-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider für in Kraftstoff oder Öl enthaltenes Wasser. Insbesondere Dieselkraftstoffe weisen in der Regel einen vorgegebenen maximal zulässigen Wasseranteil auf. Wird dieser zulässige Maximalwert überschritten, kann es zu Fehlfunktionen und Beschädigungen von mit dem Kraftstoff in Kontakt kommenden Einspritzanlagen bzw. Diesel-Hochdruckpumpen sowie eines mit dem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors, kommen. Bei einem unzulässig hohen Wasseranteil im Kraftstoff nimmt dessen Schmierfähigkeit ab, was zu Funktionsstörungen oder sogar Beschädigungen der vorgenannten Bauteile führen kann. Darüber hinaus können Metallteile korrodieren, wenn sie lange mit dem im Kraftstoff oder Öl enthaltenen Wasser in Berührung bleiben.
-
Stand der Technik
-
In der Praxis haben sich deshalb seit Langem Wasserabscheider etabliert, mit deren Hilfe das im Kraftstoff bzw. Öl enthaltene Wasser abgeschieden wird. Die am Markt verfügbaren Wasserabscheider weisen dabei in der Regel eine mehrstufige Wasserabscheidung mit einer Koaleszerstufe, einer beruhigten Wasserabsetzzone und einem hydrophoben Endabscheider für kleinste Wassertröpfchen auf. Die Wasserabscheider können zusätzlich ein (Partikel-)Filtermedium aufweisen, um auch im Kraftstoff/Öl enthaltene partikuläre Verunreinigungen aus dem Kraftstoff bzw. Öl herauszufiltern. Derartige Kombinations-Abscheider können als eine bauliche Einheit verbaut und bedarfsweise ausgetauscht werden.
-
Bei der Fertigung des Wasserabscheiders wird das Wasser- bzw. Endabscheidesieb in der Regel über eine Wasserauslassöffung des Wasserabscheiders in den Wasserabscheider eingeführt und im Inneren des Wasserabscheiders, beispielsweise mit einer stirnseitig angeordneten Endscheibe des Wasserabscheiders, verrastet. Dies erfordert einerseits geringe Fertigungstoleranzen der Bauteile des Wasserabscheiders und andererseits einen zusätzlichen Montageschritt bei der Herstellung des Wasserabscheiders.
-
Um den im Kraftstoff bzw. Öl verbleibenden Wasseranteil so niedrig als möglich zu halten, muss eine vollständige oder nahezu vollständige Durchströmung des Endabscheidesiebs durch den Kraftstoff/das Öl gewährleistet werden, d. h. eine Bypasströmung vermieden werden. Dies ist in der Regel nur durch zusätzliche Dichtungsmaßnahmen bzw. durch ein aufwändiges Verkleben des Endabscheidesiebs im Wasserabscheider möglich. Bei dem aus der
US 2012/0318728 A1 bekannten Wasserabscheider ist das Endabscheidesieb dazu beidenends auf Halteflansche der Endscheiben aufgesteckt und liegt an diesen mit einem exakten radialen Formschluss vollumfänglich an. Bei dieser Bauart müssen die Bauteile extrem niedrige Fertigungstoleranzen aufweisen, um einen hinreichenden Dichtsitz des Endabscheidesiebs an den Endscheiben zu gewährleisten.
-
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen einfacher und kostengünstiger zu fertigenden Wasserabscheider anzugeben, bei dem das Endabscheidesieb im Wasserabscheider mechanisch stabil verankert ist und zugleich Bypasströmungen des Kraftstoffs/Öls um das Endabscheidesieb zuverlässig unterbunden werden. Darüber hinaus soll ein Wasserabscheidesystem sowie ein vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen des Wasserabscheiders angegeben werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die den Wasserabscheider betreffende Aufgabe wird durch einen Wasserabscheider mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Das erfindungsgemäße Wasserabscheidesystem weist die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale und das erfindungsgemäße Verfahren die in Anspruch 11 angegebenen Verfahrensschritte auf. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der Beschreibung angegeben.
-
Bei dem Wasserabscheider ist das Endabscheidesieb erfindungsgemäß zwischen den beiden Endscheiben in axialer Richtung eingespannt gehalten angeordnet. Das Endabscheidesieb ist mithin zwischen den beiden Endscheiben des Wasserabscheiders im axialen Preßsitz gehalten angeordnet. Zusätzliche Rastelemente zum Verrasten des Endabscheidesiebs mit einer oder beiden Endscheiben bzw. ein Verkleben des Endabscheidesiebs im Wasserabscheider erübrigen sich. Dadurch kann der Wasserabscheider einerseits vereinfacht und kostengünstig gefertigt werden. Andererseits kann durch die in axialer Richtung vorgespannte Anlage des Endabscheidesiebs an den beiden Endscheiben selbst bei höheren Fertigungstoleranzen dieser Bauteile eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Endabscheidesieb und den Endscheiben erreicht werden. Unerwünschte Bypassströmungen des Kraftstoffs/Öls sowie einem damit einhergehenden Wassereintrag in das Innere des Endabscheidesiebs kann dadurch zuverlässig entgegengewirkt werden. Es versteht sich, dass das Endabscheidesieb bzw. die Endscheiben für den gewünschten Dichtsitz des Endabscheidesiebs ein gewisses Maß an elastischer Verformbarkeit aufweisen müssen, um Fertigungstoleranzen der Bauteile kompensieren zu können. Dies ist bei Einsatz der üblichen Thermoplast-Werkstoffe ohne weiteres möglich. Das Dichtvermögen des Endabscheidesiebs an den Endscheiben kann darüber hinaus durch eine entsprechend dimensionierte axial gerichtete Kontaktpressung des Endabscheidesiebs an den Endscheiben nach Bedarf eingestellt werden. Das Endabscheidesieb liegt an den Endscheiben vorzugsweise direkt an. Zusätzliche Dichtungselemente zwischen dem Endabscheidesieb und den Endscheiben erübrigen sich bei der erfindungsgemäßen Befestigung des Endabscheiders im Wasserabscheider ebenso wie ein nachträglich erforderlicher Montageschritt zum Einbau des Abscheidesiebs im Wasserabscheider. Das Endabscheidesieb kann durch dessen Zweipunktlagerung an den Endscheiben darüber hinaus insgesamt filigraner bzw. mit einem geringeren Materialeinsatz ausgeführt werden. Das Endabscheidesieb kann zudem zur mechanischen Aussteifung des Wasserabscheiders beitragen.
-
Im Hinblick auf die im Betrieb des Wasserabscheiders auftretenden Betriebsdruckbelastungen kann erfindungsgemäß zumindest eine der beiden Endscheiben, bevorzugt beide Endscheiben, ein oder mehrere Haltemittel aufweisen, durch die das Endabscheidesieb an der/den Endscheiben in radialer Richtung lagefixierbar ist. Das/die Haltemittel und das Endabscheidesieb greifen dabei vorzugsweise in axialer Richtung, bevorzugt formschlüssig, ineinander.
-
Das Haltemittel kann dabei insbesondere als Axialfortsatz (Axialvorsprung) der Endscheibe ausgebildet sein, der sich von der Endscheibe axial in Richtung auf die jeweils andere Endscheibe wegerstreckt. Dieser Axialfortsatz kann sich in das Siebrohr, vorzugsweise formschlüssig, hineinerstrecken und beispielsweise ringförmig ausgebildet sein. Es versteht sich, dass das Haltemittel das Siebrohr alternativ auch außenseitig zumindest abschnittsweise umgreifen kann. Der Endabscheider kann dadurch auf einfache Weise in radialer Richtung an der bzw. den Endscheiben abgestützt werden. Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Haltemittel auch als eine in der Endscheibe ausgebildete Ringnut ausgeführt sein, in die das Siebrohr eingreift. Durch die vorstehenden Maßnahmen kann die Montage des Wasserabscheiders insgesamt vereinfacht werden. So kann das Endabscheidesieb über das/die Haltemittel vereinfacht an einer vorgegebenen Position an den Endscheiben positioniert und ggf. relativ zur Längsachse des Wasserabscheiders zentriert ausgerichtet werden.
-
Das Endabscheidesieb ist nach der Erfindung vorzugsweise rohrförmig ausgeführt. Das Endabscheidesieb kann im Hinblick auf ein hinreichendes radiales bzw. axiales Lastaufnahmevermögen durch Längs- und/oder Querrippen ausgesteift sein. Eine beidenends offene Bauweise des rohrförmig ausgeführten Endabscheidesiebs ermöglicht dabei ein breites Einsatzspektrum des Wasserabscheiders, etwa in Abscheidergehäusen mit unterschiedlichen Strömungsführungen des Kraftstoffs/Öls. Zugleich kann der Endabscheider bei dieser Bauweise vereinfacht aus einem Spritzgusswerkzeug entformt werden.
-
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den beiden Endscheiben im konstruktiv einfachsten Fall ein längsaxiales Stützelement, beispielsweise ein Mittelrohr, angeordnet, an dem die beiden Endscheiben (zueinander abstandsinvariant) befestigt sind. Das Stützelement bzw. Mittelrohr bildet in diesem Fall gemeinsam mit den Endscheiben ein Stützskelett des Wasserabscheiders. Dadurch, dass die Endscheiben am Stützelement/Mittelrohr befestigt, insbesondere mit diesem verschweißt oder verklebt sind, kann das Siebrohr auf einfache Weise im axialen Preßsitz zwischen den beiden Endscheiben gehalten angeordnet werden. Durch eine Schweißverbindung zwischen dem Stützelement/Mittelrohr und den beiden Endscheiben können Längentoleranzen des Siebrohrs bzw. des Stützelements/Mittelrohrs auf einfache Weise kompensiert werden.
-
Der Wasserabscheider weist nach der Erfindung vorzugsweise ein Koaleszermedium auf, um im Kraftstoff enthaltene Wassertöpfchen zu größeren Tropfen zusammenzuführen. Das Koaleszermedium ist zur Längsachse des Wasserabscheiders vorzugsweise ringförmig angeordnet und kann in radialer Richtung am Stützelement anliegen bzw. an diesem abgestützt sein.
-
Der Wasserabscheider kann als Kombinationsabscheider ausgeführt sein und ein Filtermedium zum Herausfiltern von in dem Kraftstoff/Öl enthaltenen Partikeln aufweisen. Das Filtermedium ist dabei vorzugsweise zur Längsachse des Wasserabscheiders ringförmig angeordnet und am Stützelement bzw. Mittelrohr in radialer Richtung abgestützt. Dadurch kann ein Kollabieren des Filtermediums bei den im Betrieb auftretenden Betriebsdruck des Kraftstoffs zuverlässig verhindert werden. Das Filtermedium ist vorzugsweise mit den beiden Endscheiben verklebt oder fluiddicht im Material der beiden Endscheiben eingebettet gehalten angeordnet, um eine unerwünschten Bypassstrom des Kraftstoffs/Öls zu unterbinden. Die beiden Endscheiben des Filterelements können bei dieser Bauart auch durch das Filtermedium relativ zueinander abstandsinvariant lagefixiert sein, um dadurch das Siebrohr zwischen den beiden Endscheiben im axialen Presssitz zu halten. Vorteilhaft ist das Filtermedium als ein sternförmig gefalteter Balg ausgeführt.
-
Der Wasserabscheider kann vorteilhaft eine dem Endabscheidesieb fluidisch vorgeschaltete beruhigte Strömungszone in Form eines Wasserabscheidespalts aufweisen. Dieser Wasserabscheidespalt ist somit zwischen dem Endabscheidesieb und dem Stützelement/Mittelrohr angeordnet und bevorzugt durch diese beiden Bauteile in radialer Richtung direkt begrenzt. Der Wasserabscheidespalt ist in dabei zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet und mit einem Wasserauslass einer der beiden Endscheiben fluidisch verbunden.
-
Zumindest eine der beiden Endscheiben des Wasserabscheiders kann mit einem Radialdichtungselement zum fluiddichten Anschluss des Wasserabscheiders an einen Auslassstutzen für den Kraftstoff/das Öl eines Abscheidergehäuses eines Wasserabscheidesystems versehen sein. Die jeweils andere Endscheibe kann ein weiteres Radialdichtungselement aufweisen, um einen Dichtsitz dieser Endscheibe am Abscheidergehäuse zu gewährleisten. Die genannten Radialdichtelemente sind im einfachsten Fall jeweils als O-Ringe ausgeführt.
-
Das erfindungsgemäße Wasserabscheidesystem umfassend ein Abscheidergehäuse mit einem Kraftstoffeinlass und einem Kraftstoffauslass sowie einen vorstehend erläuterten Wasserabscheider, der vorzugsweise austauschbar, im Abscheidergehäuse angeordnet ist.
-
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist nicht zuletzt aufgrund der reduzierten Anzahl der erforderlichen Montageschritte einfach, kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand durchführbar.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
In der Zeichnung zeigen:
-
1 einen Wasserabscheider mit zwei Endscheiben und mit einem rohrförmigen Endabscheidesieb, das zwischen den beiden Endscheiben in axialer Richtung eingespannt gehalten angeordnet ist, im Längsschnitt;
-
2 ein Wasserabscheidesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Abscheidergehäuse und mit einem darin angeordneten Wasserabscheider gemäß 1, im Längsschnitt; und
-
3 ein Blockschaltbild mit einzelnen Verfahrensschritten zum Herstellen des in 1 gezeigten Wasserabscheiders.
-
Ausführungsformen) der Erfindung
-
1 zeigt einen Wasserabscheider 10 zum Abscheiden von in (Diesel-)Kraftstoff, oder Öl enthaltenem Wasser. Der Wasserabscheider 10 weist eine obere erste Endscheibe 12 und eine untere zweite Endscheibe 14 auf, die in Richtung der Längsachse 16 des Wasserabscheiders 10 voneinander beabstandet angeordnet sind. Zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 ist ein längsaxiales Stützelement 18, hier ein gitterförmiges Mittelrohr, angeordnet, an dem die beiden Endscheiben 12, 14 jeweils befestigt sind. Das Mittelrohr 18 und die beiden Endscheiben 12, 14 können beispielsweise aus einem Thermoplast bestehen und insbesondere miteinander verklebt oder miteinander verschweißt sein. Das Stützelement bzw. Mittelrohr 18 und die beiden Endscheiben 12, 14 bilden eine Art Tragskelett des Wasserabscheiders 10.
-
Der Wasserabscheider 10 ist vorliegend als Kombinationsabscheider ausgeführt und weist ein Filtermedium 20 zum Abscheiden von im Kraftstoff enthaltenen Partikeln sowie ein Koaleszermedium 22, einen Wasserabscheidespalt 24 und ein rohrförmiges Endabscheidesieb 26 zum Abscheiden des im Kraftstoff/Öl enthaltenen Wassers auf.
-
Das Filtermedium 20, das Koaleszermedium 22 und das Endabscheidesieb 26 sind zur Längsachse 16 des Wasserabscheiders 10 in radialer Richtung von außen nach innen vom Kraftstoff durchströmbar. Das Koaleszermedium 22 und das Filtermedium 20 sind zur Längsachse des Wasserabscheiders jeweils ringförmig angeordnet und in radialer Richtung innenseitig am Stützelement 18 abgestützt, so dass diese unter dem Betriebsdruck des Kraftstoffs/Öls nicht kollabieren. Das Filtermedium 20 kann als ein sternförmig gefalteter Balg ausgebildet sein und aus Dichtheitsgründen beidenends, d. h. an beiden Enden, in den Endscheiben 12, 14 eingebettet gehalten sein. Es versteht sich, dass das Koaleszermedium 22 und/oder das Filtermedium 20 ein- oder mehrlagig ausgeführt sein können.
-
Der Wasserabscheidespalt 24 ist zwischen dem Stützelement 18 und dem Endabscheidesieb 26 angeordnet und fungiert als eine beruhigte Strömungszone für den Kraftstoff bzw. das Öl, in der sich im Kraftstoff/Öl enthaltene Wassertropfen der Schwerkraft folgend nach unten in Richtung der unteren zweiten Endscheibe 14 absetzen können. Der Wasserabscheidespalt 24 ist mit einem Wasserauslass 28 der zweiten Endscheibe 14 fluidisch verbunden.
-
Das Endabscheidesieb 26 ist zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 in axialer Richtung eingespannt gehalten angeordnet. Mit anderen Worten ist das Endabscheidesieb 26 zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 im axialen Preßsitz gehalten angeordnet. Das Endabscheidesieb 26 liegt an beiden Endscheiben 12, 14 in axialer Richtung dichtend an. Zur Lagefixierung des Endabscheidesiebs an den beiden Endscheiben in radialer Richtung sind an den Endscheiben jeweils Axialfortsätze 30 angeformt, die sich von den Endscheiben 12, 14 axial in Richtung auf die jeweils andere Endscheibe 12, 14 weg erstrecken. Die Axialfortsätze 30 und das Endabscheidesieb 26 greifen in axialer Richtung ineinander. Im vorliegenden Fall erstrecken sich die Axialfortsätze 30 (abschnittsweise) in das rohrförmige Endabscheidesieb 26 hinein.
-
Das Endabscheidesieb 26 ist beidenends offen ausgeführt und weist eine in der Zeichnung nicht näher bezeichnete Maschenweite von ungefähr 20 μm. Quer- und Längsstreben 32, 34 dienen einer Aussteifung des Endabscheidesiebs. Das Endabscheidesieb ist innenseitig mit einem Kraftstoffauslass 36 der oberen ersten Endscheibe 12 fluidisch verbunden. Ein erstes Radialdichtungselement 38 dient einer fluiddichten Anlage eines in den Kraftstoffauslass 36 einzuführenden Kraftstoffauslassstutzens eines Abscheidergehäuses. Die untere zweite Endscheibe 14 ist mit einem zweiten Radialdichtungselement 38 versehen, um eine fluiddichte Anlage dieser Endscheibe 14 an einem Abscheidergehäuse zu ermöglichen.
-
2 zeigt ein Wasserabscheidesystem 40 mit einem zweiteilig ausgeführten öffenbaren Abscheidergehäuse 42, das einen Zulauf 44 und einen Ablauf 46 für den Kraftstoff bzw. das Öl aufweist. In dem Abscheidergehäuse 42 ist ein vorstehend erläuterter Wasserabscheider 10 in seiner Einbauposition angeordnet. Der Wasserabscheider 10 liegt über das erste Radialdichtungselement 38 seiner oberen Endscheibe 12 an einem gehäuseseitigen Kraftstoffauslassstutzen an, der in nicht näher gezeigter Weise mit dem Ablauf 46 des Abscheidergehäuses 42 fluidisch verbunden ist. Die untere zweite Endscheibe 14 des Wasserabscheiders 10 liegt umfangsseitig über das zweite Radialdichtungselement 38 innenseitig am Abscheidergehäuse 42 dichtend an. Dadurch ist eine mit 48 bezeichnete Rohseite des Wasserabscheidesystems 40 mit verunreinigtem Kraftstoff/Öl gegenüber einer dem Filtermedium 20 des Wasserabscheiders 10 fluidisch nachgeschaltet angeordneten Reinseite 50 des Wasserabscheidesystems 40 abgedichtet. Unterhalb des Wasserabscheiders 10 ist ein Wassersammelraum 52 angeordnet, der beispielhaft durch das Abscheidergehäuse gebildet ist. Es versteht sich, dass der Wassersammelraum eine Wasserablasseinrichtung aufweisen kann, um das darin enthaltene Wasser zumindest periodisch entfernen zu können.
-
Das Herstellungsverfahren 100 des Wasserabscheiders 10 wird nachstehend unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 erläutert. In einem ersten Schritt 102 werden die beiden Endscheiben 12, 14, das Mittelrohr 18 und das rohrförmige Endabscheidesieb 26 bereitgestellt. In einem nachfolgenden Schritt 104 werden das Endabscheidesieb 26 und das Stützelement bzw. Mittelrohr 18 zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 angeordnet. In einem weiteren Schritt 106 werden die beiden Endscheiben 12, 14 in axialer Richtung gegeneinander verspannt und so das Endabscheidesieb 26 zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 in axialer Richtung eingespannt (geklemmt). In einem weiteren Schritt 108 wird allein das Stützelement 18, d. h. nicht das Endabscheidesieb 26, an den beiden Endscheiben 12, 14 befestigt, insbesondere mit diesen verschweißt oder verklebt. Das Endabscheidesieb 26 ist dadurch dauerhaft zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 im axialen Presssitz lagefixiert gehalten angeordnet. Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 wird/werden in Schritt 104 zusätzlich ein Filtermedium 20 und/oder ein Koaleszermedium 22 zwischen den beiden Endscheiben 12, 14 angeordnet. In diesem Fall kann/können in Schritt 108 zur abstandsinvarianten Lagefixierung der beiden Endscheiben relativ zueinander zusätzlich oder alternativ zum Stützelement 18 das Filtermedium 20 bzw. das Koaleszermedium 22 mit den beiden Endscheiben 12, 14 verklebt und/oder verschweißt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2012/0318728 A1 [0004]
