DE102015008453B4

DE102015008453B4 - Elektrisch detektierbares Filterelement mit Siebträger und Filter

Info

Publication number: DE102015008453B4
Application number: DE102015008453.4A
Authority: DE
Inventors: Marco Goedecke; Thomas Friederich; Andreas Wildermuth
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: DE102015008453A1

Abstract

Filterelement (14) für einen wasserabscheidenden Filter (10) mit einem Wassersammelraum (36) und einem Filtergehäuse (12), in das das Filterelement (14) installierbar ist, wobei das Filterelement (14) einen Siebträger (20) mit einem Zapfen (52) aufweist, der bei in das Filtergehäuse (12) eingebautem Filterelement (14) zwei in den Wassersammelraum (36) ragende, mittelbar oder unmittelbar mit dem Filtergehäuse (12) verbundene Elektroden (48, 50) elektrisch separiert, wobei zumindest eine Elektrode (48, 50), insbesondere beide Elektroden (48, 50), federelastisch angeordnet oder ausgebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement sowie einen Filter mit einem darin eingesetzten Filterelement.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, wasserabscheidende Filter mit einem Filterelement zur Kraftstofffilterung einzusetzen. Das Wasser wird dabei in dem Filter aus dem Kraftstoff abgetrennt und in einem Wassersammelraum aufgefangen. Der Filter weist zwei in den Wassersammelraum ragende Elektroden auf. Die Elektroden können mit einer Spannung beaufschlagt werden. Wenn sich der Wassersammelraum bis zu den Elektroden mit Wasser gefüllt hat, fließt von einer ersten Elektrode mittels des Wassers ein Detektionsstrom zu der zweiten Elektrode. Der Detektionsstrom signalisiert, dass der Wassersammelraum geleert werden muss. Ein solcher Filter ist beispielsweise aus der WO 2010/049208 A1 bekannt geworden.
Die US 2011/0132816 A1 offenbart, durch ein Filterelement einen Stromkreis zu schließen, um den korrekten Sitz eines Filterelements in einem Filter sicherzustellen.
Weiterhin ist es aus der US 2002/0144938 A1 bekannt geworden, ein Filterelement mit einem Chip zu dessen Identifizierung zu versehen. Durch den Chip soll der Einsatz minderwertiger Filterelemente verhindert werden, die nicht den herstellerspezifischen Original-Filterelementen entsprechen. Denn durch den Einsatz von minderwertigen Filterelementen kann es zum unerwünschten Passieren von Fremdstoffen durch das Filterelement kommen. Dies kann insbesondere beim Einsatz der Filterelemente in Kraftfahrzeugen zu erheblichen Schäden führen.
Die WO 2009/000247 A2 offenbart, die zur Wasserstandsmessung eingesetzten Elektroden in einem Filter zur Detektion des Filterelements einzusetzen: Der Filter weist ein Filtergehäuse, zwei Elektroden zur Wasserstandsmessung und ein in das Filtergehäuse einsetzbares Filterelement auf. Ohne eingesetztes Filterelement berühren sich die Elektroden und bei an die Elektroden angelegter Spannung ist ein Kurzschlussstrom messbar. Wird das Filterelement in das Filtergehäuse eingesetzt, werden die Elektroden mittels eines Zapfens voneinander beabstandet. Ein Kurzschlussstrom ist dann nicht mehr messbar. Ein zwischen den beiden Elektroden gemessener Strom kann dadurch sowohl auf ein Fehlen des Filterelements, auf den Einsatz eines nachgebauten Filterelements (ohne Zapfen) als auch auf zu hohen Wasserstand im Wassersammelraum hinweisen.
Die DE 10 2011 120 638 A1 offenbart ein Filterelement eines Kraftstofffilters für Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen. Wenigstens ein rohrartig ausgestaltetes Filtermedium ist wenigstens an einer Stirnseite dicht mit einem Endkörper verbunden. Wenigstens ein zum Filtermedium koaxiales Stützrohr ist an einem Ende mit dem Endkörper verbunden. Seine Umfangswand weist Durchlässe für den Kraftstoff auf. Ferner umfasst das Filterelement wenigstens ein Koaleszenzmedium zur Koaleszenz von im Kraftstoff enthaltenem Wasser. Das Koaleszenzmedium besteht aus wenigstens einer Lage wenigstens eines formlabilen Materials, das formstabil zwischen dem Filtermedium und dem Stützrohr eingebettet und an wenigstens einer Stirnseite dicht mit dem Endkörper verbunden ist.
Das bekannte Filterelement bzw. der bekannte Filter können jedoch nur zur Abscheidung geringer Wassermengen eingesetzt werden. Mittlerweile sind die Anforderungen an die Reinheit und die Wasserfreiheit des Kraftstoffes durch den Einsatz neuer Hochdruckpumpen und Einspritzsysteme in Kraftfahrzeugen so stark gestiegen, dass eine wirksamere Wasserabscheidung im Filter vorgenommen werden muss. Gleichzeitig darf der Bauraum des Filters jedoch nicht bzw. nur unwesentlich vergrößert werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement und ein Filter bereitzustellen, das bei im Wesentlichen gleichem Bauraum und gleich bleibender Funktionalität eine verbesserte Wasserabscheidung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung an.
Bei dem Filterelement handelt es sich erfindungsgemäß um ein Filterelement für einen mehrfach wasserabscheidenden Filter mit einem Wassersammelraum und einem Filtergehäuse, in das das Filterelement installierbar ist, wobei das Filterelement einen Siebträger mit einem Zapfen aufweist, der bei in das Filtergehäuse eingebautem Filterelement zwei in den Wassersammelraum ragende, mittelbar oder unmittelbar mit dem Filtergehäuse verbundene Elektroden elektrisch separiert. Zumindest eine Elektrode, insbesondere beide Elektroden, sind dabei federelastisch angeordnet oder ausgebildet.
Der Siebträger dient zur Halterung eines Siebes, durch das eine weiter verbesserte Wasserabscheiderate ermöglicht ist. Das Sieb wird im Betrieb von dem Kraftstoff angeströmt und dient für in dem Kraftstoff enthaltene Wassertröpfchen als Prallblech, durch das die Wassertröpfchen effizient aus dem Kraftstoff abgetrennt werden können. Weiterhin weist der Siebträger erfindungsgemäß den Zapfen zur Separation der Elektroden auf. Hierdurch kann Platz für eine separate Halterung des Zapfens eingespart werden. Der Siebträger wird somit doppelfunktional eingesetzt.
Der Tapfen kann insbesondere auf der Längsachse des Filterelements angeordnet sein und erstreckt sich vorzugswese axial in Richtung eines oberen Auslasses des Filterelements. Dadurch kann der Zapfen vor einer unerwünschten Beschädigung während des Transports oder des Einbaus des Filterelements in das Filtergehäuse geschützt werden.
Der Zapfen kann nach der Erfindung mittelbar oder unmittelbar über mehrere Stege mit einem Siebträgerkörper des Siebträgers verbunden sein. Die Stege sind dabei vorzugsweise mittels Durchgangsausnehmungen voneinander beabstandet angeordnet. Die Durchgangsausnehmungen erlauben vorteilhaft das Vordringen des sich im Wassersammelraum des Filters stauenden Wassers zu den Elektroden.
Die Stege können in Umfangsrichtung des Filterelements eine Gesamtstegbreite und die Durchgangsausnehmungen in Umfangsrichtung des Filterelements eine Gesamtdurchgangsausnehmungsbreite aufweisen, wobei die maximale Gesamtstegbreite weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 10% der maximalen Gesamtdurchgangsausnehmungsbreite beträgt. Mit anderen Worten sind die Stege wesentlich schmaler ausgebildet als die Durchgangsausnehmungen. Das Wasser kann so besonders leicht zu den Elektroden vordringen. Ein Anstieg des Wasserpegels im Wassersammelraum kann dadurch unmittelbar detektiert werden.
Vorzugsweise ist der Zapfen über ein tellerförmiges Element mit den Stegen verbunden. Das Filterelement wird dadurch besonders stabil ausgebildet.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Siebträger einteilig mit dem Zapfen ausgebildet. Hierdurch können Produktionskosten eingespart werden, insbesondere da es sich bei dem Filterelement um einen Massenartikel handelt.
Der Siebträger ist besonders leicht mit den weiteren Filterelementteilen verbindbar, wenn der Siebträger über eine Rastverbindung mit einem Filterelementträger des Filterelements verbindbar ist.
Das Filterelement kann ein an einem Koaleszermedium anliegendes Partikelfiltermedium aufweisen, wobei das Koaleszermedium über einen Sedimentationsspalt beabstandet zum Siebträger ausgebildet ist. Durch das Koaleszermedium und den Sedimentationsspalt kann eine hohe Wasserabscheiderate erzielt werden. Eine besonders hohe Wasserabscheiderate wird erzielt, wenn das Koaleszermedium mehrlagig ausgebildet ist.
Eine besonders hohe Wasserabscheiderate kann weiterhin dadurch erzielt werden, dass der Siebträger ein hydrophobes Sieb, insbesondere in Form eines Polymergitters, umfasst. Das hydrophobe Sieb bildet eine hydrophobe Barriere aus. Die Maschenweite des hydrophoben Siebes übersteigt vorzugsweise die Porengröße des Partikelfiltermediums, sodass Partikel, die das Partikelfiltermedium passieren, das hydrophobe Sieb nicht verstopfen können. Das Sieb kann einteilig mit dem Siebträger ausgebildet sein, um eine kostengünstige Produktion und eine hohe Stabilität von Sieb und Siebträger zu erzielen.
Eine kostengünstige Produktion und gleichzeitig platzsparende Ausbildung des Filterelements wird durch eine im Wesentlichen axialsymmetrische Ausbildung des Filterelements zu dessen Längsachse erzielt.
Der erfindungsgemäße Filter weist ein Filtergehäuse mit einem in das Filtergehäuse eingebauten, zuvor beschriebenen Filterelement auf, wobei der Filter einen Wassersammelraum aufweist, in den zwei Elektroden des Filters ragen, wobei zumindest eine Elektrode, insbesondere beide Elektroden, federelastisch angeordnet oder ausgebildet sind. Der Filter ermöglicht so eine hohe Wasserabscheiderate bei kleinem Bauraum. Die federelastischen Elektroden können zur Wasserstandsmessung eingesetzt werden. Weiterhin können die Elektroden dazu eingesetzt werden, zu detektieren, ob ein Filterelement im Filtergehäuse installiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt sowie aus den Ansprüchen.
Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigen:

1 eine geschnittene Ansicht eines Filters mit einem Siebträger, und
2 eine perspektivische Ansicht des Siebträgers aus 1.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines Filters 10. Der Filter 10 ist in Form eines Kraftstofffilters ausgebildet.
Der Filter 10 weist ein Filtergehäuse 12 auf, in das ein Filterelement 14 eingesetzt ist. Das Filterelement 14 weist einen Filterelementträger 16 auf. Der Filterelementträger ist als eine obere Endscheibe des Filterelements ausgebildet und vorliegend über eine Rastverbindung 18 mit einem Siebträger 20 verbunden.
Der Filter 10 weist einen Einlass 22 und einen Auslass 24 auf. Zwischen Einlass 22 und Auslass 24 wird Kraftstoff entlang des Weges eines Pfeils 26 gefiltert: Der Kraftstoff passiert dabei zunächst ein Partikelfiltermedium 28. Anschließend durchfließt der Kraftstoff ein Koaleszermedium 30. Das Koaleszermedium 30 (kreuzschraffiert dargestellt) ist vorzugsweise mehrlagig ausgebildet. Das Koaleszermedium 30 ist durch einen Sedimentationsspalt 32 beabstandet zum Siebträger 20 angeordnet. Im Sedimentationsspalt 32 kann abgetrenntes Wasser in Richtung eines Pfeils 34, d.h. der Schwerkraft folgend nach unten in einen Wassersammelraum 36 abfließen. Das sich im Wassersammelraum 36 anstauende bzw. ansammelnde Wasser 38 ist in 1 schematisch angedeutet.
Nach dem Überwinden des Sedimentationsspaltes 32 durchdringt der Kraftstoff ein hydrophobes Sieb 40. Das hydrophobe Sieb 40 ist in Form eines Polymergitters ausgebildet. Das Sieb 40 ist einteilig mit dem Siebträger 20 ausgebildet. Die Maschenweite des Siebes 40, d.h. dessen Porengröße, übersteigt die Porengröße des Partikelfiltermediums 28, sodass Fremdstoffe, die das Partikelfiltermedium 28 versehentlich passieren, das Sieb 40 nicht verstopfen. Nach dem Durchtritt des Siebes 40 kann sich - wie dies durch einen Pfeil 42 angedeutet ist - weiteres Wasser auf dem Weg des Kraftstoffs zum Auslass 24 abscheiden. Im Boden 44 des Siebträgers 20 kann dabei zumindest eine Durchgangsausnehmung vorgesehen sein, um diesem Wasser das Abfließen in den Wassersammelraum 36 zu ermöglichen. Der Siebträger 20 kann ein weiteres Sieb 46 oder alternativ dazu eine Öffnung (nicht gezeigt) aufweisen, um den Kraftstoffdurchlass zum Auslass 24 zu ermöglichen.
Um zu überprüfen, ob das Wasser 38 im Wassersammelraum 36 einen kritischen Pegel erreicht oder überschritten hat, ragen zwei Elektroden 48, 50 des Filters 10 in den Wassersammelraum 36 hinein. Die Elektroden 48, 50 sind in 1 schwarz dargestellt und können mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Die Elektroden 48, 50 sind durch einen Zapfen 52 elektrisch isoliert. Steigt nun das Wasser 38 im Wassersammelraum 36 bis zu dem in 1 dargestellten Pegel an, werden die Elektroden 48, 50 über das Wasser 38 elektrisch kurzgeschlossen. Bei an die Elektroden 48, 50 angelegter elektrischer Spannung ist ein elektrischer Stromfluss über die beiden Elektroden 48, 50 detektierbar.
Der Zapfen 52 muss nicht vollständig elektrisch isolierend ausgebildet sein. Der Zapfen 52 kann auch leitfähig ausgebildet sein und/oder eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen. Denn auch in diesem Fall kann das Ansteigen des Pegels des Wassers 38 durch eine Widerstandsverringerung zwischen den Elektroden 48, 50 detektiert werden. Der Siebträger 20 ist einteilig mit dem Zapfen 52 ausgebildet.
Um niedrige Produktionskosten zu erreichen und Bauraum einzusparen, ist das Filterelement 14, insbesondere der gesamte Filter 10, im Wesentlichen axialsymmetrisch zu der Längsachse 54 des Filterelements 14 ausgebildet.
2 zeigt den Siebträger 20 in einer räumlichen Darstellung. Das Sieb 40 des Siebträgers 20 mit seinen Poren (Durchtrittsöffnungen) ist in 2 nicht näher wiedergegeben. Ein Siebträgerkörper 56 des Siebträgers 20 ist über Stege 58, 60, 62, 64 einteilig mit einem tellerförmigen Element 66 verbunden. An dem tellerförmigen Element 66 ist der Zapfen 52 ausgebildet. Der Zapfen ist auf der Längsachse 54 des Siebträgers (und damit des Filteremelements) angeordnet. Die Stege 58, 60, 62, 64 sind quer zur Längsachse 54, d.h. im vorliegenden Fall in Umfangsrichtung des Siebträgers 20, durch Durchgangsausnehmungen voneinander beabstandet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 2 nur eine erste Durchgangsausnehmung 68 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Gesamtbreite aller Stege 58, 60, 62, 64 in Umfangsrichtung beträgt lediglich 10% der Gesamtbreite aller Durchgangsausnehmungen in Umfangsrichtung des Siebträgers 20. Die Stege 58, 60, 62, 64 sind also sehr schmal ausgebildet, um dem abgeschiedenen Wasser 38 (siehe 1) möglichst wenig Widerstand, insbesondere beim Strömen zu den Elektroden 48, 50, entgegen zu setzen.
Die Elektroden 48, 50 sind jeweils federelastisch ausgebildet. Die Elektroden 48, 50, die mit dem Filtergehäuse 12 verbunden sind (siehe 1) werden daher beim Montieren des Filterelements 14 bzw. des Siebträgers 20 in das Filtergehäuse 12 durch den zwischen die beiden Elektrodeb 48, 50 geführten Zapfen 52 auseinander gespreizt. Die Elekroden 48, 50 erfüllen dadurch eine Doppelfunktion: Sie dienen einerseits zur Bestimmung des Pegels des Wassers 38 (siehe 1), andererseits aber auch zur Bestätigung, dass ein ordnungsgemäßer Siebträger 20, d. h. ein Siebträger der richtigen Art, korrekt eingebaut wurde. Denn nur Siebträger 20 der richtigen Art weisen einen Zapfen 52 auf, der die Elektroden 48, 50 separiert. Eine Berührung der Elektroden 48, 50, die durch einen Kurzschlussstrom der Elektroden 48, 50 bestimmt werden kann, weist daher auf den falschen Einbau des Siebträgers 20 oder die Verwendung eines falschen (nicht ordnungsgemäßen) Siebträgers 20 hin.
Um den Strom zwischen den Elektroden 48, 50 messen zu können, sind diese mit elektrischen Anschlüssen 70, 72 leitend verbunden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Siebträger, der einen Zapfen zur Separation zweier Elektroden eines Filters, insbesondere eines Kraftstofffilters, aufweist. Der Siebträger ist Teil eines Filterelements. Die durch den Zapfen getrennten Elektroden ragen in einen Wassersammelraum des Filters. Der Zapfen ist vorzugsweise über Stege mit einem Siebträgerkörper verbunden. Zwischen den Stegen sind bevorzugt Durchgangsausnehmungen ausgebildet, um ein Vordringen von Wasser im Wassersammelraum zu den Elektroden zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Filterelement mit einem solchen Siebträger und ein Filter mit einem solchen Siebträger.

Claims

Filterelement (14) für einen wasserabscheidenden Filter (10) mit einem Wassersammelraum (36) und einem Filtergehäuse (12), in das das Filterelement (14) installierbar ist, wobei das Filterelement (14) einen Siebträger (20) mit einem Zapfen (52) aufweist, der bei in das Filtergehäuse (12) eingebautem Filterelement (14) zwei in den Wassersammelraum (36) ragende, mittelbar oder unmittelbar mit dem Filtergehäuse (12) verbundene Elektroden (48, 50) elektrisch separiert, wobei zumindest eine Elektrode (48, 50), insbesondere beide Elektroden (48, 50), federelastisch angeordnet oder ausgebildet sind.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (52) mittelbar oder unmittelbar über mehrere Stege (58, 60, 62, 64) mit einem Siebträgerkörper (56) des Siebträgers (20) verbunden ist, wobei die Stege (58, 60, 62, 64) mittels Durchgangsausnehmungen (68) voneinander beabstandet sind.
Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (58, 60, 62, 64) in Umfangsrichtung des Filterelements (14) eine Gesamtstegbreite und die Durchgangsausnehmungen (68) in Umfangsrichtung des Filterelements (14) eine Gesamtdurchgangsausnehmungsbreite aufweisen, wobei die maximale Gesamtstegbreite weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 10% der maximalen Gesamtdurchgangsausnehmungsbreite beträgt.
Filterelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (52) über ein tellerförmiges Element (66) mit den Stegen (58, 60, 62, 64) verbunden ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (52) koaxial zur Längsachse (54) des Siebträgers angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siebträger (20) einteilig mit dem Zapfen (52) ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siebträger (20) über eine Rastverbindung (18) mit einem Filterelementträger (16) des Filterelements (14) verbindbar ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (14) ein an einem Koaleszermedium (30) anliegendes Partikelfiltermedium (28) aufweist, wobei das Koaleszermedium (30) über einen Sedimentationsspalt (32) beabstandet zum Siebträger (20) ausgebildet ist und das Koaleszermedium (30) insbesondere mehrlagig ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siebträger (20) ein hydrophobes Sieb (40), insbesondere ein Polymergitter, umfasst.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (14) im Wesentlichen axialsymmetrisch zu seiner Längsachse (54) ausgebildet ist.
Filter (10) mit einem Filtergehäuse (12) und mit einem in das Filtergehäuse (12) eingebauten Filterelement (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filter (10) einen Wassersammelraum (36) aufweist, in den zwei Elektroden (48, 50) des Filters (10) ragen, die federelastisch angeordnet oder ausgebildet sind.