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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserabscheider, insbesondere für Kraftstoffzuführsysteme von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer in einem Gehäuse ausgebildeten Abscheidekammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftstofffiltereinrichtung mit einem Koaleszer und einem solchen Wasserabscheider.
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Insbesondere für Dieselmotoren muss gerade bei schlechten Kraftstoffqualitäten, d.h. beispielsweise bei Kraftstoff mit einem hohen Wasseranteil, in der Filterstufe eine Wasserabscheidung vorgesehen werden, um insbesondere Korrosionsprozesse in der Brennkraftmaschine vermeiden zu können. Hierzu wird im Filterelement neben der eigentlichen Partikelfiltration auch ein Koaleszer vorgesehen, der den im Kraftstoff enthaltenen Wasseranteil koalesziert, so dass derartig koaleszierte Wassertröpfen an einem nachfolgenden hydrophoben Endabscheider abgeschieden werden können.
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Aus der
EP 2 399 019 B1 ist ein gattungsgemäßer Wasserabscheider, insbesondere für Kraftzuführsysteme von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer in einem Gehäuse ausgebildeten Abscheidekammer, einer darin angeordneten Abscheideeinrichtung und einem darunter angeordneten Wassersammelraum für aus dem Kraftstoff abgeschiedenes Wasser bekannt. Der Wasserabscheider weist darüber hinaus einen Zulauf sowie einen Ablauf für den Kraftstoff auf, wobei das Gehäuse im Wesentlichen als rohrförmiger Körper mit einer horizontalen Längsachse gestaltet ist, wobei die Abscheideeinrichtung ein horizontal in der Abscheidekammer liegendes Rohrelement mit radialen Öffnungen umfasst, durch die der Kraftstoff geführt wird. In Richtung der Längsachse erstreckt sich dabei eine Trennwand, die die Abscheidekammer von dem Wassersammelraum trennt, wobei das Rohrelement sich mindestens annähernd parallel zur Trennwand erstreckt. Hierdurch soll insbesondere ein Wasserabscheider mit einem einfachen Aufbau und einer trotzdem effizienten Wasserabscheidung erreicht werden.
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Aus der
DE 10 2006 005 108 A1 ist eine zylindrische Filtereinrichtung mit einem Gehäuse sowie einer Filterkammer bekannt, in der ein ringförmiger und radial durchströmter Filtereinsatz angeordnet ist. Unterhalb der Filterkammer ist eine Sedimentationskammer angeordnet, in der sich Wasser, welches aus dem Kraftstoff ausgeschieden wurde, sammeln kann. Eine Zylindermittelachse der montierten Filtereinrichtung verläuft dabei im Wesentlichen waagerecht, d.h., dass die Filtereinrichtung liegend eingebaut werden kann.
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Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Wasserabscheider ist jedoch, dass deren Wasserabscheidewirkung über die Lebensdauer nachlässt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wasserabscheider der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere durch eine lang anhaltende effiziente Wasserabscheidung erreicht werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Wasserabscheideeinrichtung in einem Wasserabscheider derart anzuordnen und mittels speziell gestalteter Einlasslanzen derart tangential anzuströmen, dass über die gesamte Lebensdauer des Wasserabscheiders ein hoher Abscheidegrad erzielt werden kann. Der erfindungsgemäße Wasserabscheider, welcher beispielsweise in einem Kraftstoffzuführsystem einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, weist ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Abscheidekammer sowie einer in der Abscheidekammer angeordneten Abscheideeinrichtung auf. Unter der Abscheidekammer ist ein Wassersammelraum für aus dem Kraftstoff abgeschiedenes Wasser angeordnet, wobei das Gehäuse des Wasserabscheiders einen Zulauf sowie einen Ablauf für den Kraftstoff besitzt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Zulauf zwei sich in Längsrichtung und zugleich in Durchströmungsrichtung des Gehäuses erstreckende Einlasslanzen aufweist, die über ihre Länge verteilt eine Anzahl von orthogonal zur Längsachse der jeweiligen Einlasslanze ausgerichtete, gleich große Strömungsöffnungen besitzt. Die Abscheideeinrichtung selbst ist dabei parallel zu den beiden Einlasslanzen angeordnet und weist in Durchströmungsrichtung kleiner werdende Durchgangsöffnungen auf. Die Strömungsöffnungen der Einlasslanzen sind dabei derart ausgerichtet, dass sie eine zumindest nahezu tangentiale Anströmung der Abscheideeinrichtung bewirken. Mit den in Durchströmungsrichtung kleiner werdenden Durchgangsöffnungen an der Abscheideeinrichtung, d.h. mit einem in Durchströmungsrichtung kleiner werdenden Porendurchmesser, kann eine gezielt gleichmäßige Anströmung der gesamten Oberfläche der Wasserabscheideeinrichtung erzielt werden, wodurch die gesamte Oberfläche zur Wasserabscheidung genutzt und dadurch ein hoher Abscheidegrad erzielt werden kann. Die in Strömungsrichtung kleiner werdenden Durchgangsöffnungen wirken dabei in der Art von Drosseln und verteilen somit die auf die Wasserabscheideeinrichtung auftreffende Kraftstoffströmung über die gesamte Oberfläche der Wasserabscheideeinrichtung, was zu einer verlängerten Standzeit und auch dadurch zu einem erhöhten Wasserabscheidegrad führt. Durch das erfindungsgemäße Lochbild (Anordnung der einzelnen Poren bzw. Durchgangsöffnungen auf der Oberfläche der Wasserabscheideeinrichtung) kann somit nicht nur ein kleiner Teil der Wasserabscheideeinrichtung für die Wasserabscheidung verwendet werden, sondern die gesamte Oberfläche. Durch die tangentiale Anströmung der Wasserabscheideeinrichtung mittels der entsprechend ausgerichteten Strömungsöffnungen an den Einlasslanzen kann zugleich eine quer zur Durchströmungsrichtung der Wasserabscheideeinrichtung fließende Strömung erreicht werden, was zum Abtransport (Wischeffekt) der Wassertropfen von der Wasserabscheideeinrichtung in Richtung des Wassersammelraums führt. Mit dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider ist es somit erstmals möglich, einen hohen Abscheidegrad über die gesamte Lebensdauer des Wasserabscheiders aufrechterhalten zu können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Wasserabscheideeinrichtung einen dreieckförmigen Querschnitt auf. Dabei sind die Wasserabscheideeinrichtung ebenso wie die beiden Einlasslanzen vorzugsweise horizontal angeordnet, wobei die Wasserabscheideeinrichtung mit einer Spitze nach unten zeigt, was das Abtropfen von auf der Oberfläche der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenem Wasser und dessen Transport in den darunter angeordneten Wassersammelraum erleichtert und dadurch die Wasserabscheidung insgesamt verbessert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Strömungsöffnungen der Einlasslanzen im Einbauzustand nach oben gerichtet. Hierdurch wird im Betrieb des Wasserabscheiders der mit Wasser beladene Kraftstoff über die nach oben gerichteten Strömungsöffnungen in die Abscheidekammer gepresst, wo er zunächst zumindest geringfügig entlang der Oberfläche der Wasserabscheideeinrichtung strömt, um irgendwann durch diese hindurch zu treten und über den Ablauf der Brennkraftmaschine zugeführt werden zu können. Durch die mittels der Strömungsöffnungen an den Einlasslanzen erzwungenen tangentialen Anströmung der Wasserabscheideeinrichtung verbunden mit dem in Durchströmungsrichtung immer kleiner werdenden Porendurchmesser (Durchmesser der Durchgangsöffnungen der Abscheideeinrichtung) kann zudem eine höchst effiziente Wasserabscheidung bewirkt werden, da die einzelnen Durchgangsöffnungen in der Art von Drosseln wirken und eine Beaufschlagung der gesamten Oberfläche der Abscheideeinrichtung erzwingen, so dass nicht nur lediglich ein Teil derselben zur Wasserabscheidung herangezogen wird, sondern diese als Ganzes. Zweckmäßig ist das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet, wobei die beiden Einlasslanzen bei liegendem Wasserabscheider im Wesentlichen auf der Höhe der Zylinderachse des zylinderförmigen Gehäuses angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Abscheideeinrichtung bei liegendem Wasserabscheider oberhalb der Zylinderachse des zylinderförmigen Gehäuses und mittig zwischen den beiden Einlasslanzen angeordnet sein. Durch eine derartige Anordnung der Einlasslanzen und/oder der Abscheideeinrichtung in dem liegenden zylinderförmigen Gehäuse kann eine besonders effektive, da nahezu tangentiale, Anströmung der Oberfläche der Abscheideeinrichtung und verbunden damit ein hoher Wasserabscheidegrad erzwungen werden.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kraftstofffiltereinrichtung mit einem Koaleszer und einem diesem nachgeschalteten Wasserabscheider vorzusehen, wobei der Wasserabscheider zwei sich in Längsrichtung und zugleich in Durchströmungsrichtung des Gehäuses erstreckende Einlasslanzen sowie eine Abscheideeinrichtung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen aufweist. Der Wasserabscheider ist somit nicht Bestandteil der eigentlichen Filtereinrichtung, sondern lediglich einem Koaleszer derselben nachgeschaltet, so dass in der Kraftstofffiltereinrichtung zunächst der Kraftstoff gefiltert, anschließend im Koaleszer die Wassertröpfen koalesziert werden, um diese nachfolgend am nachgeschalteten Wasserabscheider abscheiden zu können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine Längsschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wasserabscheider,
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2 eine Ansicht von oben auf den erfindungsgemäßen Wasserabscheider bei einem transparenten Gehäuse,
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3 eine Querschnittsdarstellung durch den erfindungsgemäßen Wasserabscheider.
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Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßer Wasserabscheider 1, der beispielsweise für Kraftstoffzuführsystem von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, ein Gehäuse 2 sowie eine darin angeordnete Abscheidekammer 3, eine darin angeordnete Abscheideeinrichtung 4 sowie einen darunter angeordneten Wassersammelraum 5 für aus dem Kraftstoff 6 abgeschiedenes Wasser 7 auf. Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäße Wasserabscheider einen Zulauf 8 sowie einen Ablauf 9. Erfindungswesentlich ist nun, dass der Zulauf 8 zwei sich in Längsrichtung und zugleich in Durchströmungsrichtung 10 des Gehäuses 2 erstreckende Einlasslanzen 11 (vgl. auch die 2 und 3) aufweist, die über ihre Länge verteilt eine Anzahl von orthogonal zur Längsachse der jeweiligen Einlasslanze 11 ausgerichtet, gleich große Strömungsöffnungen 12 besitzt. Die Abscheideeinrichtung 4 verläuft parallel zu den beiden Einlasslanzen 11 und weist in Durchströmungsrichtung 10 kleiner werdende Durchgangsöffnungen 13, kurz auch "Poren 13" genannt, auf. Die Strömungsöffnungen 12 der Einlasslanzen 11 sind darüber hinaus derart ausgerichtet, dass sie eine zumindest nahezu tangentiale Anströmung der Abscheideeinrichtung 4 bewirken, wie dies eindeutig in den 1 bis 3 gezeichnet ist.
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Durch die in Durchströmungsrichtung 10 kleiner werdenden Poren 13 bzw. kleiner werdenden Durchgangsöffnungen 13, wirken diese in der Art einer Drossel und verlängern somit die Standzeit zu entwässernden Kraftstoffs im Abscheideraum 3, wodurch einerseits die gesamte Oberfläche der Abscheideeinrichtung 4 von dem zu entwässernden Kraftstoff 6 beaufschlagt wird und dadurch andererseits der Abscheidegrad deutlich angehoben werden kann.
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Die Abscheideeinrichtung 4 besitzt eine hydrophobe Oberfläche, deren Porendurchmesser, d.h. deren Durchgangsöffnungen 13 in Durchströmungsrichtung 10 abnimmt.
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Betrachtet man insbesondere die 3, so kann man erkennen, dass die Abscheideeinrichtung 4 einen dreieckförmigen Querschnitt mit einer nach unten, in den Wassersammelraum 5 weisenden Spitze aufweist, wodurch ein Abwischen und auch ein Abtropfen der an der Oberfläche der Abscheideeinrichtung 4 abgeschiedenen Wassertröpfchen 7 vereinfacht werden kann. Sowohl die Abscheideeinrichtung 4 als auch die beiden Einlasslanzen 11 sind dabei den Darstellungen in den 1 bis 3 im Wesentlichen horizontal angeordnet, wobei erfindungsgemäße Wasserabscheider 1 selbstverständlich auch schräg zur Horizontalen oder vertikal angeordnet werden kann, ohne dass hierdurch die erfindungsgemäße Wirkungsweise beeinträchtigt werden würde.
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Betrachtet man die 3, so kann man erkennen, dass das Gehäuse 2 zylinderförmig ausgebildet ist und die beiden Einlasslanzen 11 bei liegendem Wasserabscheider 1 im Wesentlichen auf der Höhe der Zylinderachse 14 angeordnet sind. Die Abscheideeinrichtung 4 ist bei liegendem Wasserabscheider 1 oberhalb der Zylinderachse 14 des zylinderförmigen Gehäuses 2 und zugleich mittig zwischen den beiden Einlasslanzen 11 angeordnet, wie dies ebenfalls aus den 1 bis 3 in Zusammenschau erkennbar ist.
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Der erfindungsgemäße Wasserabscheider 1 kann dabei einem Koaleszer 15 nachgeschaltet sein, der beispielsweise Bestandteil einer Kraftstofffiltereinrichtung 16 ist (vgl. 1).
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Mit dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider 1 kann eine gleichmäßige Beaufschlagung der gesamten Oberfläche der Abscheideeinrichtung 4 erzwungen werden, wodurch die Standzeit des zu entwässernden Kraftstoffs 6 im Abscheideraum 3 verlängert und dadurch der Abscheidegrad deutlich verbessert werden kann. Dies wird durch die spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlasslanzen 11 sowie die erfindungsgemäße Abscheideeinrichtung 4 mit ihren durch Strömungsrichtung 10 kleiner werdenden Durchgangsöffnung 13 erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2399019 B1 [0003]
- DE 102006005108 A1 [0004]
