-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserabscheider für ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem ringförmigen Koaleszer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem solchen Wasserabscheider.
-
Aus der
EP 2 538 065 A1 ist ein gattungsgemäßer Wasserabscheider für ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem ringförmigen Koaleszer mit hydrophilem Material sowie einem dem Koaleszer vorgeschalteten ersten Drallerzeuger zur Erzeugung einer ersten Umfangsströmung bekannt. Stromab des Koaleszers ist dabei ein Endabscheider mit einem hydrophobem Material angeordnet. Durch das zweistufige Konzept soll dabei insbesondere ein Wasserabscheidegrad gesteigert werden können.
-
Aus der
DE 10 2005 005 848 A1 ist ein Kraftstofffilter mit einem Koaleszer-Element bekannt, wobei das Koaleszer-Element im unmittelbaren Eingriffsbereich des Kraftstoffs angeordnet ist.
-
Aus der
EP 1 256 707 A1 ist ein Kraftstofffilter mit Wasser abscheidenden Mitteln bekannt, mit einer stromab der letzten Filterstufe aus hydrophobem und einer stromauf direkt oder mit geringem Abstand davor liegenden Stufe aus hydrophilem, jeweils durchlässigem Filtermaterial bekannt. Der die vorletzte Stufe verlassende und Wasseranteile enthaltende Kraftstoff trifft dabei umlenkungsfrei auf das Material der letzten Filterstufe auf, wobei für an der letzten Filterstufe abgeschiedenes Wasser zwischen den beiden Filterstufen ein Abflussbereich für einen Schwerkraft bewirkten Wasserabfluss vorgesehen ist.
-
-
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wasserabscheidern ist dabei jedoch, dass deren Wirkungsgrad, insbesondere in der zweiten Abscheidestufe, d.h. beispielsweise an einem Endabscheider, nicht optimal ist.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wasserabscheider der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein aus dem Stand der Technik bekanntes, zumindest zweistufiges Wasserabscheidekonzept dahingehend weiterzuentwickeln, dass vor jeder Wasser Stufe ein Drallerzeuger angeordnet ist, der zur Erzeugung einer Umfangsströmung ausgebildet ist und dadurch ein tangentiales Anströmen der jeweiligen Wasser koaleszierenden oder abscheidenden Stufe bewirkt und dadurch den Wasserabscheidegrad erhöht. Der erfindungsgemäße Wasserabscheider besitzt dabei einen ringförmigen Koaleszer mit einem vorzugsweise hydrophilen Material als erste Wasser koaleszierende Stufe sowie einen dem Koaleszer vorgeschalteten ersten Drallerzeuger zur Erzeugung einer ersten Umfangsströmung. Stromab des Koaleszers ist dabei ein Endabscheider mit einem vorzugsweise hydrophoben Material als zweite Wasser abscheidende Stufe angeordnet, wobei nun erfindungsgemäß zwischen dem Koaleszer und dem Endabscheider ein zweiter Drallerzeuger zur Erzeugung einer zweiten Umfangsströmung vorgesehen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider werden nunmehr somit beide Stufen, d.h. sowohl der Koaleszer als auch der nachgeschaltete Endabscheider, tangential angeströmt, wodurch deren Wasserabscheidegrad deutlich verbessert und damit eine deutlich verbesserte Wasserabscheidewirkung erzielt werden kann. Die verbesserte Wasserabscheidung resultiert dabei insbesondere aus einer gleichmäßigen Flächenlast sowohl am Koaleszer als auch am Endabscheider, wobei die durch den zweiten Drallerzeuger erzeugte tangentiale Anströmung des Endabscheiders einen besseren Abstreifeffekt und damit eine bessere Wasserabscheidung durch Abperlen von Wassertropfen am Endabscheider bewirkt. Die verbesserte Wasser abscheidende Wirkung des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders reduziert somit den Wasseranteil im Kraftstoff und steigert dadurch den Wirkungsgrad einer nachgeschalteten Brennkraftmaschine bzw. reduziert ein Korrosionsrisiko derselben.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Koaleszer ein hydrophiles Material, beispielsweise Polyamid (PA) auf. Koaleszer sind zur Wasserabscheidung in Kraftstofffiltern/ Kraftstoffversorgungssystemen bereits vielfach eingesetzt, wobei deren Wirkung auf dem Prinzip der Koaleszenz, d.h. dem Zusammenfassen von kleinen Wassertröpfchen zu größeren Wassertropfen beruht. Polyamide sind lineare Polymere mit sich regelmäßig wiederholenden Amidbindungen entlang einer Hauptkette. Polyamide sind üblicherweise teilkristalline und thermoplastische Polymere und zeichnen sich durch ebenfalls eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit sowie eine gute Chemikalienbeständigkeit aus. Polyamide sind grundsätzlich in der Lage, Wasser reversibel aufzunehmen. Ein Stützgittermaterial des Koaleszers kann beispielsweise Polypropylen (PP) aufweisen.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der zweite Drallerzeuger als separates Bauteil ausgebildet oder an den Koaleszer oder den Endabscheider angespritzt. Sowohl die Ausbildung als separates Bauteil als auch die hierzu bestehende Alternative in Form des Anspritzens an entweder den Koaleszer oder den Endabscheider bietet jeweils Vorteile, so dass bei einer Ausbildung des zweiten Drallerzeugers als separates Bauteil, dieser üblicherweise auch nach einem Austausch des Koaleszers bzw. des Endabscheiders wiederverwendet werden kann, was eine nicht zu unterschätzende Ressourcenschonung bedeutet. Bei einem Anspritzen des zweiten Drallerzeugers entweder an den Koaleszer oder den Endabscheider kann eine vereinfachte Montage erreicht werden, die sich wiederum in geringeren Montagekosten widerspiegelt. In diesem Fall wird der zweite Drallerzeuger bei einem turnusmäßigen Wechsel des Koaleszers oder des Endabscheiders jeweils mit diesem zusammen ausgetauscht.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung erzeugt der zweite Drallerzeuger einen zum ersten Drallerzeuger gleichgerichteten oder entgegengesetzten Drall des Kraftstoffs. Besonders bevorzugt ist dabei die Variante, bei welcher der zweite Drallerzeuger eine zum ersten Drallerzeuger gleichgerichtete Umfangsströmung (Drall) erzeugt, da hierdurch der Durchströmungswiderstand im Wasserabscheider reduziert werden kann.
-
Zweckmäßig ist zumindest der zweite Drallerzeuger aus Polypropylen (PP), Polyamid (PA) und/oder Polyphthalamid (PPA) hergestellt. Polypropylen ist dabei ein durch Kettenpolymerisation von Propen hergestellter, thermoplastischer Kunststoff, der zur Gruppe der Polyolefine gehört und teilkristallin und unpolar ist. Aufgrund seiner hohen chemischen Beständigkeit kann Polypropylen seine Wirkung im Koaleszer langfristig aufrechterhalten. Darüber hinaus ist Polypropylen auch temperaturbeständig, zumindest in denjenigen Temperaturbereichen, die in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs auftreten. Polypropylen lässt sich zudem in Kunststoffspritzgussprozessen einsetzen, so dass zumindest der zweite Drallerzeuger als kostengünstiges Kunststoffspritzgussteil hergestellt werden kann.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Wasserabscheider ein zylinderförmiges Gehäuse auf, in welchem der Endabscheider unterhalb des Koaleszers angeordnet ist. Ein Zulauf und ein Ablauf des Wasserabscheiders sind dabei im Einbauzustand oben angeordnet. In diesem Fall kann der erfindungsgemäße Wasserabscheider somit vergleichsweise einfach in eine Kraftstoffleitung eingesetzt werden und zwar unabhängig von dem jeweiligen Anbringungsort, d.h. insbesondere stromauf oder stromab eines Kraftstofffilters in einem Kraftstoffversorgungssystem. Darüber hinaus kann ein derartiger Wasserabscheider besonders kompakt gebaut werden, was insbesondere in modernen und stets beengten Motorräumen von besonderem Vorteil ist. Durch die prinzipiell separate Ausbildung des Wasserabscheiders zum Kraftstofffilter lassen sich zudem bislang nicht genutzte Bauräume für die Anbringung des Wasserabscheiders erschließen.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders sind bodenseitig im Gehäuse ein Wassersammelraum mit einer Wasserablassschraube angeordnet. Üblicherweise werden bei dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider mit dem oberhalb des Endabscheiders angeordneten Koaleszer, letzterer radial nach außen und der darunter angeordnete Endabscheider radial nach innen durchströmt. Hierdurch kann eine besonders strömungsoptimierte Konzeption des unten angeordneten Wassersammelraums erreicht werden, der turnusmäßig oder bedarfsabhängig über die bodenseitig angeordnete Wasserablassschraube entleert werden kann. Über ein zentral angeordnetes Steigrohr kann der von Wasser gereinigte Kraftstoff zum oben am Gehäuse angeordneten Ablauf geführt werden.
-
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Wasserabscheider auszustatten, wobei der Wasserabscheider hierbei entweder einen integralen Bestandteil eines Kraftstofffilters bilden oder aber separat zu diesem, beispielsweise stromab oder stromauf desselben, angeordnet werden kann. Mittels des erfindungsgemäß ausgebildeten Wasserabscheiders lässt sich der Abscheidegrad an Wasser im Kraftstoff deutlich verbessern, wodurch zugleich auch die Filterwirkung in der Kraftstofffiltereinrichtung unterstützt werden kann.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
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.
-
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 Bauteile beziehen.
-
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wasserabscheider für ein Kraftstoffversorgungssystem,
- 2 eine Schnittdarstellung im Detailbereich A aus 1, durch einen ersten Drallerzeuger,
- 3 eine Schnittdarstellung aus dem Detailbereich B aus 1,
- 4 eine Schrägansicht von oben auf einen zweiten Drallerzeuger.
-
Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Wasserabscheider 1 für ein Kraftstoffversorgungssystem 2 ein Gehäuse 3 auf, in welchem ein ringförmiger Koaleszer 4 mit einem hydrophilen Material sowie im vorliegenden Fall darunter, d.h. stromab des Koaleszers 4, ein Endabscheider 5 mit bzw. aus hydrophobem Material angeordnet sind. Dem Koaleszer 4 vorgeschaltet ist dabei ein erster Drallerzeuger 6 (vgl. auch die Detaildarstellung A in 2) zur Erzeugung einer ersten Umfangsströmung 7, wobei erfindungsgemäß zwischen dem Koaleszer 4 und dem darunter angeordneten Endabscheider 5 ein zweiter Drallerzeuger 8 (vgl. auch die Detaildarstellung C aus 4) zur Erzeugung einer zweiten Umfangsströmung 9 vorgesehen ist. Über die mittels des ersten Drallerzeugers 6 und des zweiten Drallerzeugers 8 erzeugten Umfangsströmungen 7, 9 kann eine gleichmäßige Flächenlast am Koaleszer 4 bzw. am Endabscheider 5 erreicht werden, was zu einer deutlich verbesserten Wasserabscheidung führt.
-
Generell ist dabei denkbar, dass der erste Drallerzeuger 6 und der zweite Drallerzeuger 8 eine Umfangsströmung 7, 9 mit gleichgerichtetem Drall erzeugen, wie dies gemäß den 1 bis 4 dargestellt ist, oder aber mit entgegengesetztem Drall. Vorzugsweise bewirken jedoch die beiden Drallerzeuger 6, 8 eine mit der Umfangsströmung 7 gleichgerichtete Umfangsströmung 9, da hiermit ein Strömungswiderstand im Wasserabscheider 1 gering gehalten werden kann.
-
Betrachtet man das Gehäuse 3 des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in 1, so kann man erkennen, dass dieses zylinderartig ausgebildet ist und im Einbauzustand oben einen Zulauf 10 sowie einen Ablauf 11 aufweist. Über den Zulauf 10 kommt somit ungereinigtes Fluid 12, beispielsweise ungereinigter Kraftstoff, in den Wasserabscheider 1 und wird über den ersten Drallerzeuger 6 in Umfangsrichtung zur ersten Umfangsströmung 7 umgelenkt. Diese ringartige erste Umfangsströmung 7 strömt somit nahezu tangential entlang einer Innenseite des Koaleszers 4, wobei aufgrund des Druckgefälles der Koaleszer 4 radial von innen nach außen durchströmt wird. In dem Koaleszer 4 werden kleinere Wassertröpfchen bzw. Wassernebel zu größeren Tröpfchen koalesziert und dann weiter nach unten geleitet. Am Übergang zwischen dem Koaleszer 4 und dem darunter angeordneten Endabscheider 5 ist nun der zweite Drallerzeuger 8 angeordnet, mittels welchem der Fluidstrom 12, beispielsweise der Kraftstoff mit koaleszierten Wassertröpfchen in Richtung der zweiten Umfangsströmung 9 umgelenkt wird. Hierzu weist der zweite Drallerzeuger 8, wie dies gemäß der 4 zu erkennen ist, entsprechend angeordnete Strömungsleitelemente 13 auf. Derartige Strömungsleitelemente 13, hier mit 13' bezeichnet, sind in analoger Weise auch im ersten Drallerzeuger 6 angeordnet.
-
Die zweite Umfangsströmung 9 strömt nun entlang des Ringraumes 14 und damit nahezu tangential bzw. entlang einer Oberfläche des Endabscheiders 5. Der Endabscheider 5 weist beispielsweise ein hydrophobes Material, beispielsweise Polypropylen (PP) auf, welches einen Durchtritt von Wasser verhindert bzw. zumindest stark reduziert. Demzufolge sammeln sich die einzelnen Wassertröpfchen der äußeren Oberfläche des Wasserabscheiders 5 und laufen dort schwerkraftbedingt nach unten in einen unterhalb des Endabscheiders 5 angeordneten Wassersammelraum 15. Das Fluid 12 selbst, beispielsweise der Kraftstoff, tritt aufgrund des Druckgefälles durch den Endabscheider 5 nach radial innen hindurch und verlässt den Wasserabscheider 1 über das zentral angeordnete Steigrohr 16 hin zum Ablauf 11. Bodenseitig des Gehäuses 3 ist dabei eine Wasserablassschraube 17 angeordnet, über welche das im Wassersammelraum 15 gesammelte Wasser temporär oder bedarfsgerecht abgelassen werden kann.
-
Das hydrophile Material des Koaleszers 4 kann beispielsweise Polyamid (PA) aufweisen. Derartige Thermoplaste lassen sich technisch vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellen und besitzen zudem eine hohe chemische Stabilität.
-
Der erste Drallerzeuger 6 kann beispielsweise einen integralen Bestandteil des Gehäuses 3, insbesondere eines Deckels desselben, bilden oder aber als separates Bauteil ausgebildet sein. In gleicher Weise ist auch denkbar, dass der zweite Drallerzeuger 8 als separates Bauteil ausgebildet ist oder aber an den Koaleszer 4 bzw. den Endabscheider 5 angeformt, insbesondere angespritzt ist. Durch eine separate Ausbildung des ersten und/oder zweiten Drallerzeugers 6 ist es möglich, diese bei einem Austausch des Koaleszers 4 bzw. des Endabscheiders 5 nochmals zu verwenden, wodurch eine Ressourcenschonung erreicht werden kann. Eine integrale Ausbildung des ersten Drallerzeugers 6 mit dem Gehäuse 3 bzw. des zweiten Drallerzeugers 8 mit dem Koaleszer 4 oder dem Endabscheider 5 wiederum kann eine Montageerleichterung geschaffen werden, da in diesem Fall weder der erste Drallerzeuger 6, noch der zweite Drallerzeuger 8 separat montiert werden müssen. Durch eine integrative Ausbildung des ersten Drallerzeugers 6 bzw. des zweiten Drallerzeugers 8 mit einem weiteren Bauteil könnte zudem die Teilevielfalt reduziert und damit die Lager- und Logistikkosten gesenkt werden.
-
Betrachtet man die 1, so ist der Wasserabscheider über seinen Zulauf 10 und seinen Ablauf 11 in dem Kraftstoffversorgungssystem 2 eingebunden. Dabei ist denkbar, dass der Wasserabscheider 1 stromab der Kraftstofffiltereinrichtung bzw. generell einer Filtereinrichtung oder stromauf einer solchen angeordnet werden kann. Ebenfalls denkbar ist, dass der Wasserabscheider 1 in wie auch immer gearteter Art und Weise einen integralen Bestandteil der Kraftstofffiltereinrichtung bildet. Der Begriff „Kraftstofffiltereinrichtung“ steht dabei lediglich rein exemplarisch, so dass mit dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider 1 selbstverständlich auch andere Fluide, beispielsweise Hydrauliköle, von Wasser befreit werden können.
-
Betrachtet man die 3, so kann man erkennen, dass an einem Durchtritt 18 des Steigrohres 16 durch den zweiten Drallerzeuger 8 eine Dichtung 19 vorgesehen ist, die beispielsweise als einstückig mit der Endscheibe ausgebildete Dichtlippe ausgebildet ist und eine ringförmige Dichtlippe besitzt, welche unter Vorspannung gegen eine Außenmantelfläche des Steigrohrs 16 gepresst ist.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider 1 und dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem 2 lässt sich somit ein Wasserabscheidegrad deutlich erhöhen, da durch den ersten und zweiten Drallerzeuger 6, 8 eine gleichmäßige Flächenlast sowohl am Koaleszer 4 als auch am Endabscheider 5 und damit eine bessere Wasserabscheidung erzielt werden können.
-
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
-
- EP 2538065 A1 [0002]
- DE 102005005848 A1 [0003]
- EP 1256707 A1 [0004]
- US 3465883 A [0005]
- US 3144407 A [0005]
