 erstreckt. Die Stützhülse 40 trägt mehrere Wasserabscheideflächen 42 in Form je einer Membran aus hydrophobem Material (vorliegend Polyester (PES)), die von einem thermoplastischen Material der Stützhülse 40 (vorliegend Polyethylenterephthalat (PET)) bei einem einzigen Kunststoff-Spritzgießprozess umspritzt worden sind und an denen die eigentliche Wasserabscheidung stattfindet. Dabei tritt der zu reinigende Kraftstoff durch die zugehörige Wasserabscheidefläche 42 hindurch und das dort zurückgehaltene Wasser strömt in Form von Wassertröpfchen nach unten durch den Filterboden 30 hindurch ab.
Im Inneren der Stützhülse 40 befindet sich eine Wasserführung 44, die mit einem mit der Stützhülse 40 koaxialen Wasserführungsrohr 46 gestaltet ist. Das Wasserführungsrohr 46 ist dabei von einem sich quer erstreckenden Hülsenboden 48 in der Stützhülse 40 gehalten. Unter dem Hülsenboden 48 befindet sich dabei eine Klipverbindung 50, mittels der die Stützhülse 40 an ihrem unteren Ende innen im Filterboden 30 eingeklipst und gehalten ist. Die Klipverbindung 50 ist mit vier, sich axial erstreckenden, im Abstand von je 90° am inneren Umfang des Filterbodens 30 angeordneten Rastnasen am Hülsenboden 48 gebildet. Alternativ kann die Klipverbindung 50 vorteilhaft auch mit zwei, drei oder mehr als vier Rastnasen bzw. Klipsen gestaltet sein, wobei diese insbesondere für eine Vereinfachung der Positionierung während der Montage in einer asymmetrischen Form angeordnet sein können.
Am oberen Ende der Wasserführung 44 ist am Gehäusedeckel 20 eine Wasserdurchführung 52 vorgesehen. Mit dieser Wasserdurchführung 52 kann Wasser aus der Wasserführung 44 nach außen und oben hin abgeführt werden. Dazu ist in dem Gehäusedeckel 20 einstückig mit diesem ein Wasserdurchführungsrohr 54 nach axial innen hin angeformt. Auf dieses Wasserdurchführungsrohr 54 ist das Wasserführungsrohr 46 aufgeschoben und auf diese Weise außen an diesem abgedichtet.
An der Außenseite des Gehäusedeckels 20 ist die Wasserdurchführung 52 mit einer Wasserventilhülse 56 gestaltet, in der ein Wasserventil 58 zum wahlweisen Verschließen oder Öffnen der Wasserdurchführung 52 vorgesehen ist.
Bevor das Wasser durch die Wasserführung 44 mittels des Wasserventils 58 abgeleitet werden kann, sammelt es sich in einem Wassersammelraum 60, der sich im unteren Teil des Gehäuses 12 unter dem Filterboden 30 befindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ragt das Wasserführungsrohr 46 in diesen Wassersammelraum mittig bzw. zentrisch hinein. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist unten auf das Wasserführungsrohr 46 ein zweifach gebogenes Wasserableitrohr 62 aufgesteckt. Das derart gebogene Wasserableitrohr 62 ist von der Mitte am Wasserführungsrohr 46 nach unten und radial außen geführt. Das Wasserableitungsrohr 62 kann dabei als ein starres oder aber als ein bewegliches bzw. flexibles Rohr gestaltet sein.
Mit dem gebogenen Wasserableitungsrohr 62 ist in der Mitte des Gehäusebodens 18 ausreichend Raum für einen dort anzuordnenden (nicht dargestellten) Wassersensor. Dieser Wassersensor kann insbesondere baulich unabhängig von dem Wasserabscheider 16 hergestellt und montiert werden.

Claims

Filtervorrichtung (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Kraftstoff, mit einem Partikelfilter (14) zum Filtern von Partikeln aus dem Fluid und einem Wasserabscheider (16) zum Abscheiden von Wasser aus dem Fluid, bei der der Wasserabscheider (16) mit einer Wasserführung (44) zum Führen von abgeschiedenem Wasser durch den Wasserabscheider (16) hindurch, von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Wasserabscheiders (16) gestaltet ist, bei der der Wasserabscheider (16) mit einer mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) tragenden Stützhülse (40) gestaltet ist, und bei der die Wasserführung (44) einteilig mit der Stützhülse (40) gestaltet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) in Form einer Membran aus einem hydrophoben Material, insbesondere aus Polyester (PES), gestaltet ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) wenigstens abschnittsweise von einem thermoplastischen Material der Stützhülse (40) umspritzt ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Wasserführung (44) radial beabstandet von der Stützhülse (40) und von der mindestens einen Wasserabscheidefläche (42) im Inneren der Stützhülse (40) verläuft.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Filtervorrichtung ein Gehäuse (12) mit einem Gehäusedeckel (20) aufweist und die Wasserführung (44) an einer den Gehäusedeckel (20) durchsetzenden Wasserdurchführung (52) fluiddicht angekoppelt ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 5, wobei an der Wasserdurchführung (52) außenseitig ein Wasserventil (58) angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Wasserabscheider (16) mit einer, mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) tragenden, hohlzylindrischen Stützhülse (40) gestaltet ist, in deren Inneren die Wasserführung (44) mit einem zur Stützhülse (40) koaxialen Wasserführungsrohr (46) gestaltet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Filtervorrichtung einen Wassersammelraum (60) aufweist, in den ein Wasserableitrohr (62) hineinragt, welches an dem Wasserführungsrohr (46) fluiddicht angekoppelt ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Wasserableitrohr (62) vom Wasserführungsrohr (46) ausgehend in dem Wassersammelraum (60) nach radial außen geführt ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Wasserabscheider (16) mit einer, mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) tragenden, zylindrischen Stützhülse (40) gestaltet ist, an deren unterer Stirnseite ein Wassersensor angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Wasserabscheider (16) mit einer, mindestens eine Wasserabscheidefläche (42) tragenden Stützhülse (40) gestaltet ist, die mindestens an einem Filterdeckel (32) oder an einem Filterboden (30) des Partikelfilters (14) abgestützt ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Stützhülse (40) mindestens an dem Filterdeckel (32) und/oder an dem Filterboden (30) des Partikelfilters (14) eingeklipst ist.
Verwendung einer Filtervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 an einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs.