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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere zur Flüssigkeitsfiltration, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Filtersysteme für Dieselkraftstoffe mit einem Filterelement, das einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper aufweist, an dessen axialen Stirnseiten Endscheiben angeordnet sind. Das Filterelement wird in Radialrichtung von außen nach innen durchströmt, der Innenraum im Filtermediumkörper bildet die Reinseite, aus der der gereinigte Kraftstoff axial abgeleitet wird.
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Aus der
WO 2004/082804 A1 ist ein derartiges Filtersystem bekannt, dessen hohlzylindrischem Filterelement zusätzlich ein ringförmiges Coalescer-Element vorgeschaltet ist, das die Aufgabe hat, im Kraftstoff dispersiv vorliegende Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammenzulagern, um die Wasserabscheidung zu erleichtern. Das Coalescer-Element ist dem Filterelement axial vorgelagert, beide Bauteile sind um ein zentral im Aufnahmeraum des Filtergehäuses angeordnetes Mittelrohr gelagert, welches zur Ableitung des gereinigten Kraftstoffes dient.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Filterelement, das beispielsweise zur Flüssigkeitsfiltration eingesetzt wird, in der Weise auszubilden, dass die Gefahr einer Schädigung bei einem hohen Druck des zu reinigenden Fluids reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Filterelement wird vorzugsweise zur Flüssigkeitsfiltration eingesetzt, beispielsweise zur Kraftstofffiltration, insbesondere zur Filtration von Dieselkraftstoff. Das Filterelement weist einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper auf, der radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, welches sich in dem die Reinseite bildenden Innenraum im Filtermediumkörper ansammelt und axial aus diesem abgeleitet wird. Die beiden gegenüberliegenden, axialen Stirnseiten des Filtermediumkörpers sind strömungsdicht von jeweils einer Endscheibe abgedeckt.
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In den Innenraum des Filtermediumkörpers ist ein Wasserabscheidesieb eingesetzt, das als ein separat ausgeführtes Bauteil ausgebildet ist, jedoch mit dem Filterelement über eine Endscheibe verbunden ist. Das Wasserabscheidesieb wird radial von außen nach innen von dem Fluid durchströmt, wobei an der Außenseite des Wasserabscheidesiebs mitgeführte Wassertröpfchen abgeschieden werden. Aus dem Inneren des Wasserabscheidesiebs wird das gereinigte und von den Wassertröpfchen befreite Fluid axial abgeleitet.
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Zur Überbrückung zwischen Innenseite und Außenseite des Wasserabscheidesiebs ist ein Bypass vorgesehen, der sich axial zwischen dem Wasserabscheidesieb und der Endscheibe befindet. Der Bypass ist unterhalb eines Schaltdrucks geschlossen, so dass das gesamte Fluid das Wasserabscheidesieb passieren muss, und öffnet erst mit dem Überschreiten des Schaltdrucks. Dies ermöglicht einen unmittelbaren Übertritt des Fluids von der radialen Außenseite zur Innenseite des Wasserabscheidesiebs, wodurch der Fluiddruck auf der radialen Außenseite des Wasserabscheidesiebs reduziert wird und eine Schädigung des Wasserabscheidesiebs durch einen hohen Fluiddruck vermieden wird.
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Der Bypass wird geöffnet, sobald der Fluiddruck den Bypass-Schaltdruck erreicht. Der Bypass ist, gemäß zweckmäßiger Ausführung, reversibel ausgebildet, so dass einerseits mit dem Überschreiten des Schaltdrucks der Bypass geöffnet und andererseits mit dem Absinken des Fluiddrucks unter den Schaltdruck oder – im Falle einer Hysterese – eines niedrigeren Schließdrucks der Bypass wieder geschlossen wird.
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Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem Einsatz als Diesel-Kraftstofffilter im Falle einer Versulzung des Dieselkraftstoffes vermieden werden, dass das Wasserabscheidesieb, an dem im Dieselkraftstoff enthaltene Wassertröpfchen abgeschieden werden, eine Schädigung erfährt. Bei einer Versulzung kann der Dieselkraftstoff nicht in gewohnter Weise das Wasserabscheidesieb passieren, so dass sich ein erhöhter Druck aufbaut, der jedoch erfindungsgemäß über den Bypass abgebaut wird, sobald der Fluiddruck den Schaltdruck erreicht und der Bypass geöffnet wird. Hierbei wird in Kauf genommen, dass kurzfristig ein Teilstrom des Fluids das Wasserabscheidesieb über den Bypass umgeht und in diesem Teilstrom keine Wasserabscheidung am Sieb stattfindet.
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Der Bypass schaltet vorteilhafterweise wieder aus der geöffneten Bypassposition in die Schließposition, sobald der Fluiddruck den Schaltdruck wieder unterschreitet. Das Wasserabscheidesieb kann dann wieder seine Wasserabscheidefunktion in gewohnter Weise ausführen, ohne dass ein Teilstrom des Fluids über den Bypass geleitet wird.
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Das Wasserabscheidesieb besteht beispielsweise aus Kunststoff und kann in Zylinderform in den Innenraum im hohlzylindrischen Filtermediumkörper eingesetzt sein, vorzugsweise mit radialem Abstand zu der Innenwand des Filtermediumkörpers. Das Wasserabscheidesieb ist insbesondere konzentrisch im zylindrischen Innenraum angeordnet, so dass ein gleichmäßiger radialer Abstand zwischen der Innenwand des Filtermediumkörpers und dem Wasserabscheidesieb gegeben ist. Zur Verbesserung der Stabilität kann es zweckmäßig sein, in das Wasserabscheidesieb über den Umfang verteilt mehrere sich in Achsrichtung erstreckende Stützstäbe zu integrieren, welche vorteilhafterweise ebenfalls aus Kunststoff bestehen. An einer oder an beiden Stirnseiten können gegebenenfalls Stützringe am Wasserabscheidesieb angeordnet sein, die mit den Stützstäben verbunden sind und bevorzugt ebenfalls aus Kunststoff bestehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Bypass als passives Stellglied ausgebildet und wird durch den Druck des Fluids, der im Innenraum des Filtermediumkörpers herrscht, geschaltet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass kein Aktor für die Verstellung des Bypass und dementsprechend auch kein Energieeintrag von außen erforderlich sind.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird der Bypass von dem Wasserabscheidesieb selbst gebildet, indem ein benachbart zur Endscheibe liegendes Bypass-Segment des Wasserabscheidesiebs zwischen einer Schließstellung einer geöffneten Bypassstellung verstellbar ist. Mit dem Überschreiten des Schaltdrucks öffnet lediglich das Bypass-Segment des Wasserabscheidesiebs, wohingegen die übrigen Abschnitte des Wasserabscheidesiebs in ihrer Ausgangsposition verharren, in der das Wasserabscheidesieb innerhalb des Innenraums im Filtermediumkörper die Außenseite von der Innenseite des Wasserabscheidesiebs separiert. Das Bypass-Segment erlaubt hingegen in der geöffneten Bypassposition einen Übertritt unter Umgehung des Wasserabscheidesiebs zwischen Außenseite und Innenseite des Wasserabscheidesiebs.
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Die Verstellbewegung des Bypass-Segments erstreckt sich vorteilhafterweise nur über einen begrenzten Winkelabschnitt, der kleiner ist als 180°, insbesondere maximal 90°, beispielsweise 60°. Dies stellt zum einen sicher, dass nur ein begrenzter Bypass zwischen Innen- und Außenseite des Wasserabscheidesiebs hergestellt wird, außerdem ist ein radiales Umbiegen des Wasserabschiedesiebs im Bypass-Segment auf diese Weise leichter möglich als dies bei einem größeren Winkelabschnitt der Fall wäre. Es kann zweckmäßig sein, dass das Bypass-Segment auf den Winkelbereich des Wasserabscheidesiebs zwischen zwei benachbarten Stützstäben begrenzt ist. Sind beispielsweise über den Umfang regelmäßig verteilt sechs Stützstäbe in das Wasserabscheidesieb integriert, erstreckt sich das Bypass-Segment über einen Winkelabschnitt von 60°.
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Das Bypass-Segment bildet, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, einen Bestandteil des Wasserabscheidesiebs und ist einteilig mit diesem ausgeführt. Das Umklappen des Bypass-Segments erfolgt vorteilhafterweise nur über einen Teil der axialen Höhe des Wasserabscheidesiebs benachbart zu dessen Stirnseite, beispielsweise nur über maximal ein Drittel, ein Viertel oder weniger der axialen Länge. Gegebenenfalls kommt aber auch ein Umklappen über die gesamte axiale Länge des Wasserabscheidesiebs in Betracht.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Endscheibe eine Stützkontur für die Stirnkante des Wasserabscheidesiebs auf, beispielsweise in Form einer ringförmigen Stütznut, in die die Stirnkante des Wasserabscheidesiebs einragt, so dass in Radialrichtung eine formschlüssige Halterung der Stirnkante des Wasserabscheidesiebs in der Endscheibe gegeben ist. Hierbei ist es aber zweckmäßig, dass die Stützkontur im Bereich des Bypass-Segments des Wasserabscheidesiebs frei liegt, beispielsweise in der Ausführung als ringförmige Stütznut im Bereich des Bypass-Segments seitlich offen ausgebildet ist. Die Stirnkante des Wasserabscheidesiebs ist somit in dem Winkelbereich des Bypass-Segments in Radialrichtung nicht an der Stützkontur der Endscheibe abgestützt, so dass ein Umklappen des Bypass-Segments möglich ist, sobald der Fluiddruck den Schaltdruck erreicht oder übersteigt. Die Stirnkante des Bypass-Segments liegt in der Schließstellung lediglich an einer radialen Seite an der Endscheibe an, beispielsweise mit der radialen Außenseite, um im Normalfall – bei einem Fluiddruck unterhalb des Schaltdrucks – eine Umgehung des Wasserabscheidesiebs zu verhindern. Mit Überschreitung des Schaltdrucks klappt das Bypass-Segment in die nicht-abgestützte Radialrichtung um, beispielsweise radial nach innen.
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Es kann gegebenenfalls vorteilhaft sein, den Bypass als aktives Stellglied mit einem Aktor auszuführen, dem von außen Energie für die Ausführung der Stellbewegung zugeführt wird, wobei die Stellbewegung in Abhängigkeit einer sensorisch ermittelten Zustands- oder Kenngröße, insbesondere des Fluiddrucks erfolgt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch einen Kraftstofffilter, mit einem in den Innenraum des Filterelementes eingesetzten Wasserabscheidesieb, das ein umklappbares Bypass-Segment aufweist,
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2 in perspektivischer Darstellung das Wasserabscheidesieb an einer Endscheibe des Filterelements,
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3 eine 2 entsprechende Darstellung, jedoch teilweise im Schnitt,
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4 das Wasserabscheidesieb in Einzeldarstellung mit umgeklapptem Bypass-Segment,
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5 die Endscheibe zur Befestigung des Wasserabscheidesiebs, mit einer ringförmigen Stütznut, in die die Stirnkante des Wasserabscheidesiebs einsetzbar ist, wobei die Stütznut über ein begrenztes Winkelsegment seitlich offen ausgebildet ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Filtereinrichtung 1 zur Flüssigkeitsfiltration, insbesondere zur Kraftstofffiltration dargestellt. Die Filtereinrichtung 1 weist in einem Filtergehäuse 2 ein Filterelement 3 mit einem hohlzylindrischen Filtermediumkörper 4 auf, der von der Flüssigkeit radial von außen nach innen durchströmt wird und einen zylindrischen Innenraum einschließt, der die Reinseite bildet und aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird. Der Filtermediumkörper 4 weist an seinen beiden, axial gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Endscheibe 5 bzw. 6 auf, die den Filtermediumkörper 4 strömungsdicht abdeckt. Der vom Filtermediumkörper 4 eingeschlossene Innenraum ist von einem Mittelrohr 7 ausgekleidet, der dem Filterelement zusätzliche Stabilität verleiht.
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In den Innenraum des Filtermediumkörpers 4 ist ein Wasserabscheidesieb 8 eingesetzt, das radial mit Abstand zu dem Mittelrohr 7 angeordnet ist, welches unmittelbar an der innen liegenden Seite des Filtermediumkörpers 4 angeordnet ist. Das Wasserabscheidesieb 8 ist hohlzylindrisch bzw. rohrförmig ausgeführt und verläuft konzentrisch und mit radialem Abstand zur Innenwand des Innenraums im Filtermediumkörper 4. Das Wasserabscheidesieb 8 weist eine gitterförmige Struktur auf und besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial. Bei der Durchströmung des Filterelementes radial von außen nach innen können an der Außenseite des Wasserabscheidesiebs 8 Wassertröpfchen abgeschieden werden, die axial nach unten abströmen und in einem Wassersammelraum gesammelt werden. Das gereinigte Fluid kann durch die Öffnungen in der Gitterstruktur des Wasserabscheidesiebs 8 radial hindurchtreten, so dass sich im Innern des Wasserabscheidesiebs 8 gereinigtes und von Wassertröpfchen befreites Fluid ansammelt zur axialen Ableitung aus der Filtereinrichtung.
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Das Wasserabscheidesieb 8 ist mit einem Bypass-Segment 9 versehen, das einstückiger Bestandteil des Wasserabscheidesiebs ist und im Falle eines hohen Drucks des radial von außen auf das Wasserabscheidesieb 8 wirkenden Fluids radial nach innen umklappt, wodurch ein Bypass unmittelbar zwischen Außenseite und Innenseite des Wasserabscheidesiebs freigegeben wird und ein Teilstrom des Fluids unter Umgehung des Wasserabscheidesiebs 8 direkt in das Innere des Wasserabscheidesiebs gelangt. Hierdurch wird einer Zerstörung des Wasserabscheidesiebs 8 vorgebeugt, beispielsweise im Falle einer Versulzung des Kraftstoffes bei tiefen Temperaturen. Indem das Bypass-Segment 9 aus seiner zylindrischen Form radial nach innen umklappt und den Bypass freigibt, wird der Fluiddruck, der an der Außenseite des Wasserabscheidesiebs 8 wirksam ist, reduziert. Mit dem Freigeben des Bypass 9 wird lediglich ein Teilstrom des Fluids unmittelbar unter Umgehung des Wasserabscheidesiebs 8 von der Außenseite zur Innenseite geleitet, so dass entsprechend auch der Anteil am Gesamtfluid, der keiner Wasserabscheidung unterzogen wird, verhältnismäßig gering ist. Die Überführung des Bypass 9 von der geschlossenen in die geöffnete Position erfolgt erst dann, wenn der Fluiddruck auf der Außenseite des Wasserabscheidesiebs 8 einen Bypass-Schaltdruck erreicht. Unterhalb des Bypass-Schaltdrucks bleibt der Bypass 9 geschlossen.
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Die obere Stirnkante des Wasserabscheidesiebs 8 ist in einer umlaufenden Stütznut 10 radial formschlüssig aufgenommen, die in die Endscheibe 5 eingebracht ist (1, 3, 5). Mit dem Einfügen in die Stütznut 10 erfährt das Wasserabscheidesieb 8 im Bereich seiner oben liegenden Stirnkante sowohl radial nach innen als auch radial nach außen eine Abstützung in der Stütznut 10.
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Die Stütznut 10 weist ein offenes Segment 11 auf (5), in welchem die Stütznut 10 zur radial innen liegenden Seite offen ausgebildet ist, so dass das Wasserabscheidesieb 8 in diesem Segment radial nach innen keine Abstützung erfährt. Dies ermöglicht es, dass das Wasserabscheidesieb 8 im Bereich seines Bypass-Segments 9 radial nach innen umklappt, wodurch der Bypass zwischen Außenseite und Innenseite des Wasserabscheidesiebs 8 freigegeben wird. Das Umklappen erfolgt lediglich in dem axial der oberen Kante des Wasserabscheidesiebs 8 benachbarten Bereich, der in die Stütznut 10 einragt. Der axial gegenüberliegende Bereich des Wasserabscheidesiebs 8 ist dagegen auch im Bereich des Segmentes 9 nicht umgeklappt. Die Umklappung erstreckt sich axial somit nur über eine Teillänge des Wasserabscheidesiebs 8, welche vorzugsweise kleiner als die halbe axiale Gesamtlänge ist.
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Die Freigabe des Bypass durch radial nach innen gerichtetes Umklappen des Bypass-Segments 9 erfolgt, sobald der Druck des Fluids an der Außenseite des Wasserabscheidesiebs 8 einen Schaltdruck erreicht bzw. überschreitet. Die Umklappung und damit einhergehend die Freigabe des Bypass ist insbesondere reversibel ausgeführt, so dass das Bypass-Segment 9 des Wasserabscheidesiebs 8 wieder in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, sobald der Schaltdruck wieder unterschritten wird. Gegebenenfalls kann hierbei eine Hysterese berücksichtigt werden, so dass die Rückkehr in die Ausgangsposition bei einem geringeren Druck als dem Schaltdruck erfolgt.
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In das Wasserabscheidesieb 8 sind mehrere, in Achsrichtung verlaufende Stützstäbe 12 integriert, die dem Wasserabscheidesieb 8 zusätzliche Stabilität verleihen. Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind insgesamt sechs Stützstäbe 12 vorgesehen, welche zueinander in einem Winkelabstand von 60° stehen. Das Bypass-Segment 9 befindet sich zwischen zwei benachbarten Stützstäben 12 und erstreckt sich somit in Umfangsrichtung über einen Winkel von 60°.
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Im Bereich der oberen Stirnkante, die im montierten Zustand in die Stütznut 10 in der Endscheibe 5 einragt, befindet sich am Wasserabscheidesieb 8 ein umlaufender Stützring 13, mit dem die Stützstäbe 12 verbunden sind. Auch der Stützring 13 verbessert die Stabilität des Wasserabscheidesiebs 8. In der Bypassposition ist das Winkelsegment des Stützringes 13 im Bereich des Bypass-Segments 9 radial nach innen umgeklappt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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