DE102015014728A1

DE102015014728A1 - Filterelement und System zum Filtern eines Fluids

Info

Publication number: DE102015014728A1
Application number: DE102015014728.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Veit; Andreas Wildermuth; Armando Labarta; Pamela Gohl; Sebastian Neubauer; Martin Klein
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2017-05-18
Also published as: DE112016005259A5; WO2017084798A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, umfassend ein gefaltetes Filtermedium (20), welches äußere Faltkanten (22) und den äußeren Faltkanten (22) am Filtermedium (20) gegenüberliegende innere Faltkanten (24) umfasst. Die Faltkanten (22, 24) verlaufen entlang einer Längsachse (L) des Filterelements (10). Weiter umfasst das Filterelement (10) wenigstens einen ersten Stützkörper (12) und einen zweiten Stützkörper (14), wobei der erste Stützkörper (12) den inneren Faltkanten (24) zugewandt ist und eine Einhüllende (25) der inneren Faltkanten (24) bildet, und wobei eine Einhüllende (23) der äußeren Faltkanten (22) und der zweite Stützkörper (14) wenigstens abschnittsweise eine äußere Mantelfläche (16) des Filterelements bilden. Dabei ist zwischen den inneren Faltkanten (24) und dem ersten Stützkörper (12) wenigstens ein Koaleszenzmedium (30) zur Abscheidung einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit angeordnet. Weiter ist zwischen dem ersten Stützkörper (12) und dem zweiten Stützkörper (14) wenigstens ein Siebmedium (32) angeordnet. Die Erfindung betrifft ferner ein System mit einem auswechselbaren Filterelement (100) sowie ein Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere ein Dieselkraftstoffversorgungssystem, mit einem solchen Filterelement (10).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtern eines Fluids sowie ein System zum Filtern eines Fluids mit einem Filterelement, und ein Kraftstoffversorgungssystem insbesondere ein Dieselkraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Filterelement.
Stand der Technik
Im Kraftfahrzeugbereich werden häufig flüssige Betriebsmittel verwendet, wie beispielsweise Kraftstoffe wie Benzin oder Diesel, Schmierstoffe wie Öl oder auch Harnstofflösungen, welche von Verunreinigungen befreit werden müssen. Dazu dienen meist Filterelemente, die in ein Filtergehäuse oder eine Filteraufnahme eingesetzt werden. Die Filterelemente selbst umfassen dabei ein meist flächiges und gefaltetes Filtermedium, welches zwischen Endscheiben oder Endkappen vorgesehen ist und radial durchströmt wird. Bekannt sind insbesondere zylinderförmige Gehäuse und Filterelementgeometrien. Meist sind aufgrund der Einbausituationen geometrische Vorgaben an das jeweilige Filterelement, die Filteraufnahme und an Zu- und Ableitungen für Rein- und Rohfluid gegeben. Wünschenswert ist es, auf kleinem Bauraum eine möglichst große Filterfläche einzusetzen.
Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2009 000 969 U1 ist ein Filterelement mit einem ringförmig geschlossenen gefalteten Filtermedium bekannt, dessen Stirnseiten dicht mit Endscheiben verbunden sind. Die Faltenhöhe zwischen benachbarten Falten nimmt über mehrere Falten hinweg zu bzw. ab. Hierdurch ist das Filterelement in Bauräume mit speziellen Geometrien integrierbar.
In der WO 2007/081425 A1 sind Filterelemente mit gefaltetem Filtermedium beschrieben, wobei sich die Falten entlang einer Längsachse und einer quer hierzu verlaufenden Querachse zwischen ersten und zweiten Faltenspitzen erstrecken. Die Faltentiefe variiert entlang einer normal zu den Faltenebenen verlaufenden Achse.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement zum Filtern eines Fluids zu schaffen, das ein Abscheiden einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit erlaubt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System mit einem Filterelement sowie ein Kraftstoffversorgungssystem zu schaffen, dass ein Abscheiden einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit erlaubt.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung bei einem Filterelement zum Filtern eines Fluids gelöst, welches ein gefaltetes Filtermedium umfasst, und bei welchem zwischen inneren Faltkanten und einem ersten Stützkörper wenigstens ein Koaleszenzmedium zur Abscheidung einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit angeordnet ist und bei welchem zwischen dem ersten Stützkörper und einem zweiten Stützkörper wenigstens ein Siebmedium angeordnet ist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Filterelement zum Filtern eines Fluids vorgeschlagen, umfassend ein gefaltetes Filtermedium, welches äußere Faltkanten und den äußeren Faltkanten am Filtermedium gegenüberliegende innere Faltkanten umfasst. Die Faltkanten verlaufen entlang einer Längsachse des Filterelements. Weiter umfasst das Filterelement wenigstens einen ersten Stützkörper und einen zweiten Stützkörper, wobei der erste Stützkörper den inneren Faltkanten zugewandt ist und eine Einhüllende der inneren Faltkanten bildet, und wobei eine Einhüllende der äußeren Faltkanten und der zweite Stützkörper wenigstens abschnittsweise eine äußere Mantelfläche des Filterelements bilden. Dabei ist zwischen den inneren Faltkanten und dem ersten Stützkörper wenigstens ein Koaleszenzmedium zur Abscheidung einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit angeordnet. Weiter ist zwischen dem ersten Stützkörper und dem zweiten Stützkörper wenigstens ein Siebmedium angeordnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Filterelement kann gegenüber dem Stand der Technik mehr Filterfläche in einen vorliegenden Bauraum untergebracht werden. Zudem können mittels der Faltenanordnung auf vorteilhafte Weise eine oder mehrere Lagen eines Koaleszenzmediums angebracht werden. Eine solche Anordnung kann bei dem beschriebenen Filterelement relativ kostengünstig mit wenig einzelnen Bauteilen erreicht werden. Dadurch kann, insbesondere mit einem nachgeschalteten gewebeartigen Siebmedium, eine Trennung einer emulgierten Flüssigkeit von dem zu filternden Fluid durchgeführt werden. Das Koaleszenzmedium dient dazu, Flüssigkeitströpfchen einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit, zu koagulieren, also die Tropfengröße zu erhöhen, so dass die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser in Dieselkraftstoff, aus dem Fluid abgeschieden werden kann und auf Grund der Schwerkraft abfließen kann. Ein nachgeschaltetes Siebmedium dient dazu, das Fluid, also beispielsweise den Dieselkraftstoff, durchzulassen, jedoch die Wassertropfen zurückzuhalten, damit die Wassertropfen vor oder an dem Siebgewebe abgeschieden werden können. Vorteilhaft kann so beispielsweise Wasser aus Dieselbrennstoff abgeschieden werden. Das vorliegende Design begünstigt eine Diesel-Wassertrennung durch einen relativen langen Fluidweg zwischen Koaleszenzmedium und Siebmedium, so dass das abgeschiedene Wasser vor dem Siebmedium abfließen kann. Bei dem beschriebenen Filterelement ist der Verbau einer großen Fläche an Koaleszenzmedium möglich.
Dem ersten Stützkörper kommt die Funktion zu, die Falten des Filtermediums gegen den Druck des zu filternden Fluids abzustützen und vor einem Kollabieren zu schützen. Vorzugsweise liegen die inneren Faltkanten an dem ersten Stützkörper an. Hierzu sind die Einhüllende der inneren Faltkanten und die Kontur des ersten Stützkörpers aneinander angepasst, sodass sich die Einhüllende der inneren Faltkanten und der erste Stützkörper aneinander schmiegen.
Durch die Anordnung des Stützkörpers und des gefalteten oder plissierten Filtermediums in der vorgeschlagenen Weise kann bei einer vorgegebenen Grundfläche des Filterelementes eine besonders effiziente und damit vergrößerte Filterfläche erzielt werden. Das Filterelement kann dabei einen einzelnen Faltenbalg aus gefaltetem Filtermedium umfassen. Dadurch, dass eine äußere Mantelfläche, also eine Fläche, die nach außen hin das beispielsweise zylinderförmige, insbesondere kreiszylinderförmige, Filterelement begrenzt, sowohl von äußeren Faltkanten als auch von dem zweiten Stützkörper direkt begrenzt wird, ist eine günstige Verteilung des Filtermediums auf dem vorliegenden Volumen möglich.
In Ausführungsformen bilden die Einhüllende der äußeren Faltkanten und der zweite Stützkörper die äußere Mantelfläche des Filterelements. Die Grundfläche des Filterelements kann dabei beispielsweise von den Faltprofilen gebildet sein.
In weiteren Ausführungsformen des Filterelementes kann das gefaltete Filtermedium in der Art eines Endlosfaltenbalgs ausgeführt sein und einen Umlauffaltabschnitt umfassen. Der Umlauffaltabschnitt umläuft insbesondere zusammen mit den inneren Faltkanten den ersten und zweiten Stützkörper. Die Stützkörper können somit in das Filterelement eingeführt sein. Dabei bildet zum Beispiel die Einhüllende der äußeren Faltkanten zusammen mit dem Umlaufabschnitt, der sich an den zweiten Stützkörper anschmiegt, die äußere Mantelfläche des Filterelementes. Die äußere Mantelfläche kann insbesondere ein Zylindermantel beispielsweise eines Kreiszylinders sein, sodass man von einem Rundfilterelement sprechen kann. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik üblichen Rundfilterelementen ist das gefaltete Filtermedium jedoch nicht als sternförmiger Filterbalg ausgeführt, sondern als Filtermediumkörper mit paralleler Faltenstellung.
Der erste und/oder zweite Stützkörper kann vorteilhaft einstückig aus einem Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren. Alternativ können die Stützkörper auch aus Metall, wie beispielsweise Aluminiumdruckguss gefertigt sein.
Das Filtermedium kann beispielsweise Zellulose, ein synthetisches Vliesmaterial oder ein Zellulose-Synthetik-Mischgewebe aufweisen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Siebmedium wenigstens ein Stützelement aufweisen. Da das Siebmedium beispielsweise aus einem Gewebe gebildet ist, weist es keine intrinsische Struktursteifigkeit auf. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn das Siebmedium auf eine Trägerstruktur, beispielsweise ein Stützgitter, aufgebracht ist, sodass das Siebmedium dauerhaft in Form bleibt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Koaleszenzmedium über an dem ersten Stützkörper angeordnete Abstandselemente und/oder mittelbar oder unmittelbar über an dem zweiten Stützkörper angeordnete Abstandselemente abgestützt werden. Die Abstandselemente und Stützelemente können dabei rippenförmig ausgestaltet sein und/oder auch abstehende Teile sein. Auf diese Weise ist es möglich, das Koaleszenzmedium gegen den Fluiddruck abzustützen. Insbesondere ein durch ein Stützgitter versteiftes Siebmedium, das in seiner Kontur dem ersten Stützkörper angepasst und benachbart zu diesem angeordnet ist, kann durch Abstandselemente in einem definierten Abstand zu dem ersten Stützkörper gehalten werden. Diese Abstandselemente können zusätzlich zum Abstützen des Koaleszenzmediums dienen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Siebmedium einer Kontur des ersten Stützkörpers angepasst folgend oder rohrförmig ausgebildet parallel einer Längsachse des Filterelements angeordnet sein. Da der erste Stützkörper vorteilhaft einer Einhüllenden der inneren Faltkanten des Filtermediums angepasst ausgebildet ist, kann so das Siebmedium auch dieser Einhüllenden angepasst ausgebildet sein. Auf diese Weise wird das Siebmedium flächig von dem zu filternden Fluid von einer Seite des Siebmediums zur anderen Seite durchströmt.
Alternativ ist jedoch auch möglich, dass das Siebmedium rohrförmig in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist, das von einer radialen Außenseite des Siebmediums von dem zu filternden Fluid ins Innere des Hohlzylinders durchströmt werden kann. Auf diese Weise kann das gefilterte Fluid in dem im Inneren des Siebmediums gebildeten Reinfluidbereich zu dem Auslass des Filterelements strömen. Das Siebmedium kann auch in dieser Ausführung durch an dem ersten Stützkörper und/oder an dem zweiten Stützkörper angeordnete Abstandselemente in einer stabilen Position gehalten werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein zwischen dem ersten Stützkörper und dem Siebmedium gebildeter Hohlraum zum Austrag der abgeschiedenen Flüssigkeit vorgesehen sein. Die koagulierten Tropfen der in dem zu filternden Fluid emulgierten Flüssigkeit können vor oder bei Erreichen des Siebmediums sich zu so großen Tropfen oder Flüssigkeitsbereichen zusammenfinden, dass sie auf Grund der Schwerkraft absinken können und so aus dem Fluid ausgeschieden werden können. So kann die Flüssigkeit vorteilhaft in dem Raum zwischen Koaleszenzmedium und Siebmedium abgeschieden und ausgetragen werden. Dies ist insbesondere günstig möglich, wenn ein vorgesehener Hohlraum genügend Raum dazu bietet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Siebmedium ein hydrophobes Medium umfassen. Da das Filterelement insbesondere zum Austrag von in Dieselkraftstoff emulgiertem Wasser vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, wenn ein hydrophobes Medium als Siebmedium eingesetzt wird, da das Siebmedium dazu dient, den Dieselkraftstoff durchzulassen, jedoch die koagulierte Wassertropfen zurückzuhalten. Dies geschieht umso günstiger, wenn das Siebmedium ein hydrophobes Gewebe umfasst oder beispielsweise hydrophob beschichtet ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann an Stirnkanten des Filtermediums eine erste Endscheibe mit einem Auslass für die separierte Flüssigkeit und eine zweite Endscheibe mit einem Auslass für das gefilterte Fluid angeordnet sein. Der Auslass für die Flüssigkeit kann sich quer über die zweite Endscheibe erstrecken. Der Auslass für die Flüssigkeit kann an die Form der Stirnkante des ersten Stützkörpers angepasst sein. Es ist bei dem erfindungsgemäßen Filterelement vorgesehen, dass das zu filternde Fluid von der Seite der äußeren Faltkanten in das Filtermedium eintritt und das Filtermedium in Richtung der inneren Faltkanten wieder verlässt. Zweckmäßigerweise sind die Stirnkanten des Filtermediums deshalb mit einer ersten Endscheibe und einer zweiten Endscheibe fluiddicht abgedichtet. Die Endscheibe kann auf die Faltprofile aufgebracht sein und die Faltgeometrie so stabilisieren. In Strömungsrichtung ist nach dem Filtermedium das Koaleszenzmedium angeordnet, in dem die Flüssigkeitstropfen koagulieren. Danach kommt der Hohlraum, in dem die Flüssigkeitstropfen auf Grund der Schwerkraft ausgetragen werden. Dazu ist zweckmäßigerweise in der unten liegenden, beispielsweise der ersten Endscheibe ein Auslass für die Flüssigkeit vorhanden, welcher kommunikativ mit dem Hohlraum verbunden ist, während in der oben liegenden, beispielsweise der zweiten Endscheibe ein Auslass für das gefilterte Fluid angeordnet ist, welcher mit dem Raum zwischen Siebmedium und dem zweiten Stützkörper verbunden ist und aus dem das Fluid nach Durchtritt durch das Siebmedium aus dem Filterelement abfließen kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann am Auslass für die abgeschiedene Flüssigkeit eine Aufnahme für den ersten Stützkörper angeordnet sein. Der Auslass für die Flüssigkeit, der in der ersten Endscheibe angeordnet ist, kann so eine Aufnahme aufweisen, mit Hilfe derer der erste Stützkörper mit der ersten Endscheibe verbunden werden kann, beispielsweise eingesteckt, verklebt oder verschweißt, so dass eine stabile Struktur aus Endscheibe und erstem Stützkörper entsteht, die auch gegen den Fluiddruck des zu filternden Fluids den ersten Stützkörper in seiner Position hält, wobei Endscheibe und erster Stützkörper fluiddicht miteinander verbunden sind.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung können die jeweils zwischen einer inneren Faltkante und einer äußeren Faltkante verlaufenden Faltenabschnitte parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Das Filtermedium ist hierbei derart gefaltet, dass die sich zwischen einer inneren Faltkante und einer äußeren Faltkante erstreckenden Faltabschnitte parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Hierbei liegen die Faltabschnitte in zueinander parallelen Ebenen, deren Flächennormalen senkrecht zu der Längsachse des Filterelements ausgerichtet sind.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung können die inneren Faltkanten und der zweite Stützkörper wenigstens teilweise einen Reinfluidbereich bilden. Der Reinfluidbereich kann dabei wenigstens teilweise innerhalb einer von den inneren Faltkanten gebildeten Einhüllenden liegen. Durch den Reinfluidbereich kann gefiltertes Fluid, wie beispielsweise ein Betriebsmittel für ein Kraftfahrzeug, insbesondere axial ausströmen. Der Reinfluidbereich ist zum Beispiel zwischen dem ersten Stützkörper und dem zweiten Stützkörper vorgesehen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei bestimmungsgemäßem Einsatz eine Strömungsrichtung von zu filterndem Fluid von den äußeren Faltkanten zu dem zweiten Stützkörper verlaufen. So erfolgt bei dem Filterelement eine Durchströmung nicht radial, sondern wenigstens teilweise quer zu dem Filterelementquerschnitt, nämlich von den äußeren Faltkanten hin zu den inneren Faltkanten und weiter in den Reinfluidbereich hinein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die äußere Mantelfläche einen Zylindermantel, insbesondere einen Kreiszylindermantel, bilden. Es sind jedoch auch äußere Mantelflächen mit einer ovalen, eckigen oder anders geformten Grundfläche denkbar.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Reinfluidbereich exzentrisch zu der Längsachse des Filterelements angeordnet sein. In Ausführungsformen, bei denen das Filterelement ein Rundfilterelement in der Art eines Kreiszylindermantels beschreibt, liegt der Reinfluidbereich insbesondere außerhalb eines Bereichs der Symmetrieachse.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung können zwischen den äußeren Faltkanten und den inneren Faltkanten Faltenabschnitte mit variabler Faltenhöhe gebildet sein. Eine variable Faltenhöhe ermöglicht eine besonders günstige Raumausnutzung innerhalb des Volumens des Filterelements, also innerhalb der Mantelfläche.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der zweite Stützkörper fluiddicht sein oder Fluiddurchlässe aufweisen. Bei einer fluiddichten Ausgestaltung kann der zweite Stützkörper eine äußere Mantelfläche des Filterelementes bilden. Es ist auch denkbar, dass der zweite Stützkörper Fluiddurchlässe umfasst, durch welche das gefilterte Fluid beispielsweise zielgerichtet austreten kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung können Endfalten des gefalteten Filtermediums fluiddicht an dem ersten Stützkörper und an dem zweiten Stützkörper angeordnet sein. Insbesondere können die Endfalten fluiddicht an den Stützkörpern befestigt sein. Dabei ist eine Befestigung beispielsweise durch Verkleben der Endfalten, Verschweißen oder Anschäumen einer Dichtmasse denkbar.
In Ausführungsformen umfasst das Filterelement ausschließlich einen von dem gefalteten Filtermedium gebildeten zusammenhängenden Faltenbalg. Gegenüber anderen Filterelementen hat die Ausführung mit nur einem Faltenbalg den Vorteil, dass die Filterfläche erhöht ist. Es erfolgt beispielsweise eine besonders günstige Raumausnutzung innerhalb der Mantelfläche des Filterelementes.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Filtern eines Fluids mit einem Filterelement vorgeschlagen, welches eine Filterelementaufnahme zum Halten des Filterelements umfasst. Das Filterelement ist insbesondere wie vorbeschrieben ausgestaltet. Dabei kann beispielsweise ein Reinfluid-Auslass des Filterelements als Anschlussstutzen außerhalb des Schwerpunktes einer Querschnittsfläche des Filterelements vorgesehen sein. Aufgrund der Anordnung von gefaltetem Filtermedium und dem zweiten Stützkörper nebeneinander kann ein vorgegebener Bauraum günstig ausgenutzt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere ein Dieselkraftstoffversorgungssystem, mit einem Filterelement vorgeschlagen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Filterelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht des Filterelements gemäß 1;
3 einen Längsschnitt durch das Filterelement gemäß 1;
4 eine perspektivische Darstellung des Filterelements gemäß 1 von einer Oberseite;
5 eine perspektivische Darstellung des Filterelements gemäß 1 von einer Unterseite;
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Filterelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine Querschnittsansicht des Filterelements gemäß 6;
8 einen Längsschnitt durch das Filterelement gemäß 6;
9 eine perspektivische Darstellung des ersten Stützkörpers des Filterelements gemäß 6;
10 eine Draufsicht auf die erste Endscheibe des Filterelements gemäß 6; und
11 eine perspektivische Darstellung des rohrförmigen Siebgewebes des Filterelements gemäß 6.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Die Erfindung ist anhand eines Dieselkraftstofffilters dargestellt, kann jedoch auch für andere Filtersysteme mit entsprechender Anpassung der Konstruktion vorgesehen sein.
1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Filterelements 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 2 eine Querschnittsansicht und in 3 ein Längsschnitt des Filterelements gemäß 1 dargestellt sind.
Die Ausführungsform des Filterelements 10 umfasst dabei ein gefaltetes Filtermedium 20, welches aus einem flachen Material zickzackförmig gefaltet ist. Das Material kann zum Beispiel ein synthetisches Vliesmaterial, Papier, Gelege oder Gewebe umfassen. Flache Filtermedien, die sich zum Ausbilden von plissierten Medien eignen, sind grundsätzlich bekannt. Es können je nach Bedarf ein- oder mehrlagige Medien eingesetzt werden.
Man erkennt in der Orientierung der 1 von oben die Faltprofile 72. In der 2 sieht man, dass die Faltungen unterschiedliche Faltenhöhen 21 haben. Das heißt, der Abstand zwischen gegenüber liegenden Faltkanten 22, 24, welcher einen Faltabschnitt bildet, ändert sich im Verlauf der Faltungen. Das Filtermedium 20 bildet eine Art Faltenbalg aus, wobei die Faltabschnitte im Wesentlichen eng beieinander verlaufen, aber dennoch das Fluid zwischen den Faltabschnitten strömen kann. Die Faltabschnitte verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander, d. h. die Faltabschnitte verlaufen in parallelen Ebenen. In der Darstellung erkennt man äußere Faltkanten 22 und innere Faltkanten 24, wobei lediglich beispielhaft einige mit Bezugszeichen benannt sind. Äußere Faltkanten 22 weisen nach außen, und innere Faltkanten 24 in einen Innenraum des Filterelements 10.
Es ist ferner in der 1 eine Einhüllende 23 der äußeren Faltkanten 22 angedeutet sowie eine Einhüllende 25 der inneren Faltkanten 24. Den inneren Faltkanten 24 gegenüber ist ein erster Stützkörper 12 angeordnet, welcher die Form der Einhüllenden 25 der inneren Faltkanten nachbildet. Zwischen der Einhüllenden 25 der inneren Faltkanten 24 und dem ersten Stützkörper 12 sind zwei Koaleszenzmedien 30, 31 angeordnet, welche sich beim Zusammenbau des Filterelements 10 der Form der Einhüllenden 25 anschmiegen, da die Koaleszenzmedien 30, 31 flexibel ausgeführt sind oder der Form der Einhüllenden 25, bzw. des ersten Stützkörpers 12 angepasst sind. Bei einer angedeuteten Strömungsrichtung 52 wirkt der erste Stützkörper 12 einer Verformung der Faltungen des Filtermediums 20 entgegen.
In Strömungsrichtung 52 folgend weist der erste Stützkörper 12 Abstandselemente 17 auf, welche ein nachfolgendes Siebmedium 32, welches der Kontur des ersten Stützkörpers 12 folgt und beispielsweise durch ein Trägergitter als Stützelement 19 versteift ist, in Form und auf Abstand hält. Das Siebmedium 32 liegt so lediglich über die Abstandselemente 17 an dem ersten Stützkörper 12 an. Von der Rückseite wird das Siebmedium 32 durch den zweiten Stützkörper 14, bzw. von an dem zweiten Stützkörper 14 angeordneten Abstandselementen 18 auf Abstand gehalten. Die Abstandselemente 17, 18 sind in Längsrichtung L voneinander beabstandet angeordnet. Die Abstandselemente 17 gewährleisten in zusammengebautem Zustand zwischen dem ersten Stützkörper 12 und dem Siebmedium 32 die Ausbildung eines Hohlraums 40, der zum Austrag von in den Koaleszenzmedien 30, 31 koagulierten Flüssigkeitstropfen einer in dem zu filternden Fluid emulgierten Flüssigkeit, also beispielsweise Wasser in Dieselkraftstoff, vorgesehen ist. Die abgeschiedene Flüssigkeit kann durch einen in der ersten Endscheibe 42 angeordneten Auslass 44 abfließen. Der Auslass 44 erstreckt sich quer über die erste Endscheibe 42 und ist an die Form der Stirnfläche des Stützkörpers 12 angepasst.
Die Abstandselemente 18 stellen die Ausbildung eines Hohlraums 50 zwischen dem Siebmedium 32 und dem zweiten Stützkörper 14 sicher, der von dem durch das Siebmedium 32 durchgetretenen, gefilterten Fluid gefüllt ist, welches durch den Auslass 48 in der zweiten Endscheibe 46 austreten kann. Das Siebmedium 32 kann dabei insbesondere ein hydrophobes Medium aufweisen, so dass koagulierte Wassertropfen am Durchtritt durch das Siebmedium 32 gehindert werden und in dem Hohlraum 40 davor abgeschieden werden können.
Der erste Stützkörper 12, an welchem die Koaleszenzmedien 30, 31 anliegen, stützt sich über die Abstandselemente 17, 18 an dem zweiten Stützkörper 14 ab.
Der erste Stützkörper 12 ist den inneren Faltkanten 24 zugewandt und bildet so eine Einhüllende 25 der inneren Faltkanten 24. Eine Einhüllende 23 der äußeren Faltkanten 22 und der zweite Stützkörper 14 bilden wenigstens abschnittsweise eine äußere Mantelfläche 16 des Filterelements 10. Die äußere Mantelfläche 16 bildet einen Zylindermantel, insbesondere wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, einen Kreiszylindermantel. Alternativ sind auch andere Querschnittsformen möglich. Der zweite Stützkörper 14 kann fluiddicht ausgeführt sein oder (nicht eingezeichnete) Fluiddurchlässe 54 zum gezielten Austrag des gefilterten Fluids aufweisen.
In der ersten Endscheibe 42 ist im Bereich des Auslasses 44 eine Aufnahme 64 zur Befestigung des ersten Stützkörpers 12 vorgesehen. Der Stützkörper 12 kann in die Aufnahme 64 eingesteckt werden.
Man erkennt insbesondere in der 2, dass die äußeren Faltkanten 22 zusammen mit dem zweiten Stützkörper 14 eine äußere Mantelfläche des Filterelementes 10 bilden. Die äußere Mantelfläche ist mit 16 bezeichnet und entspricht in der Ausführungsform der 1 einem Kreiszylindermantel. Beim Betrieb des Filterelementes 10 durchströmt verunreinigtes Fluid in Strömungsrichtung 52 das Filtermedium 20 und tritt entlang der Strömungsrichtung 52 in den Reinfluidbereich 50 ein. Die inneren Faltkanten 24 und der zweite Stützkörper 14 bilden wenigstens teilweise den Reinfluidbereich 50. Der Reinfluidbereich 50 ist exzentrisch zu einem Schwerpunkt der Querschnittsfläche der äußeren Mantelfläche 16 angeordnet. Von dort kann das gefilterte Fluid als gereinigtes Betriebsmittel im Kraftfahrzeug verwendet werden. Beispielsweise kann es sich um Öl oder Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, handeln. In dem Fluid emulgierte Flüssigkeit wird beim Durchtritt durch die Koaleszenzmedien 30, 31 koaguliert, d. h. Flüssigkeitströpfchen werden vergrößert, so dass die so entstandenen Flüssigkeitstropfen durch die Schwerkraft aus dem Fluid abgeschieden werden können und so in dem Hohlraum 40 nach unten fließen und das Filterelement durch den Auslass 44 in der ersten Endscheibe 42 verlassen.
Das Filterelement 10 eignet sich insbesondere als Diesel- oder Benzinfilterelement, aber auch andere Anwendungsszenarien sind möglich. Die bei bestimmungsgemäßem Einsatz vorliegende Strömungsrichtung 52 verläuft, wie in der 2 angedeutet ist, im Wesentlichen von den äußeren Faltkanten 22 hin zu den inneren Faltkanten 24 bzw. in Richtung zu dem ersten Stützkörper 12 und weiter zum zweiten Stützkörper 14. Das gefaltete Filtermedium 20 weist Endfalten 34 auf, welche in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Stützkörper 12, 14 fluiddicht befestigt sind. In der Ausführungsform der 1 ist der zweite, äußere Stützkörper 14, welcher die Mantelfläche des Filterelements 10 zum Teil bildet, fluiddicht ausgeführt. Alternativ können auch (nicht dargestellte) Fluiddurchlässe 54 in der Mantelfläche angeordnet sein. In dem inneren ersten Stützkörper 12 sind ferner Öffnungen 70 vorgesehen, so dass das gereinigte Fluid möglichst unbehindert in den Reinfluidbereich 50 eindringen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform des Filterelements 10 strömt das zu reinigende Fluid, wie ein flüssiges Betriebsmittel, eher nicht radial, also in Richtung zur Symmetrieachse, durch das Filtermedium 20, sondern eher quer entlang der Strömungsrichtung 52 von dem Rohfluidbereich 51 in den Reinfluidbereich 50.
Ferner ist, wie in der 1 dargestellt ist, eine erste, untere, und eine zweite, obere, Endscheibe 42, 46 vorgesehen, welche jeweils auf die Stirnkanten 26, 28 der Faltprofile 72 aufgebracht sind. Die Endscheiben 42, 46 können aus einem Kunststoffmaterial bestehen, welches auf den Stirnkanten 26, 28 fluiddicht angebracht ist. Dies kann durch Kleben, Verschweißen oder andere Befestigungsmöglichkeiten erfolgen. Die Endscheiben 42, 46 stabilisieren die Faltungen und trennen einen Rohfluidbereich 51 von einem Reinfluidbereich 50. Die in der 1 gezeigte obere Endscheibe 46 hat einen Auslass 48 in Form eines Anschlussstutzens, welcher mit dem Reinfluidbereich 50 kommuniziert. Der Auslass 48 weist eine Dichtung 62 in Form eines O-Rings zum Abdichten beim Einsatz in einem System zum Filtern eines Fluids auf. Der Anschlussstutzen 48 ist dabei, wie auch der Reinfluidbereich 50, exzentrisch angeordnet. Eine Längsachse des Filterelementes ist in der 1 mit L bezeichnet.
In der Ausführungsform der 1, bzw. 2 und 3 sind die Endscheiben 42, 46 mit überstehenden Rändern 66, 68 versehen, so dass die äußeren Faltkanten 22 des Filtermediums 20 und der äußere zweite Stützkörper 14 umschlossen werden. Im unteren Rand 66 ist auf einer radialen Außenseite eine Dichtung 60 in Form eines O-Rings zum Abdichten beim Einsatz in einem System zum Filtern eines Fluids angeordnet. Die Dichtung 60 dichtet dabei den Rohfluidbereich 51 gegen einen Raum der abgeschiedenen Flüssigkeit ab. Die überstehenden Ränder 66, 68 der Endscheiben 42, 46 können auch entfallen, wenn die Stirnkanten 26, 28 mit den Endscheiben 42, 46 verschweißt sind.
Das dargestellte Filterelement 10 kann insbesondere in einem System zum Filtern eines Fluids, welches mit einer Filterelementaufnahme zum Halten des Filterelements 10 versehen ist, eingesetzt werden. Vorteilhaft kann das System ein Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere ein Dieselkraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs sein.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Filterelements 10 gemäß 1 von der Oberseite, während in 5 eine perspektivische Darstellung des Filterelements 10 gemäß 1 von der Unterseite zu sehen ist.
Das Filterelement 10 ist mit dem Filtermedium 20 und dem zweiten Stützkörper 14 in Kreiszylinderanordnung angeordnet. Die äußeren Faltkanten 22 bilden mit ihrer Einhüllenden 23 zusammen mit dem zweiten Stützkörper 14 die äußere Mantelfläche 16 eines Kreiszylindermantels, der an den Stirnseiten von einer ersten Endscheibe 42 und einer zweiten Endscheibe 46 fluiddicht abgeschlossen ist. Die überstehenden Ränder 66, 68 der beiden Endscheiben 42, 46 sind über das Filtermedium 20 sowie den zweiten Stützkörper 14 überstehend angeordnet. Der Rand 66 der ersten Endscheibe 42 weist die radiale O-Ring-Dichtung 60 auf. An der zweiten Endscheibe 46 ist exzentrisch zu einem Schwerpunkt der Querschnittsfläche der äußeren Mantelfläche 16 der Auslass 48 mit der radialen O-Ring-Dichtung 62 als Reinfluid-Auslass angeordnet. Die Strömungsrichtung 52 des zu filternden Fluids verläuft von dem Rohfluidbereich 51 auf die äußeren Faltkanten 22 zu ins Innere des Filterelements 10.
5 zeigt das Filterelement 10 von der Unterseite mit Sicht auf die erste Endscheibe 42. Über den Querschnitt der ersten Endscheibe 42 ist der Verlauf des Auslasses 44 zum Austrag der abgeschiedenen Flüssigkeit, also beispielsweise Wasser bei einem Dieselkraftstofffilter, zu erkennen. Der Auslass 44 ist geschwungen und erstreckt sich quer über die erste Endscheibe 42 und folgt der Form der Stirnfläche des Stützkörpers 12.
In den 6 bis 8 ist ein Filterelement 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 6 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Filterelements 10, 7 eine Querschnittsansicht und 8 einen Längsschnitt durch das Filterelement 10. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Filterelement 10 ist in der Ausführungsform in 6 das Siebmedium 32 rohrförmig in Gestalt eines Hohlzylinders ausgebildet, wobei das Siebmedium 32 durch eine Trägerstruktur in Form eines Gitters als Stützelement 19 versteift ist. Das Siebmedium 32 ist parallel zu der Längsachse L des Filterelements 10, jedoch außermittig angeordnet. Das Siebmedium 32 wird von dem zu filternden Fluid von einer radialen Außenseite ins Innere des Hohlzylinders durchströmt. Auf diese Weise kann das gefilterte Fluid in dem im Inneren des Siebmediums 32 gebildeten Reinfluidbereich 50 zu dem Auslass 48 des Filterelements 10 strömen. Das Siebmedium 32 wird durch an dem ersten Stützkörper 12 und an dem zweiten Stützkörper 14 angeordnete Abstandselemente 17, 18 in einer stabilen Position gehalten.
In der Querschnittsansicht in 7 ist die rohrförmige Gestalt des Siebmediums 32 zu erkennen, bei welchem das Siebmedium 32 selbst durch ein Stützelement 19 in Form einer Trägerstruktur versteift und in Form gehalten wird. Das Siebmedium 32 ist im Querschnitt des Filterelements 10 außermittig in dem zwischen dem ersten Stützkörper 12 und dem zweiten Stützkörper 14 gebildeten Hohlraum 40 angeordnet. Dazu ist der erste Stützkörper 12 über Abstandselemente 17 an dem zweiten Stützkörper 14 abgestützt. Die Koaleszenzmedien 30, 31 sind zwischen dem Filtermedium 20 und dem ersten Stützkörper 12 angeordnet und bilden in ihrer Form, ebenso wie die Einhüllende der inneren Faltkanten 24 des Filtermediums 20, die Kontur des ersten Stützkörpers 12 nach, so dass die Koaleszenzmedien 30, 31 sowie das Filtermedium 20 sich eng an den ersten Stützkörper 12 anlegen können. Die Strömungsrichtung 52 des zu filternden Fluids führt von einer Außenseite mit dem Rohfluidbereich 51 durch das Filtermedium 20, die Koaleszenzmedien 31, 30 in den Hohlraum 40, dann durch das Siebmedium 32 radial ins Innere des Siebmediums 32 in den Reinfluidbereich 50, von wo das gefilterte Fluid durch den Auslass 48 (6) ausfließen kann.
Im Längsschnitt durch das Filterelement 10 in 8 ist die rohrförmige Gestalt des Siebmediums 32 zu erkennen, welches an der zweiten Endscheibe 46 direkt an den Auslass 48 anschließt. So ist es zweckmäßig, wenn das Siebmedium 32 fluiddicht an der zweiten Endscheibe 46 angeordnet ist, damit der Reinfluidbereich 50 im Inneren des rohrförmigen Siebmediums in den Auslass 48 fluiddicht mündet. Das Siebmedium 32 kann zusätzlich durch Abstandselemente 17, 18 des ersten und zweiten Stützkörpers 12, 14 in einer stabilen Position gehalten werden.
9 zeigt eine perspektivische Darstellung des ersten Stützkörpers 12 des Filterelements gemäß 6. Zu erkennen ist die wellenförmige Gestalt des Stützkörpers 12 entlang der Längsrichtung L. Auf der bei Einbaulage in Richtung des zweiten Stützkörpers 14 (6) sind Abstandselemente 17 angeordnet, mittels derer der erste Stützkörper 12 an dem zweiten Stützkörper 14 abgestützt ist. Die Abstandselemente 17 weisen deshalb eine der zylindrischen Außenform des zweiten Stützkörpers 14 angepasste Länge auf.
In 10 ist eine Draufsicht auf die erste Endscheibe 42 des Filterelements 10 gemäß 6 dargestellt. Die kreisförmige Endscheibe 42 weist eine äußeren Rand 66 auf, der mit dem zweiten Stützkörper 14 als Außenmantel des Filterelements 10 sowie auf der gegenüber liegenden Seite (6) mit der Einhüllenden 23 des Filtermediums 20 abschließt. Im Inneren der Endscheibe 42 ist die der Form des ersten Stützkörpers 12 nachgebildete Aufnahme 64 des ersten Stützkörpers 12 zu erkennen. Der Bereich 44 zwischen der Aufnahme 64 und dem Rand 66 ist so als maximaler Auslass für die abgeschiedene Flüssigkeit zu verwenden.
11 zeigt eine perspektivische Darstellung des rohrförmigen Siebgewebes 32 des Filterelements 10 gemäß 6. Das Siebmedium 23 ist als Hohlzylinder ausgebildet und ist von einem Trägergitter als Stützelement 19 so versteift, dass das Siebmedium 32 eigenstabil ausgebildet ist und entsprechend in dem Filterelement 10 verbaut werden kann. Außerdem kann das Siebmedium 32 so günstig dem hydraulischen Druck des strömenden Fluids standhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009000969 U1 [0003]
WO 2007/081425 A1 [0004]

Claims

Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, umfassend ein gefaltetes Filtermedium (20), welches äußere Faltkanten (22) und den äußeren Faltkanten (22) am Filtermedium (20) gegenüberliegende innere Faltkanten (24) umfasst, wobei die Faltkanten (22, 24) entlang einer Längsachse (L) des Filterelements (10) verlaufen, sowie wenigstens einen ersten Stützkörper (12) und einen zweiten Stützkörper (14), wobei der erste Stützkörper (12) den inneren Faltkanten (24) zugewandt ist und eine Einhüllende (25) der inneren Faltkanten (24) bildet, und wobei eine Einhüllende (23) der äußeren Faltkanten (22) und der zweite Stützkörper (14) wenigstens abschnittsweise eine äußere Mantelfläche (16) des Filterelements bilden, wobei zwischen den inneren Faltkanten (24) und dem ersten Stützkörper (12) wenigstens ein Koaleszenzmedium (30) zur Abscheidung einer in dem Fluid emulgierten Flüssigkeit angeordnet ist und wobei zwischen dem ersten Stützkörper (12) und dem zweiten Stützkörper (14) wenigstens ein Siebmedium (32) angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das Siebmedium (32) wenigstens ein Stützelement (19) aufweist.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Koaleszenzmedium (30) über an dem ersten Stützkörper (12) angeordnete Abstandselemente (17) und/oder mittelbar oder unmittelbar über an dem zweiten Stützkörper (14) angeordnete Abstandselemente (18) abgestützt wird.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Siebmedium (32) einer Kontur dem ersten Stützkörper (12) angepasst folgend oder rohrförmig ausgebildet parallel einer Längsachse (L) des Filterelements angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zwischen dem ersten Stützkörper (12) und dem Siebmedium (32) gebildeter Hohlraum (40) zum Austrag der abgeschiedenen Flüssigkeit vorgesehen ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Siebmedium (32) ein hydrophobes Medium umfasst.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an Stirnkanten (26, 28) des Filtermediums (20) eine erste Endscheibe (42) mit einem Auslass (44) für die abgeschiedene Flüssigkeit und eine zweite Endscheibe (46) mit einem Auslass (48) für das gefilterte Fluid angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 7, wobei am Auslass (44) für die abgeschiedene Flüssigkeit eine Aufnahme (64) für den ersten Stützkörper (12) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweils zwischen einer inneren Faltkante (24) und einer äußeren Faltkante (22) verlaufenden Faltenabschnitte parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Faltkanten (24) und der zweite Stützkörper (14) wenigstens teilweise einen Reinfluidbereich (50) bilden.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei bestimmungsgemäßem Einsatz eine Strömungsrichtung (52) von zu filterndem Fluid von den äußeren Faltkanten (22) zu dem zweiten Stützkörper (14) verläuft.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die äußere Mantelfläche (16) einen Zylindermantel, insbesondere einen Kreiszylindermantel, bildet.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reinfluidbereich (50) exzentrisch zu der Längsachse (L) des Filterelements angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den äußeren Faltkanten (22) und den inneren Faltkanten (24) Faltenabschnitte mit variabler Faltenhöhe (21) gebildet sind.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Stützkörper (14) fluiddicht ist oder Fluiddurchlässe (54) aufweist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Endfalten (34) des gefalteten Filtermediums (20) fluiddicht an dem ersten Stützkörper (12) und an dem zweiten Stützkörper (14) angeordnet sind.
System zum Filtern eines Fluids mit einem Filterelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Filterelementaufnahme zum Halten des Filterelements (10).
Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere Dieselkraftstoffversorgungssystem, mit einem Filterelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.