DE102016005659A1 - Filter element for liquid filtration - Google Patents
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Abstract
Ein Filterelement zur Flüssigkeitsfiltration weist einen ringförmigen Filtermediumkörper auf, in dessen Innenraum ein Hohlkörper einragt, wobei das Innere des Hohlkörpers über eine Frischluftöffnung mit der Umgebung kommuniziert.A filter element for liquid filtration has an annular filter medium body, in the interior of which a hollow body protrudes, wherein the interior of the hollow body communicates via a fresh air opening with the environment.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement zur Flüssigkeitsfiltration nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a filter element for liquid filtration according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind Harnstofffilter, welche dazu eingesetzt werden, eine wässrige Lösung mit einem Harnstoffanteil zu filtrieren. Die wässrige Lösung wird zur Reduktion von Stickoxiden in den Abgasstrom von Diesel-Brennkraftmaschinen eingespritzt. Der Harnstofffilter zur Reinigung der Harnstofflösung weist ein hohlzylindrisches Filterelement auf, das radial von außen nach innen von dem Fluid durchströmt wird, wobei das gereinigte Fluid aus dem innen liegenden Reinraum axial abgeleitet wird.Are known urea filters, which are used to filter an aqueous solution with a urea content. The aqueous solution is injected into the exhaust stream of diesel internal combustion engines to reduce nitrogen oxides. The urea filter for purifying the urea solution has a hollow cylindrical filter element, which is flowed through radially from the outside to the inside of the fluid, wherein the cleaned fluid is discharged axially from the inside clean room.
Unter Frostbedingungen besteht die Gefahr, dass die Harnstofflösung im Filter einfriert und das Filterelement durch den Gefriervorgang Schaden nimmt. Um dem Einfrieren vorzubeugen, können Harnstofffilter mit einer Heizeinrichtung ausgestattet werden.Under frost conditions there is a risk that the urea solution in the filter freezes and the filter element is damaged by the freezing process. To prevent freezing, urea filters can be equipped with a heating device.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Filterelement zur Flüssigkeitsfiltration so auszubilden, dass ein Einsatz unter Frostbedingungen nicht zu einer Schädigung führt.The invention is based on the object with simple constructive measures a filter element for liquid filtration in such a way that use under freezing conditions does not lead to damage.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of
Das erfindungsgemäße Filterelement wird zur Flüssigkeitsfiltration eingesetzt, insbesondere zur Filtration von Flüssigkeiten, deren Gefrierpunkt am oder in der Nähe des Wasser-Gefrierpunktes liegt. Beispielsweise kann das Filterelement für einen Harnstofffilter eingesetzt werden, mit dem eine wässrige Lösung mit einem Harnstoffanteil, der beispielsweise bei einem Drittel des Flüssigkeitsvolumens liegt, gereinigt werden kann.The filter element according to the invention is used for liquid filtration, in particular for the filtration of liquids whose freezing point is at or near the water freezing point. For example, the filter element can be used for a urea filter, with which an aqueous solution with a urea content, which is for example one third of the liquid volume, can be cleaned.
Derartige Harnstofflösungen werden in den Abgasstrom von Diesel-Brennkraftmaschinen zur Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser eingespritzt.Such urea solutions are injected into the exhaust stream from diesel engines to reduce nitrogen oxides to nitrogen and water.
Das Filterelement weist einen ringförmigen, vorzugsweise hohlzylindrischen Filtermediumkörper auf, der radial von dem Fluid durchströmt wird. Üblicherweise erfolgt die Durchströmungsrichtung radial von außen nach innen, so dass die außen liegende Mantelfläche des Filtermediumkörpers die Rohseite und der Innenraum im Filtermediumkörper die Reinseite bildet. Der Innenraum ist vorteilhafterweise zylindrisch ausgeführt.The filter element has an annular, preferably hollow cylindrical filter medium body, which is flowed through radially by the fluid. Typically, the flow direction is radially from outside to inside, so that the outer circumferential surface of the filter medium body forms the raw side and the interior in the filter medium body the clean side. The interior is advantageously cylindrical.
Der Filtermediumkörper kann faltenförmig ausgebildet und aus einem Vlies- oder Papiermaterial gefertigt sein. An den Stirnseiten weist der Filtermediumkörper vorteilhafterweise Endscheiben auf, welche den Filtermediumkörper axial strömungsdicht verschließen.The filter medium body may be formed fold-shaped and made of a nonwoven or paper material. At the end faces, the filter medium body advantageously has end disks which close the filter medium body in an axially fluid-tight manner.
In den Innenraum des Filtermediumkörpers ragt ein Hohlkörper ein, dessen Wandung strömungsdicht ausgebildet ist. Das Innere des Hohlkörpers ist über eine Frischluftöffnung mit der Umgebung verbunden. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Innere des Hohlkörpers die Umgebungstemperatur annimmt, da über die Frischluftöffnung ein Luftaustausch zwischen der Umgebung und dem Inneren des Hohlkörpers erfolgt. Der Hohlkörper nimmt daher die Umgebungstemperatur an, was unter Frostbedingungen dazu führt, dass das Fluid vom Hohlkörper abgekühlt wird und im Innenraum gefriert. Zugleich beginnt der Gefrierprozess auch an der radial außen liegenden Seite des Filtermediumkörpers, so dass der Gefrierprozess zumindest annähernd gleichzeitig über die gesamt radiale Erstreckung des Filtermediumkörpers erfolgt.In the interior of the filter medium body protrudes a hollow body, the wall of which is formed flow-tight. The interior of the hollow body is connected via a fresh air opening with the environment. This embodiment has the advantage that the interior of the hollow body assumes the ambient temperature, since an air exchange between the environment and the interior of the hollow body takes place via the fresh air opening. The hollow body therefore assumes the ambient temperature, which under freezing conditions causes the fluid is cooled by the hollow body and freezes in the interior. At the same time, the freezing process also begins on the radially outer side of the filter medium body, so that the freezing process takes place at least approximately simultaneously over the entire radial extent of the filter medium body.
Die mit dem Gefrieren einhergehende Volumenvergrößerung bei wässrigen Fluiden führt aufgrund der Gleichzeitigkeit des Gefrierens an der radial innen liegenden und radial außen liegenden Stelle nicht zu einer Zerstörung des Filtermediumkörpers. Daher kann das Filterelement mit dem Filtermediumkörper einen Gefriervorgang unbeschadet überstehen und nach dem Auftauen wieder seine Filtrationsfunktion ausüben.The increase in volume associated with freezing in aqueous fluids does not lead to destruction of the filter medium body due to the simultaneity of freezing at the radially inner and radially outer location. Therefore, the filter element with the filter medium body can survive a freezing process undamaged and exert its thawing again its filtration function.
Unterstützt wird das beschleunigte Gefrieren im Innenraum durch die Volumenverdrängung durch den Hohlkörper. Das im Innenraum für das Fluid zur Verfügung stehende Volumen reduziert sich um das Volumen des Hohlkörpers, so dass in Kombination mit dem schnelleren Abkühlen des Hohlkörpers aufgrund des Luftaustauschs über die Frischluftöffnung der Gefriervorgang im Innenraum beschleunigt wird.The accelerated freezing in the interior is supported by the volume displacement through the hollow body. The volume available in the interior for the fluid is reduced by the volume of the hollow body, so that, in combination with the faster cooling of the hollow body due to the air exchange via the fresh air opening, the freezing process in the interior is accelerated.
Der Hohlkörper ist vorteilhafterweise an die Querschnittsgeometrie des Innenraums angepasst und weist den gleichen Grundquerschnitt auf. Bevorzugt sind Innenraum und Hohlkörper zylindrisch ausgebildet, wobei im Prinzip auch hiervon abweichende Querschnittsgeometrien in Betracht kommen, beispielsweise eine ovale Querschnittgeometrie.The hollow body is advantageously adapted to the cross-sectional geometry of the interior and has the same basic cross-section. Preferably, interior and hollow body are cylindrical, in principle, deviating cross-sectional geometries come into consideration, for example, an oval cross-sectional geometry.
Die Wandung des Hohlkörpers ist strömungsdicht ausgebildet, um einen unerwünschten Fluidübertritt vom Innenraum in das Innere des Hohlkörpers auszuschließen. Die Frischluftöffnung wird beispielsweise von der freien, außerhalb des Innenraums gelegenen Stirnseite des Hohlkörpers gebildet. In Betracht kommen aber auch Ausführungen, bei denen die Frischluftöffnung in die Außenwand des Hohlkörpers eingebracht ist.The wall of the hollow body is formed flow-tight to an undesirable Exclude fluid from the interior into the interior of the hollow body. The fresh air opening is formed for example by the free, located outside of the interior end face of the hollow body. However, also come in embodiments in which the fresh air opening is introduced into the outer wall of the hollow body.
Zweckmäßigerweise liegt die Frischluftöffnung axial außerhalb des Innenraums im Filtermediumkörper. Möglich sind aber auch Ausführungen, bei denen die Frischluftöffnung innerhalb des Innenraums liegt, jedoch beispielsweise über eine nach außen führende Schlauch- oder Rohrverbindung mit der Umgebung kommuniziert.The fresh air opening is expediently located axially outside the interior in the filter medium body. However, it is also possible embodiments in which the fresh air opening is within the interior, but communicates with the environment, for example via an outwardly leading hose or pipe connection.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der Hohlkörper axial über einen Großteil der Länge des Innenraums im Filtermediumkörper, beispielsweise über mindestens 80% oder mindestens 90% der Innenraumlänge. Gegebenenfalls liegt die in den Innenraum einragende, geschlossen ausgeführte Stirnseite des Hohlkörpers auf Abstand zur Innenraumstirnseite; die Stirnseite kann aber auch mit der Stirnseite des Innenraums abschließen oder über die Innenraumstirnseite hinausragen.Advantageously, the hollow body extends axially over a majority of the length of the interior in the filter medium body, for example over at least 80% or at least 90% of the interior length. Optionally, the protruding into the interior, closed executed end face of the hollow body is at a distance from the interior end face; but the front side can also conclude with the front side of the interior or protrude beyond the interior end face.
Die Wandung des Hohlkörpers kann an verschiedenen axialen Positionen eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Zweckmäßigerweise besitzt der Hohlkörper in dem axial in den Innenraum einragenden Abschnitt eine geringere Wanddicke als außerhalb des Innenraums.The wall of the hollow body may have a different thickness at different axial positions. Conveniently, the hollow body in the axially projecting into the interior portion has a smaller wall thickness than outside the interior.
Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, dass der Außendurchmesser des Hohlkörpers mindestens die Hälfte des Innendurchmessers des Innenraums im Filtermediumkörper beträgt. Gegebenenfalls kommen auch größere Außendurchmesser in Betracht, die beispielsweise bei mindestens 60%, 70% oder 80% des Innendurchmessers des Innenraums liegen. Gleichwohl sind auch Hohlkörper möglich, deren Außendurchmesser weniger als 50% des Innendurchmessers des Innenraums betragen. Größere Außendurchmesser haben jedoch den Vorteil, dass eine größere Volumenverdrängung im Innenraum erfolgt und dementsprechend sich weniger Fluid im Innenraum ansammeln kann, so dass die Abkühlung und gegebenenfalls das Gefrieren des Fluids im Innenraum schneller erfolgt.It may also be expedient that the outer diameter of the hollow body is at least half of the inner diameter of the inner space in the filter medium body. Optionally, larger outer diameter come into consideration, for example, at least 60%, 70% or 80% of the inner diameter of the interior. However, hollow bodies are also possible whose outer diameter is less than 50% of the inner diameter of the inner space. However, larger outer diameters have the advantage that a larger volume displacement takes place in the interior and accordingly less fluid can accumulate in the interior, so that the cooling and possibly the freezing of the fluid in the interior takes place faster.
Der Hohlkörper kann aus einem elastisch nachgiebigen Material bestehen, beispielsweise aus EPDM oder aus einem Kautschukmaterial wie z. B. HNBR (Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk.)The hollow body may consist of an elastically yielding material, such as EPDM or a rubber material such. B. HNBR (hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber).
Das Filterelement zur Flüssigkeitsfiltration bildet einen Filtereinsatz, der vorteilhafterweise in einer Filtereinrichtung wie zum Beispiel einem Harnstofffilter verwendet werden kann. Die Filtereinrichtung umfasst zusätzlich zu dem Filterelement auch ein Filtergehäuse, in das das Filterelement eingesetzt wird. Der Hohlkörper kann, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, mit einem Deckel des Filtergehäuses verbunden sein, der die Aufnahmeöffnung verschließt, in die das Filterelement eingesetzt wird. Der Hohlkörper ist bevorzugt fest mit dem Deckel des Filtergehäuses verbunden, insbesondere einteilig mit dem Deckel ausgeführt. Hierbei ist es zweckmäßig, dass die Frischluftöffnung benachbart zur Außenseite des Deckels liegt, wobei vorteilhafterweise die offene Stirnseite des Hohlkörpers die Frischluftöffnung bildet.The filter element for liquid filtration forms a filter cartridge which can be advantageously used in a filter device such as a urea filter. The filter device comprises, in addition to the filter element, a filter housing into which the filter element is inserted. The hollow body can, according to an advantageous embodiment, be connected to a cover of the filter housing which closes the receiving opening into which the filter element is inserted. The hollow body is preferably fixedly connected to the lid of the filter housing, in particular made in one piece with the lid. It is expedient that the fresh air opening is adjacent to the outside of the lid, wherein advantageously the open end side of the hollow body forms the fresh air opening.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den Figuren ist eine Filtereinrichtung
Das aufnehmende Filtergehäuse
Der Filtermediumkörper
In den zylindrischen Innenraum
Bei Frosttemperaturen kann dementsprechend die wässrige Lösung im Innenraum
Der Hohlkörper
Der Hohlkörper
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MANN+HUMMEL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: MANN+HUMMEL GMBH, 71638 LUDWIGSBURG, DE |
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R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
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R012 | Request for examination validly filed |