DE102017212901A1

DE102017212901A1 - Flüssigkeitsfilter und Tankfiltersystem mit einem Flüssigkeitsfilter

Info

Publication number: DE102017212901A1
Application number: DE102017212901.8A
Authority: DE
Inventors: Miguel Castejon Lopez; Miguel Martinez Gomez
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter (1) zum Abscheiden von Partikeln aus einer Flüssigkeit, insbesondere aus Kraftstoff oder einer Harnstofflösung. Der Flüssigkeitsfilter (1) weist ein Verteilerelement (10) mit einem von einer Wand (14) begrenzten Innenraum (11) auf, wobei der Innenraum (11) fluiddicht von einem Außenraum (103) des Flüssigkeitsfilters (1) getrennt ist. Der Flüssigkeitsfilter (1) weist weiterhin wenigstens zwei voneinander separate Filterelemente (20) auf, wobei das Verteilerelement (10) wenigstens zwei Anschlussöffnungen (12) aufweist, die voneinander beabstandet sind und jeweils die Wand (14) durchgreifen. Dabei ist jedes Filterelement (20) mit je einer Anschlussöffnung (12) fluidleitend verbunden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter zum Abscheiden von Partikeln aus einer Flüssigkeit, insbesondere aus Kraftstoff oder einer Harnstofflösung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Tankfiltersystem mit einem derartigen Flüssigkeitsfilter.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Tankfiltersysteme bekannt. In derartigen Tankfiltersystemen ist ein Flüssigkeitsfilter unmittelbar in einem Tank für die zu reinigende Flüssigkeit angeordnet. Bei der zu reinigenden Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Kraftstoff wie Diesel oder Benzin handeln oder um eine Harnstofflösung in einem SCR System (selektive katalytische Reduktion, „selective catalytic reduction“). Derartige SCR-Systeme finden z.B. Verwendung in der Verringerung von Stockoxidanteilen im Abgas von Brennkraftmaschinen. Durch die Anordnung des Flüssigkeitsfilters direkt im Flüssigkeitstank kann wertvoller Platz beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingespart werden.
Ein derartiges Tankfiltersystem mit einem Flüssigkeitsfilter ist beispielsweise aus der US 2004 / 0144705 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass für derartige Tankfiltersysteme bzw. Flüssigkeitsfilter in derartigen Tankfiltersystemen möglichst gleichzeitig mehrere Parameter optimiert werden sollen. Zum einen soll die Filteroberfläche möglichst groß sein, sodass eine möglichst lange Standzeit bis zum notwendigen Austausch des Flüssigkeitsfilters erreicht wird. Die Filterfläche soll mit anderen Worten dazu ausgelegt sein, möglichst viele Partikel aus der zu reinigenden Flüssigkeit abzuscheiden, bevor ein Filtermedium des Flüssigkeitsfilters verstopft bzw. derart mit Partikeln belegt ist, dass es zu einem nicht mehr akzeptablen Druckabfall zwischen einer Rohseite (z.B. der Außenseite) des Flüssigkeitsfilters und einer Reinseite (z.B. einem Innenraum) des Flüssigkeitsfilters kommt. Weiterhin sollen die Produktionskosten für einen derartigen Flüssigkeitsfilter möglichst gering sein. Dies wird bevorzugt durch einen möglichst einfachen und beschleunigten bzw. schnellen Herstellungsprozess bewirkt. Schließlich soll der Flüssigkeitsfilter all diese Parameter mit einem möglichst geringen Platzbedarf erfüllen, da beispielsweise in Kraftfahrzeugen der zur Verfügung stehende Platz für derartige Flüssigkeitsfilter beschränkt ist.
Insbesondere können für unterschiedliche Anwendungsfälle (z.B. PKW-Anwendungen im Vergleich zu LKW-Anwendungen) unterschiedliche Anforderungen an die Filterkapazität bestehen. So ist z.B. bei einem größeren Durchsatz von Flüssigkeit eine höhere Filterkapazität gewünscht, um die Zeit zwischen Werkstattbesuchen zum Austausch von Filterelementen nicht zu gering ausfallen zu lassen.
Es hat sich gezeigt, dass bei herkömmlichen Flüssigkeitsfiltern für Tankfiltersysteme entweder die Standzeit nicht ausreichend ist und daher ein relativ kurzes Wartungsintervall erforderlich ist oder dass der vom Flüssigkeitsfilter im Tank eingenommene Platz wertvolles Volumen für die zu reinigende Flüssigkeit im Tank wegnimmt - mit anderen Worten: herkömmliche Flüssigkeitsfilter für Tankfiltersysteme beanspruchen relativ viel Volumen im Tank.
Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Flüssigkeitsfilter für ein Tankfiltersystem bereitzustellen, welcher mit möglichst geringem Platzbedarf im Tank eine hohe Standzeit und eine hohe Filtereffizienz erreicht und dabei ein möglichst geringes Volumen einnimmt sowie möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Vorteile der Erfindung
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Flüssigkeitsfilter zum Abscheiden von Partikeln aus einer Flüssigkeit vorgeschlagen. Bei der zu filtrierenden Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um einen Kraftstoff wie Benzin oder Diesel oder auch um eine wässrige Harnstofflösung handeln. Der Flüssigkeitsfilter weist ein Verteilerelement mit einem von einer Wand begrenzten Innenraum auf. Der Innenraum ist fluiddicht von einem Außenraum des Flüssigkeitsfilters getrennt. Der Flüssigkeitsfilter weist weiterhin wenigstens zwei voneinander separate Filterelemente auf, wobei das Verteilerelement wenigstens zwei Anschlussöffnungen aufweist, die voneinander beabstandet sind und jeweils die Wand durchgreifen. Dabei ist jedes Filterelement mit je einer Anschlussöffnung fluidleitend verbunden.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird mit einfachen Mitteln vorteilhaft ein modularer Aufbau des Flüssigkeitsfilters bewirkt. Durch das Vorsehen mehrerer Anschlussöffnungen kann der Flüssigkeitsfilter bezüglich der notwendigen Filterkapazität maßgeschneidert auf den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt werden. Je mehr Filterkapazität bzw. Filterfläche zum Abscheiden von Partikeln notwendig ist, desto mehr der Anschlussöffnungen werden mit je einem Filterelement verbunden. Denn die Filterelemente sind hierbei in einem fluidtechnischen Sinne parallel zueinander geschaltet, nicht in Reihe. Alternativ oder zusätzlich können auch an jeder der Anschlussöffnungen Filterelemente mit je nach Bedarf angepasster Filtrierkapazität angeschlossen werden. Beispielsweise Filterelemente mit großer Filterkapazität für LKW-Anwendungen und Filterelemente mit geringerer Filterkapazität für PKW-Anwendungen. Dadurch ist grundsätzlich ein modular aufgebauter Flüssigkeitsfilter geschaffen. Ein einziges Verteilermodul kann für eine Vielzahl von Anwendungsfällen verwendet werden. Dadurch lassen sich vorteilhaft die Kosten für die Fertigung derartiger Flüssigkeitsfilter, z.B. für Tankfiltersysteme, erheblich reduzieren.
Ist an einer Anschlussöffnung ein Filterelement angeordnet, so ist die Anschlussöffnung fluidleitend geöffnet, so dass der Innenraum des Verteilerelements mit einem Inneren des angeschlossenen Filterelements fluidleitend verbunden ist.
Jedes Filterelement ist dabei von jedem anderen Filterelement separat und damit eigenständig wirksam, kann also z.B. grundsätzlich separat ausgewechselt werden.
Das Verteilerelement kann dabei derart gestaltet sein, dass es keine Filterfunktion aufweist. Mit anderen Worten: das Verteilerelement als solches weist keine Filterfunktion auf sondern lediglich die Funktion, die Flüssigkeit zu verteilen bzw. aus den Filterelementen zu sammeln.
Der Außenraum des Flüssigkeitsfilters ist vom Innenraum, einem von der Wand begrenzten Hohlraum im Innern des Verteilerelements, derart fluiddicht abgeschlossen, dass Flüssigkeit aus dem Außenraum (z.B. einer Rohseite des Flüssigkeitsfilters) lediglich dann von diesem Außenraum in den Innenraum (z.B. einer Reinseite des Flüssigkeitsfilters) gelangen kann, wenn es durch eines der Filterelemente hindurchtritt, wobei die in der Flüssigkeit vorhandenen Partikel von den Filterelementen zurückgehalten werden.
Die Anschlussöffnungen sind im Sinne dieser Anmeldung nicht als mikroskopische Poren anzusehen, durch die Flüssigkeit eintreten bzw. durchtreten kann. Vielmehr sind die Anschlussöffnungen so groß, dass ungefilterte Flüssigkeit durch die Anschlussöffnungen hindurch in den Innenraum des Verteilerelements eintreten kann.
Eine oder mehrere Anschlussöffnungen können z.B. ein Inneres des jeweils angeschlossenen Filterelements unmittelbar mit dem Innenraum fluidleitend verbinden. Mit anderen Worten: das Innere eines Filterelements (ein Filterelement-Innenraum) ist in diesem Fall ohne weitere Zwischenlage von weiteren Elementen, z.B. Sieben oder Filtermembranen, mit dem Innenraum des Verteilerelements verbunden.
Der Flüssigkeitsfilter kann dabei beispielsweise derart ausgebildet sein, dass eine, mehrere oder jede Anschlussöffnung im Querschnitt wenigstens 0,1% und höchstens 30%, bevorzugt wenigstens 0,5% bis höchstens 10% einer Filterfläche eines daran angeschlossenen Filterelements aufweist. Bei der Berechnung der Filterfläche des Filterelements ist dabei nicht auf eine fraktale, mikroskopische Oberfläche abzustellen. Beispielsweise kann eine, mehrere oder jede Anschlussöffnung einen Durchmesser von wenigstens 0,5mm und höchstens 50mm aufweisen. Die eine Anschlussöffnung oder mehrerer oder alle Anschlussöffnungen können z.B. kreisrund, oval oder auch mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein, sie kann bzw. können auch in der Form mehrerer Schlitze ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Länge des Querschnitts einer derartig ausgebildeten Anschlussöffnung wenigstens 10mm und eine Breite des Querschnitts der Durchgangsöffnung wenigstens 0,5mm betragen. Bevorzugt sind alle Anschlussöffnungen gleich ausgebildet. Dadurch kann der Anschluss eines Filterelements an einer der Anschlussöffnungen besonders einfach bewirkt werden.
Der Flüssigkeitsfilter kann ein fluidleitendes Auslasselement zum Auslassen von im Innenraum befindlicher, gereinigter Flüssigkeit aufweisen. Dabei kann der Innenraum des Verteilerelements mit dem Auslasselement fluidleitend verbunden sein. Das Auslasselement kann beispielsweise einen Querschnitt mit einer Fläche aufweisen, die im Bereich zwischen 0,5mm² (Quadratmillimeter) und 2500mm² liegt, bevorzugt zwischen 0,7mm² und 2000mm² und ganz besonders bevorzugt zwischen 4mm² und 1600mm², er kann z.B. 100mm² oder 300 mm² oder 500mm² oder 700 mm² oder 900 mm² betragen.
Grundsätzlich kann der Flüssigkeitsstrom auch umgekehrt verlaufen. In diesem Fall ist der Innenraum die Rohseite und die Flüssigkeit wird beim Durchtritt durch die Filterelemente gereinigt und gelangt so auf die Außenseite des Flüssigkeitsfilters, die dann eine Reinseite darstellt.
Dadurch, dass alle Filterelemente Gleichteile sind lässt sich der Flüssigkeitsfilter besonders einfach und kostengünstig herstellen. Denn dann kann für eine spezifische Anwendung einfach bestimmt werden, welche Filterkapazität notwendig ist und eine diese Filterkapazität darstellende Anzahl von gleich gebauten Filterelementen wird an je eine der Anschlussöffnungen des Verteilerelements angeschlossen.
Dadurch, dass die Anschlussöffnungen, mit denen kein Filterelement verbunden ist, fluiddicht verschlossen sind, wird ein zuverlässiges Abscheiden von Partikeln am Flüssigkeitsfilter ermöglicht. Auf diese Weise kann keine ungefilterte Flüssigkeit ins Innere des Verteilerelements gelangen. Gleichzeitig bietet das Verteilerelement vorteilhaft eine große Flexibilität: bei Bedarf nach größerer Filterkapazität können einfach weitere Filterelemente an die nicht belegten Anschlussöffnungen angeschlossen werden (die verschlossenen Anschlussöffnungen werden dann geöffnet).
Die Anschlussöffnungen können somit verschließbar ausgebildet sein. Unter dem Begriff „verschließbar“ ist im Sinne dieser Anmeldung zu verstehen, dass die Anschlussöffnungen fluiddicht verschlossen werden können, z.B. dann, wenn an einer Anschlussöffnung kein Filterelement angeordnet ist.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass jedes Filterelement ein Filtermedium zum Abscheiden von Partikeln aufweist, wobei das Filtermedium einen Filterelement-Innenraum von dem Außenraum trennt. Weiterhin ist vorgesehen, dass jedes Filterelement einen fluidleitenden Anschlusskanal aufweist, der den Filterelement-Innenraum mit der dem Filterelement zugeordneten Anschlussöffnung am Verteilerelement verbindet. Durch das Filtermedium wird vorteilhaft bewirkt, dass an dem Filtermedium die Partikel der ungereinigten Flüssigkeit abgeschieden werden können. Durch den fluidleitenden Anschlusskanal ist sichergestellt, dass jedes Filterelement einfach und zuverlässig an die zugehörige Anschlussöffnung angeschlossen werden kann. Dabei kann der fluidleitende Anschlusskanal der einzige Zugang zu dem Filterelement-Innenraum sein, durch den Flüssigkeit ein- oder austreten kann, ohne durch das Filtermedium hindurch zu treten. Der fluidleitende Anschlusskanal kann einen Querschnitt mit einer Fläche aufweisen, die im Bereich zwischen 0,5mm² (Quadratmillimeter) und 2500mm² liegt, bevorzugt zwischen 0,7mm² und 2000mm² und ganz besonders bevorzugt zwischen 1mm² und 1000mm², er kann z.B. 100mm² oder 300 mm² oder 500mm² oder 700mm² oder 900mm² betragen.
Die Filterelemente können vorteilhafterweise derart gebildet sein, dass ihre dem Außenraum zuweisende Oberfläche zum überwiegenden Teil, d.h. zu wenigstens 50%, bevorzugt zu wenigstens 70% und ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 90 % durch das Filtermedium gebildet ist.
Das Filtermedium kann z.B. flächig ausgebildet sein. Unter einer flächigen Ausbildung ist dabei ein Aspektverhältnis zwischen der Dicke des Filtermediums relativ zu einer Erstreckung des Filtermediums in der Ebene zu verstehen, welches wenigstens 1:5 oder wenigstens 1:10, bevorzugt wenigstens 1:20 oder noch bevorzugter wenigstens 1:30 beträgt. Beispielsweise kann das Filtermedium in der Form einer dünnen Filtermembran mit einer Schichtdicke im Bereich von 5 µm bis 3000 µm, bevorzugt von 1000 µm bis 2000 µm, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 200µm oder 400µm oder 800µm oder 1500 µm oder 2500µm ausgebildet sein. Dabei kann das Filtermedium aus einer einzigen Schicht gebildet sein. Das Filtermedium kann beispielsweise aus einer einzigen Kunststoffmembran mit einer Porengröße von weniger als 200 µm, beispielsweise im Bereich von 5 µm bis 100 µm, ausgebildet sein bzw. eine solche Membran aufweisen, bevorzugt mit einer Porengröße von 5µm bis 20µm. Es ist jedoch auch möglich, dass das Filtermedium aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut ist, z.B. aus einer Gewebeschicht mit einer Schichtdicke zwischen 100 und 400µm, die z.B. der Rohseite zugewandt ist. Einer weiteren Schicht, die als Filtervlies oder Filterfilz ausgebildet sein kann oder als Membran und eine Schichtdicke zwischen 800µm und 1500µm aufweist, sowie eine Porengröße von z.B. 5µm bis 100µm, bevorzugt von 5µm bis 20µm aufweist. Sowie einer weiteren Schicht, die z.B. der Reinseite zugewandt ist und als sogenannte Spunbound-Schicht ausgebildet sein kann, in der Art eines Endlosfadens aus einem Kunststoff und eine Schichtdicke von 50µm bis 800µm aufweist. Bevorzugte Materialien umfassen dabei Kunststoff, z.B. Polyamid, z.B. PA6, PA6.6 oder Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE).
Durch eine derartige Ausgestaltung des Filtermediums kann das jeweilige Filterelement vorteilhaft besonders platzsparend und kompakt bauen und ist besonders einfach herstellbar. So kann das Filtermedium z.B. mit einem Tragrahmen des Filterelements mittels eines Spritzgussverfahrens verbunden sein oder durch einen Schweißvorgang. Weiterhin wird auf diese Weise ein genügend großer Filterelement-Innenraum geschaffen, um ein reibungsfreies Abfließen der Flüssigkeit aus dem Filterelement-Innenraum zu ermöglichen.
Dadurch, dass das wenigstens ein Filterelement taschenförmig ausgebildet ist kann eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Filterelements bewirkt werden.
Dadurch, dass wenigstens ein Filterelement lösbar, d. h. zerstörungsfrei lösbar, an der zugeordneten bzw. zugehörigen Anschlussöffnung festgelegt ist lässt sich eine besonders einfache Wartung des Flüssigkeitsfilters realisieren. Denn ist dieses wenigstens eine, lösbar befestigte Filterelement verstopft bzw. ist seine Filterfläche, z.B. das Filtermedium, mit Partikeln belegt, so kann es einfach vom Verteilerelement abgenommen und durch ein neues Filterelement ersetzt werden. Dadurch lassen sich Kosten sparen. Insbesondere muss nicht der komplette Flüssigkeitsfilter ersetzt werden, wenn lediglich eines der Filterelemente oder zumindest nicht alle Filterelemente ihre Filterkapazität erreicht haben. Die lösbare Verbindung kann z.B. durch eine Schraubverbindung oder eine Clipsverbindung realisiert sein. Es ist auch möglich, dass alle Filterelemente lösbar an ihren zugeordneten Anschlussöffnungen festgelegt sind.
Dadurch, dass wenigstens ein Filterelement unlösbar an der zugeordneten bzw. zugehörigen Anschlussöffnung festgelegt ist, insbesondere angeschweißt ist, wird eine besonders zuverlässige Dichtheit zwischen dem Verteilerelement und dem Filterelement bewirkt. Unter dem Begriff „unlösbar“ ist hier „nicht zerstörungsfrei lösbar“ zu verstehen. Dies kann z.B. durch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen, z.B. eine Schweißverbindung, eine Klebeverbindung, etc. Es ist auch möglich, dass alle Filterelemente unlösbar an ihren zugeordneten Anschlussöffnungen festgelegt sind.
Dadurch, dass das Verteilerelement fluidleitend mit einem Auslasselement zum Auslassen gereinigter Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsfilter verbunden ist wird der Grad an Modularität nochmals gesteigert. Denn an das Auslasselement lässt sich nun z.B. ein vorgefertigtes Modul aus dem Verteilerelement und daran angeordneten Filterelementen einfach anschließen. Dieses letztere Modul kann für verschiedene Anwendungsfälle vorkonfiguriert gefertigt werden und muss dann bei der Endmontage lediglich mit dem - standardisierten - Anschluss des Anschlusselements fluidleitend verbunden werden. Dadurch lassen sich die Herstellkosten erheblich senken.
Dadurch, dass bei wenigstens einem Filterelement im Filterelement-Innenraum eine Stützstruktur vorgesehen ist wird vorteilhaft bewirkt, dass das Filterelement stets ein ausreichend großes Innenvolumen aufweist, welches nicht kollabieren kann.
Durch diese Weiterbildung wird vorteilhaft bewirkt, dass der Filterelement-Innenraum stets ausreichend groß ist bzw. dass eine gewisse Beabstandung zwischen dem Filtermedium und einer ihm gegenüberliegenden Fläche erreicht ist. Damit ist sichergestellt, dass die Filterfläche zur Reinigung der zu reinigenden Flüssigkeit stets aufrechterhalten wird und sich nicht durch einen mechanischen Kontakt zwischen dem Filtermedium und einer ihm gegenüberliegenden Fläche verringert. Auch kann dadurch vorteilhaft sichergestellt werden, dass ein ausreichend großer Spalt zum Abfließen der gereinigten Flüssigkeit aus dem Filterelement-Innenraum verbleibt.
Dadurch, dass die Stützstruktur wenigstens ein Stützelement aufweist, wobei an dem Stützelement eine Mehrzahl von Rippen angeordnet ist, die in einer Richtung quer zu einer Längsachse des Stützelements abragen wird vorteilhaft bewirkt, dass die Stützstruktur im Innern des Filterelements die Aufgabe einer Art Abstandshalter einnehmen kann. Durch die Mehrzahl der Rippen wird über die Fläche des Filterelements hinweg möglichst überall bewirkt, dass das Filterelement bzw. das Filtermedium des Filterelements nicht kollabiert und auf diese Weise die aktive Filterfläche stets aufrechterhalten bleibt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Tankfiltersystem vorgeschlagen. Das Tankfiltersystem weist dabei einen Flüssigkeitsfilter nach der obigen Beschreibung auf. Ein derartiges Tankfiltersystem ist vorteilhaft modular gebaut und daher kostengünstig herstellbar. Weiterhin baut es vorteilhaft besonders kompakt und weist eine lange Standzeit auf und lässt sich besonders einfach und kostengünstig warten.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen

1: Einen schematischen Querschnitt eines Tankfiltersystems;
2: einen schematischen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsfilter;
3: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsfilters;
4: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flüssigkeitsfilters.

1 stellt ein Tankfiltersystem 100 dar. Das Tankfiltersystem 100 weist einen Tank 102 für eine Flüssigkeit 104 auf. Bei der Flüssigkeit 104 kann es sich beispielsweise um einen Kraftstoff, beispielsweise Diesel oder Benzin, handeln. Es ist auch möglich, dass die Flüssigkeit 104 eine (wässrige) Harnstofflösung, beispielsweise für ein SCR-System zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine, ist. Die Schwerkraftrichtung g ist mit einem Pfeil angedeutet. Der Tank ist in seiner normalen Einbaulage dargestellt, so dass die Schwerkraftrichtung g nach unten zeigt.
Die Flüssigkeit 104 im Tank 102 ist ungefiltert, somit liegt im Tank 102 eine Rohseite 103a des Tankfiltersystems 100 vor. Der Tank 102 weist weiterhin einen Durchbruch 105 auf, durch welchen gereinigte Flüssigkeit den Tank 102 verlassen kann. Der Tank 102 ist von einem Außenraum 106 des Tanks 102 umgeben. Der Tank 102 weist weiterhin in seinem Innern, d.h. auf der Rohseite 103a, einen Flüssigkeitsfilter 1 auf. Die Rohseite 103a stellt somit einen Außenraum 103 des Flüssigkeitsfilters 1 dar. Der Flüssigkeitsfilter 1 ist dazu ausgebildet, Partikel aus der Flüssigkeit 104 abzuscheiden.
Der Flüssigkeitsfilter 1 weist ein Verteilerelement 10 mit einem von einer Wand 14 begrenzten Innenraum 11 auf, wobei der Innenraum 11 fluiddicht von dem Außenraum 103 des Flüssigkeitsfilters 1 getrennt ist. Der Innenraum 11 ist als Hohlraum gestaltet und kann als Reinseite 11a dienen.
Der Flüssigkeitsfilter 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei voneinander separate Filterelemente 20a, 20b auf. Das Verteilerelement 10 weist wenigstens zwei, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, Anschlussöffnungen 12a, 12b, 12c, 12d auf, die voneinander beabstandet sind und jeweils die Wand 14 durchgreifen. Dabei ist jedes Filterelement 20a, 20b mit je einer Anschlussöffnung 12a, 12b fluidleitend verbunden.
Die Anschlussöffnungen 12a, 12b, 12c, 12d verbinden grundsätzlich den Innenraum 11 mit dem Außenraum 103, wenn kein Filterelement 20 angeschlossen ist und wenn die Anschlussöffnungen 12 nicht verschlossen sind.
Es ist deutlich erkennbar, dass es sich bei den Anschlussöffnungen 12a, 12b, 12c, 12d nicht lediglich um eine Pore wie in den Filtermedien 21a, 21b handelt, sondern um eine Öffnung, welche beispielsweise wenigstens 2mm Durchmesser, bevorzugt wenigstens 8mm Durchmesser aufweist. Dabei können die Anschlussöffnungen 12a, 12b, 12c, 12d kreisrund, oval oder auch im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein. Beispielsweise können derartige Anschlussöffnungen 12a, 12b, 12c, 12d Abmessungen mit einer Länge von wenigstens 2mm und einer Breite von wenigstens 1mm aufweisen.
Beide Filterelemente 20a, 20b weisen jeweils ein Filtermedium 21a, 21b auf, welches z.B. als Filtermembran oder als Filtervlies ausgebildet sein kann. Das jeweilige Filtermedium 21a, 21b trennt dabei den Außenraum 103 von einem Filterelement-Innenraum 22a, 22b des jeweiligen Filterelements 20a, 20b. Der jeweilige Filterelement-Innenraum 22a, 22b kann dabei als Reinseite der Flüssigkeit dienen, nachdem die Partikel der auf der Rohseite 103a vorliegenden Flüssigkeit 104 beim Durchtritt durch das jeweilige Filtermedium 21a, 21b an diesem abgeschieden worden sind. Zum Herausleiten der gereinigten Flüssigkeit aus dem Filterelement-Innenraum 22a, 22b ist an den Filterelementen 20a, 20b jeweils ein fluidleitender Anschlusskanal 26a, 26b vorgesehen.
Im Filterelement-Innenraum 22a, 22b kann eine Stützstruktur 70a, 70b vorgesehen sein. Die Stützstruktur 70a, 70b wird z.B. durch ein Stützelement 71a, 7ab mit einer Mehrzahl von daran angeordneten Rippen 72a, 72b gebildet. Das Stützelement 71a, 71b erstreckt sich dabei z.B. entlang einer Längsachse A und die Mehrzahl der Rippen 72a, 72b ragt vom Stützelement 71a, 71b quer zur Längsachse A ab. Durch das Vorsehen der Stützstruktur 70a, 70b wird verhindert, dass das Filtermedium 21a, 21b im Betrieb kollabiert und sich auf diese Weise in unerwünschter Art die aktive Filterfläche verringert. Durch eine derartige Stützstruktur kann das jeweilige Filterelement 20a, 20b sehr flach gebaut werden, z.B. mit einer Höhe H zwischen 2mm und 100mm, bevorzugt zwischen 5mm und 50mm. Die Filteroberfläche eines Filterelements 20a, 20b kann z.B. wenigstens 1000 mm² (Quadratmillimeter) betragen, bevorzugt wenigstens 2000mm², z.B. 2200 mm² oder 2300 mm² oder 2500mm².
Die Filterelemente 20a, 20b können gleich gebaut sein, was die Herstellung kostengünstiger und die Handhabung einfacher macht. Die Filterelemente 20a, 20b können z.B. lösbar oder unlösbar an ihren fluidleitenden Anschlusskanälen 26a, 26b an der jeweils zugeordneten Anschlussöffnung 12a, 12b fluidleitend befestigt sein.
Oberhalb des Verteilerelements 10 schließt sich ein Auslasselement 2 zum Auslassen gereinigter Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsfilter 1 an.
In 1 ist zu erkennen, wie die Flüssigkeit 104 aus dem Tank 102 entlang der Pfeile von der Rohseite 103a im Tank 102 durch die Filtermedien 21a, 21b der beiden Filterelemente 20a, 20b zunächst in den jeweiligen Filterelement-Innenraum 22a, 22b eintritt. Dabei werden außen die Partikel an den Filtermedien 21a, 21b abgeschieden. Von den Filterelement-Innenräumen 22a, 22b strömt die gereinigte Flüssigkeit jeweils durch die fluidleitenden Anschlusskanäle 26a, 26b, die die Filterelement-Innenräume 22a, 22b mit der den Filterelementen 20a, 20b zugeordneten Anschlussöffnungen 12a, 12b am Verteilerelement 10 verbindet. Dann tritt die gereinigte Flüssigkeit in den Innenraum 11 des Verteilerelements 10 und kann von dort zu dem Auslasselement 2 gelangen, durch welche die Flüssigkeit den Flüssigkeitsfilter 1 verlässt.
Ein Flüssigkeitseintritt aus dem Tank 102 bzw. von der Rohseite 103a des Tanks 102 zum Innenraum 11 des Verteilerelements 10 kann somit nur durch eines der Filtermedien 21a, 21b eines Filterelements 20a, 20b erfolgen. Durch das Auslasselement 2 kann somit gereinigte Flüssigkeit aus dem Tank 102 durch den Flüssigkeitsfilter 1 hindurch entnommen werden. Die derart gereinigte Flüssigkeit kann beispielsweise einer Brennkraftmaschine oder einem Abgasnachbehandlungssystem zugeführt werden.
Um das Eintreten von Flüssigkeit aus dem Tank 102 durch die Filtermedien 21a, 21b hindurch in den Innenraum 11 zu bewirken, kann am Auslasselement 2 ein Unterdruck, beispielsweise durch eine Pumpe an einer Brennkraftmaschine oder einem Abgasnachbehandlungssystem, erzeugt werden.
Grundsätzlich ist es selbstverständlich denkbar, dass der Flüssigkeitsfilter 1 auch in umgekehrter Richtung betrieben wird, d.h. das durch Auslasselement 2 ungereinigte Flüssigkeit in den Innenraum 11 des Verteilerelements 10 eingeleitet wird und dann von dort durch die Filtermedien 21a, 21b hindurch in den Außenraum 103 des Flüssigkeitsfilters 1 tritt. Das Auslasselement 2 fungiert in diesem Fall selbstverständlich als ein Einlasselement zum Einlassen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsfilter 1. Reinseite und Rohseite sind gegenüber der obigen Beschreibung dann vertauscht.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform eines Filterelements 20 des Flüssigkeitsfilters 1. Das Filterelement 20 weist einen Tragrahmen 27 mit einer Tragrahmenwand 28 auf. Die Tragrahmenwand 28 weist eine erste Stirnseite 28a (in der Figur nach unten weisend) und eine zweite Stirnseite 28b (in der Figur nach oben weisend) auf. Das Filtermedium 21 ist auf der ersten Stirnseite 28a und auf der zweiten Stirnseite 28b fluiddicht befestigt. Das Filterelement 20 bildet somit die Form einer Tasche. An seiner in der Figur rechten Seite ist der fluidleitende Anschlusskanal 26 angeordnet, der die Tragrahmenwand 28 zwischen den beiden Stirnseiten 28a, 28b durchgreift und so den Filterelement-Innenraum 22 mit einem Außenraum des Filterelements 20 verbindet. Ist dieser Anschlusskanal 26 mit einer Anschlussöffnung 12 des Flüssigkeitsfilters 1 verbunden, so ist der Filterelement-Innenraum 22 mit dem Innenraum 11 des Verteilerelements 10 verbunden.
Der Tragrahmen 27, beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt, erstreckt sich länglich und flach. Seine laterale Erstreckung (in der Figur von links nach rechts bzw. in die Bildebene hinein) ist dabei z.B. wenigstens 5-fach so groß so groß wie seine Höhe H (in der Figur von unten nach oben), bevorzugt wenigstens 10-fach so groß wie seine Höhe H. Die Höhe H kann z.B. zwischen 1mm und 100mm betragen, bevorzugt zwischen 3mm und 40mm und ganz besonders bevorzugt zwischen 5mm und 25mm. Das Filtermedium 21 auf der in der Figur oberen Seite des Tragrahmens 27 und das Filtermedium 21 auf der in der Figur unteren Seite des Tragrahmens 27 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.. Mit anderen Worten: die Tragrahmenwand 28 weist überall im Wesentlichen dieselbe Höhe auf. Jedoch sind auch andere Ausgestaltungen denkbar.
Es kann vorgesehen sein, dass das Filtermedium 21 auf der ersten Stirnseite 28a und/oder auf der zweiten Stirnseite 28b durch einen Reibschweißprozess oder einen Laserschweißprozess fluiddicht befestigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Filtermedium 21 in einem Spritzgussprozess jeweils mit den zugehörigen Stirnseiten 28a, 28b der Tragrahmenwand 28 verbunden wird. Dabei kann beispielsweise das betreffende Filtermedium 21 als ein Einlegeteil einer Spritzgussanlage fungieren, wobei der Tragrahmen 27 aus einem Kunststoff gespritzt wird.
Das Filtermedium 21 kann z.B. in der Form einer dünnen Membran mit einer flächigen Erstreckung ausgebildet sein oder auch als Filtervlies. Eine derartige Membran kann z.B. eine Dicke im Bereich von 5µm bis 200µm aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, ein Filtermedium zu verwenden, welches eine Dicke im Bereich von 5µm bis 3000µm aufweist, bevorzugt zwischen 1000µm und 2000µm, z.B. 1000µm oder 1500µm. Dabei kann das Filtermedium aus einer einzigen Lage gebildet sein oder mehrlagig gestaltet sein.
Der Tragrahmen 28 des Flüssigkeitsfilters 1 kann in einer Erstreckungsebene in die Bildebene hinein bananenförmig gekrümmt ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt er sich besonders gut einer Tankform anpassen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das Filterelement 20 in einer anderen Ausführungsform ohne Tragrahmen 27 gebildet ist. In einer derartigen Ausführungsform, die z.B. in 1 angedeutet ist, können zwei Teile (ein Oberteil und ein Unterteil) des Filtermediums 21 übereinander gelegt werden und dann an ihren Randbereichen miteinander fluiddicht verbunden werden, z.B. durch einen Klebeprozess oder einen Schweißprozess. Auf diese Weise kann z.B. eine Tasche gebildet werden, die nur eine Öffnung für den Anschlusskanal 26 offen lässt. Im Innenraum des derart gebildetsten Filterelements 20 kann eine Stützstruktur 70, wie in 2 dargestellt, angeordnet sein. Eine derartige Stützstruktur verhindert, dass die beiden Teile des Filtermediums 21 im Innern der Tasche miteinander in Kontakt kommen und die Filterfunktion beeinträchtigen. Ein solches Filterelement 20 ohne Tragrahmen 27 kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Flüssigkeitsfilters 1, bei welchem an dem Verteilerelement 10 sechs Anschlussöffnungen 12a-12f vorgesehen sind. Von diesen sechs Anschlussöffnungen 12a-12f sind vier Stück geschlossen, nämlich die Anschlussöffnungen 12c, 12d, 12e, 12f. An zwei der Anschlussöffnungen 12a, 12b ist jeweils ein Filterelement 20a, 20b angeschlossen. Dabei können die beiden Filterelemente 20a, 20b z.B. eine bananenförmig gekrümmte Form aufweisen. Der Großteil der Oberfläche der Filterelemente 20a, 20b wird durch ein Filtermedium 21a, 21b gebildet. Durch diese Filtermedien 21a, 21b muss ungereinigte Flüssigkeit 104 aus dem Außenraum 103 des Flüssigkeitsfilters 1 hindurchtreten, um zum im Innern des Verteilerelements 10 gelegenen Innenraum 11 zu gelangen - um also von der Rohseite 103a zur Reinseite 11a zu gelangen. Die Filterelemente 20a, 20b können dabei mit Tragrahmen 27 oder ohne Tragrahmen 27 gebildet sein.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Flüssigkeitsfilters 1. Der Flüssigkeitsfilter weist dasselbe Verteilerelement 10 auf wie in 3. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind nun jedoch vier Filterelemente 20a, 20b, 20c, 20d an vier der Anschlussöffnungen 12a, 12b, 12c, 12d fluidleitend angeschlossen, wodurch die Filterkapazität erhöht ist gegenüber dem Flüssigkeitsfilter aus 3. Lediglich zwei Anschlussöffnungen 12e, 12f sind geschlossen bzw. verschlossen.
Aus dem Vergleich der 3 und 4 wird sehr gut das modulare Konzept des Flüssigkeitsfilters 1 deutlich: in einfacher Weise kann die Filterkapazität erhöht werden, indem weitere Filterelemente 20 an das Verteilerelement 10 angeschlossen werden. Da die Filterelemente 20 im Vergleich zu dem Verteilerelement 10 recht teuer sind kann so bei geringer benötigter Filterkapazität vermieden werden, unnötige Filterkapazität bereitzustellen (3). In einer Anwendung mit hoher Filterkapazität kann dagegen unter Verwendung von Gleichteilen in einfacher und kostengünstiger Weise die Filterkapazität durch das Anschließen weiterer Gleichteile (Filterelemente 20) erhöht werden (4).
Bei den Filterelementen 20a, 20b, 20c, 20d der 3 und 4 kann es sich um Gleichteile handeln. Selbstverständlich können die Filterelemente 20 nicht als Gleichteile gestaltet sein, sie können z.B. in mehreren verschiedenen Größen (Filteroberfläche), mit unterschiedlichen Porengrößen oder mit und ohne Tragrahmen 27 gestaltet sein.
Das Tankfiltersystem 100 bzw. der Flüssigkeitsfilter 1 sind beispielsweise geeignet für die Filtrierung von Kraftstoffen wie z.B. Diesel oder Benzin und insbesondere für Flüssigkeiten, welche in SCR-Systemen Verwendung finden, z.B. wässrige Harnstofflösung. Grundsätzlich kann das Tankfiltersystem 100 auch für die Filtrierung von Wasser geeignet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20040144705 A1 [0003]

Claims

Flüssigkeitsfilter zum Abscheiden von Partikeln aus einer Flüssigkeit, insbesondere aus Kraftstoff oder einer Harnstofflösung, aufweisend: -- ein Verteilerelement (10) mit einem von einer Wand (14) begrenzten Innenraum (11), der fluiddicht von einem Außenraum (103) des Flüssigkeitsfilters (1) getrennt ist, -- wenigstens zwei voneinander separate Filterelemente (20), wobei das Verteilerelement (10) wenigstens zwei Anschlussöffnungen (12) aufweist, die voneinander beabstandet sind und jeweils die Wand (14) durchgreifen, wobei jedes Filterelement (20) mit je einer Anschlussöffnung (12) fluidleitend verbunden ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, wobei alle Filterelemente (20) Gleichteile sind.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Anschlussöffnungen (12), mit denen kein Filterelement (20) verbunden ist, fluiddicht verschlossen sind.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Filterelement (20) aufweist -- ein Filtermedium (21) zum Abscheiden von Partikeln, wobei das Filtermedium (21) einen Filterelement-Innenraum (22) von dem Außenraum (103) trennt, -- einen fluidleitenden Anschlusskanal (26), der den Filterelement-Innenraum (22) mit der dem Filterelement (20) zugeordneten Anschlussöffnung (12) am Verteilerelement (10) verbindet.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Filterelement (20) taschenförmig ausgebildet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Filterelement (20) lösbar an der zugeordneten Anschlussöffnung (12) festgelegt ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Filterelement (20) unlösbar an der zugeordneten Anschlussöffnung (12) festgelegt ist, insbesondere angeschweißt ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verteilerelement (10) fluidleitend mit einem Auslasselement (2) zum Auslassen gereinigter Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsfilter (1) verbunden ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei bei wenigstens einem Filterelement (20) im Filterelement-Innenraum (22) eine Stützstruktur (70) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsfilter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Stützstruktur (70) wenigstens ein Stützelement (71) aufweist, wobei an dem Stützelement (71) eine Mehrzahl von Rippen (72) angeordnet ist, die in einer Richtung quer zu einer Längsachse (A) des Stützelements (71) abragen.
Tankfiltersystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Tankfiltersystem (100) einen Flüssigkeitsfilter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.