DE102017214400A1

DE102017214400A1 - Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE102017214400A1
Application number: DE102017214400.9A
Authority: DE
Inventors: Anna Eichner; Andreas Kollmann; Peter Zausnig
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung (9) zum Filtern einer Flüssigkeit (4), die zwei fluidische Anschlüsse (15, 16) aufweist, zwischen denen ein Filterelement (23) angeordnet ist, welches eine Reinseite (35) von einer Rohseite (36) trennt. Eine vereinfachte Ausbildung der Filtereinrichtung (9) und/oder eine erhöhte Prozesssicherheit der Filtereinrichtung (9) ergeben sich dadurch, dass ein Betriebsströmungspfad (48) vom ersten fluidischen Anschluss (15) über die Rohseite (36) zur Reinseite (35) und zum zweiten fluidischen Anschluss (16) führt, wogegen ein Rückführströmungspfad (49) von der Rohseite (36) zur Reinseite (35) und zum ersten fluidischen Anschluss (15) führt, wobei im jeweiligen Strömungspfad (48, 49) eine zugehörige Ventileinrichtung (50, 51) angeordnet ist, welche die Strömung der Flüssigkeit (4) in Richtung des zugehörigen Strömungspfads (48, 49) freigibt und entgegen des Strömungspfads (48, 49) zumindest teilweise sperrt.Die Erfindung betrifft zudem ein Fluidversorgungssystem (3) mit einer solchen Filtereinrichtung (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fluidversorgungssystem mit einer solchen Filtereinrichtung.
Bei der Versorgung einer Vielzahl von Anwendungen, die mit einer Flüssigkeit versorgt werden, ist es wünschenswert, die Flüssigkeit zuvor zu reinigen. Hierzu kommen üblicherweise Filtereinrichtungen zum Einsatz, welche von der Flüssigkeit durchströmt und dabei gefiltert werden. Derartige Filtereinrichtungen weisen zum Filtern der Flüssigkeit gewöhnlich ein Filterelement mit einem Filtermaterial auf, welches von der Flüssigkeit durchströmt und dabei gefiltert wird, so dass das Filtermaterial eine stromauf angeordnete Rohseite von einer stromab angeordneten Reinseite trennt.
Zur Regelung des Drucks, mit der die Flüssigkeit die Filtereinrichtung verlässt sind so genannte Druckregler bekannt. Die DE 10 2015 208 476 A1 offenbart ein Fluidversorgungssystem, mit dem eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgt wird. Zur Druckregelung ist stromab der Filtereinrichtung eine Rücklaufleitung vorgesehen, die zurück zu einem Kraftstofftank führt, wobei in der Rücklaufleitung ein Druckregler angeordnet ist.
Die EP 1 034 022 B1 schlägt eine Lösung vor, bei der die Druckregelung innerhalb der Filtereinrichtung erfolgt, wobei hierzu an der Filtereinrichtung ein Einlass, ein Auslass sowie ein vom Einlass und Auslass separater Rücklauf vorgesehen sind. Der Rücklauf kommuniziert mit der Reinseite der Filtereinrichtung über einen integrierten Druckregler, der ein federbeaufschlagtes Ventil aufweist.
Bei derartigen Systemen und Filtereinrichtungen besteht der Bedarf, diese kompakter und/oder einfacher herzustellen bzw. auszubilden. Zudem ist es wünschenswert, in der Filtereinrichtung vorhandene Flüssigkeit bei Bedarf zu entfernen, um bspw. frostbedingte Beschädigungen der Filtereinrichtung, insbesondere des Filtermaterials, zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Filtereinrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit sowie für ein Fluidversorgungssystem mit einer solchen Filtereinrichtung verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch einen vereinfachten Aufbau und/oder eine verbesserte Prozesssicherheit auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Filtereinrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit zwei fluidische Anschlüsse sowie zwei Strömungspfade vorzusehen, wobei einer der Strömungspfade von einem der Anschlüsse zum anderen Anschluss und der andere Strömungspfad innerhalb der Filtereinrichtung zu einem der Anschlüsse führt, und wobei dem jeweiligen Strömungspfad eine Ventileinrichtung zugewiesen ist, welche die Strömung der Flüssigkeit in Richtung des Strömungspfads zulässt und in entgegengesetzter Richtung zumindest teilweise sperrt. Somit kann die Filtereinrichtung mit lediglich zwei fluidischen Anschlüssen und somit vereinfacht und/oder kompakt hergestellt werden. Zudem ist es möglich, beide Strömungspfade durch ein Filtermaterial eines Filterelements der Filtereinrichtung zu führen, so dass die Flüssigkeit beim Strömen entlang beider Strömungspfade gefiltert wird und anschließend aus der Filtereinrichtung gelangt. Auf diese Weise wird insbesondere die Prozesssicherheit erhöht und/oder die Gefahr, dass verunreinigte und/oder ungereinigte Flüssigkeit aus der Filtereinrichtung strömt, zumindest verringert. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Filtereinrichtung also einen ersten fluidischen Anschluss und einen zweiten fluidischen Anschluss auf, wobei das Filterelement mit dem Filtermaterial zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist. Die Flüssigkeit durchströmt im Betrieb das Filtermaterial, welches somit eine stromauf angeordnete Rohseite von einer stromab angeordneten Reinseite trennt. Dabei ist ein Betriebsströmungspfad vorgesehen, über den in einem Regelbetrieb der Filtereinrichtung die Flüssigkeit vom ersten Anschluss durch das Filterelement bis zum zweiten Anschluss strömt. Im Regelbetrieb dient der erste Anschluss also als ein Einlass, während der zweite Anschluss als ein Auslass dient. Der Betriebsströmungspfad führt also vom ersten Anschluss über die Rohseite zur Reinseite und anschließend zum zweiten Anschluss. Zudem ist ein Rückströmungspfad vorgesehen, über den in einem Rückführbetrieb die Flüssigkeit von der Rohseite durch das Filtermaterial zur Reinseite bis zum ersten Anschluss strömt. Im Rückführbetrieb strömt in der Filtereinrichtung vorhandene Flüssigkeit über den ersten Anschluss aus der Filtereinrichtung, so dass der erste Anschluss im Rückführbetrieb als Auslass fungiert. Zudem ist im Betriebsströmungspfad eine erste Ventileinrichtung angeordnet, welche die Strömung der Flüssigkeit in Richtung des Betriebsströmungspfads freigibt und entgegen des Betriebsströmungspfads zumindest teilweise sperrt. Zudem ist eine zweite Ventileinrichtung angeordnet, welche die Strömung der Flüssigkeit in Richtung des Rückströmungspfads freigibt und entgegen des Rückströmungspfads sperrt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass die Flüssigkeit im Regelbetrieb der Filtereinrichtung ausschließlich über den Betriebsströmungspfad und im Rückführbetrieb über den Rückführströmungspfad strömt. Es wird also der erste Anschluss sowohl für das Fördern der Flüssigkeit in die Filtereinrichtung als auch zum Rückführen der Flüssigkeit verwendet, so dass die Filtereinrichtung insgesamt kompakter und/oder einfacher herzustellen ist. Zudem wird sichergestellt, dass rückgeführte Flüssigkeit, die über den Rückführströmungspfad strömt, zumindest überwiegend von der Rohseite in die Reinseite gelangt und somit gefiltert wird, so dass insgesamt gefilterte Flüssigkeit rückgeführt wird. Insbesondere wird auch vermieden, dass im Rückführbetrieb Flüssigkeit von der Reinseite zur Rohseite strömt und dabei im Filtermaterial zurückgehaltene Verunreinigungen rückgeführt werden.
Der Regelbetrieb der Filtereinrichtung entspricht also demjenigen Betrieb, bei dem die Flüssigkeit durch den ersten, als Einlass fungierenden Anschluss in die Filtereinrichtung gelangt, das Filtermaterial des Filterelements passiert und dabei gereinigt wird und anschließend über den zweiten Anschluss, der als Auslass dient, aus der Filtereinrichtung strömt. Im Rückführbetrieb wird demgegenüber Flüssigkeit über die Reinseite aus der Filtereinrichtung über den ersten Anschluss gefördert, wobei auf der Rohseite vorhandene Flüssigkeit zunächst das Filtermaterial passiert und gefiltert auf die Reinseite gelangt, um anschließend durch den ersten Anschluss aus der Filtereinrichtung zu strömen.
Da im Rückführbetrieb der Rückführströmungspfad durch die Reinseite führt, strömt bereits auf der Reinseite vorhandene Flüssigkeit ebenfalls über den Rückführströmungspfad zum ersten fluidischen Anschluss, wobei wiederum gereinigte Flüssigkeit zurückgeführt wird.
Die Anschlüsse der Filtereinrichtung sind vorzugsweise an einem Gehäuse der Filtereinrichtung, nachfolgend auch Filtergehäuse genannt, angeordnet, insbesondere ausgebildet. Im Gehäuse ist das Filterelement angeordnet, dessen Filtermaterial im Betrieb der Filtereinrichtung von der Rohseite zur Reinseite durchströmt wird.
Die Filtereinrichtung kann zum Filtern einer beliebigen Flüssigkeit zum Einsatz kommen. Die Filtereinrichtung kommt insbesondere zum Filtern von Wasser zum Einsatz und ist dementsprechend als Wasserfilter ausgestaltet. Ebenso ist es vorstellbar, die Filtereinrichtung zum Filtern von Kraftstoff einzusetzen, so dass die Filtereinrichtung als ein Kraftstofffilter ausgestaltet ist.
Das Filterelement kann prinzipiell beliebig ausgestaltet, insbesondere geformt, sein, sofern es im Betrieb durchströmt ist und mit dem Filtermaterial die Rohseite von der Reinseite trennt. Das Filterelement ist vorzugsweise austauschbar, so dass es bei Bedarf, beispielsweise im Rahmen von Serviceintervallen, ausgetauscht werden kann
Bevorzugt ist das Filterelement als Ringfilterelement ausgebildet, das radial durchströmbar ist. Das heißt, dass das Filterelement bzw. dessen Filtermaterial ringförmig ausgebildet sind, wobei das Filtermaterial radial durchströmt ist und somit die Rohseite von der Reinseite trennt.
Prinzipiell ist es vorstellbar, die jeweilige Ventileinrichtung zum Sperren bzw. Freigeben anzusteuern, wobei hierzu eine Steuereinrichtung vorgesehen sein kann. Bevorzugt ist es jedoch, wenn zumindest eine der Ventileinrichtungen als eine selbsttätige Ventileinrichtung ausgestaltet ist, welche somit ohne äußere Steuerung selbsttätig, insbesondere aufgrund vorhandener Druckverhältnisse, verstellt wird.
Bevorzug ist es, wenn zumindest eine der Ventileinrichtungen ein Ventil aufweist, welches unidirektional ausgestaltet ist, und somit eine Strömung in eine Richtung zulässt und in die entgegengesetzte Richtung sperrt.
Als bevorzugt gelten dabei Ausführungsformen, bei denen zumindest eine der Ventileinrichtungen, vorzugsweise beide Ventileinrichtungen, zumindest ein Rückschlagventil aufweist. Hierdurch lässt sich die Filtereinrichtung besonders zuverlässig und kostengünstig realisieren. Das jeweilige Rückschlagventil ist dabei derart angeordnet, dass es die Strömung der Flüssigkeit in Richtung des zugehörigen Strömungspfads freigibt und entgegen des Strömungspfads zumindest teilweise sperrt.
Als vorteilhaft gelten Varianten, bei denen wenigstens eines der Rückschlagventile federbelastet ist. Die Federbelastung des Rückschlagventils führt dazu, dass das Rückschlagventil erst ab einer vorgegebenen Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit öffnet. Somit kann insbesondere ein unerwünschtes Öffnen und Schließen des jeweiligen Rückschlagventils verhindert werden.
Ist ein federbelastetes Rückschlagventil im Rückführströmungspfad angeordnet, ist es möglich, innerhalb der Filtereinrichtung eine Druckregelung zu realisieren, wobei diese Druckregelung abhängig von der Federbelastung des Rückschlagventils ist. Steigt der Druck in der Flüssigkeit im Reinbereich oberhalb eines vorgegebenen Werts, der durch die Federbelastung des Rückschlagventils einstellbar ist, öffnet das Rückschlagventil, so dass Flüssigkeit aus dem Reinbereich über das Rückschlagventil zum ersten Anschluss strömt, so dass im Regelbetrieb der Druck der aus dem zweiten Anschluss strömenden, gefilterten Flüssigkeit geregelt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Anschluss in einem topfförmigen Bestandteil des Filtergehäuses angeordnet. Der erste Anschluss kann dabei in einem toppförmigen Filtergehäusedeckel des Filtergehäuses, der einen Filtergehäusetopf verschließt, in dem das Filterelement angeordnet ist, angeordnet sein. Vorstellbar ist es auch, den ersten Anschluss im Filtergehäusetopf anzuordnen. Dabei ist vorteilhaft zwischen dem ersten Anschluss und dem Filterelement ein Einsatz vorgesehen, der eine Trennwand bildet, wobei die Trennwand ein mit dem ersten Anschluss fluidisch verbundenes Volumen begrenzt. Vorteilhaft ist in der Trennwand zumindest eine der Ventileinrichtungen, besonders bevorzugt beide Ventileinrichtungen, insbesondere die Rückschlagventile, angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Bauweise der Filtereinrichtung. Der Einsatz ist vorteilhaft vom Filterelement separat, so dass er bei einem Wechsel des Filterelements nicht ausgetauscht wird und/oder keines Austauschs bedarf. Somit kann das Filterelement vereinfacht und/oder kostengünstig hergestellt werden.
Die Trennwand weist vorteilhaft eine erste Wandöffnung auf, in der die erste Ventileinrichtung, insbesondere das zumindest eine Rückschlagventil der ersten Ventileinrichtung, angeordnet ist. Das heißt also, dass der Betriebsströmungspfad vom ersten Anschluss über die zumindest eine erste Wandöffnung zur Rohseite und anschließend zur Reinseite und dem zweiten Anschluss verläuft.
Vorteilhaft ist es, wenn eine der Trennwand zugewandte Endscheibe des Filterelements, insbesondere des Ringfilterelements, eine Scheibenöffnung aufweist, die mit dem Inneren des Filterelements, insbesondere des Ringfilterelements, fluidisch verbunden ist. Bevorzugt ist es zudem in der Trennwand eine der Scheibenöffnung zugehörige zweite Wandöffnung vorgesehen, die mit der Scheibenöffnung fluidisch verbunden ist, so dass die Scheibenöffnung und somit das Innere des Filterelements mit dem Volumen fluidisch verbunden sind. Dabei ist die zweite Ventileinrichtung, insbesondere das Rückschlagventil der zweiten Ventileinrichtung, in der zweiten Wandöffnung angeordnet. Hierbei ist also die Reinseite fluidisch mit der Scheibenöffnung und der zweiten Wandöffnung verbunden. Dementsprechend führt der Rückführströmungspfad von der Rohseite zur Reinseite und über die Scheibenöffnung und der zweiten Wandöffnung zum ersten Anschluss.
Die jeweilige Wandöffnung der Trennwand kann prinzipiell beliebig ausgebildet, insbesondere geformt, und/oder angeordnet sein.
Bevorzugt ist es, wenn die zweite Wandöffnung zentral in der Trennwand angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Scheibenöffnung zentral in der Endscheibe angeordnet sein. Somit lässt sich die Filtereinrichtung insbesondere kompakt und vereinfacht herstellen.
Vorteilhafte Ausführungsformen sehen vor, dass die Scheibenöffnung an einem axial von der Endscheibe in Richtung der Trennwand abstehenden Stutzen angeordnet bzw. ausgeformt ist, wobei die zweite Wandöffnung an einem Boden einer topfförmigen Vertiefung des Einsatzes angeordnet ist. Der Stutzen ist zudem dichtend in die topfförmige Vertiefung eingesteckt, derart, dass über die zweite Wandöffnung keine Bypassströme vorhanden sind. Das dichtende Einstecken des Stutzens in die topfförmige Vertiefung wird insbesondere mit Hilfe einer Dichtung oder eines Dichtmittels, insbesondere einer Ringdichtung, realisiert. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die zumindest eine erste Wandöffnung außerhalb der Vertiefung angeordnet ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist an dem Stutzen ein Radialkragen angeordnet, insbesondere ausgebildet, während an der Vertiefung eine zugehörige Radialstufe angeordnet bzw. ausgebildet ist. Der Radialkragen und die Radialstufe bilden dabei einen Anschlag beim Einstecken des Stutzens in die Vertiefung. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Filterelement über den Stutzen in der Filtereinrichtung zu positionieren. Vorstellbar ist es dabei, zwischen dem Radialkragen und der Radialstufe ein Dichtmittel, insbesondere eine Ringdichtung anzuordnen, um das dichtende Einstecken des Stutzens in der Vertiefung zu realisieren.
Prinzipiell ist es möglich, lediglich eine erste Wandöffnung vorzusehen. Bevorzugt ist es, wenn zumindest zwei oder mehr erste Wandöffnungen vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, das Filterelement, insbesondere das Ringfilterelement, im Regelbetrieb gleichmäßig mit der Flüssigkeit zu beaufschlagen und/oder einen erhöhten Volumenstrom der Flüssigkeit durch die Filtereinrichtung zu ermöglichen.
Bevorzugt ist es dabei, wenn die ersten Wandöffnungen in Umfangsrichtung verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Filterelement im Regelbetrieb gleichmäßig, insbesondere das Ringfilterelement in Umfangsrichtung gleichmäßig, mit der Flüssigkeit zu beaufschlagen. Zudem ist es somit möglich, den Betriebsströmungspfad auch in einer gekippten Stellung der Filtereinrichtung aufrecht zu erhalten, wobei gekippt hier insbesondere bezüglich der Axialrichtung der Filtereinrichtung, insbesondere des Ringfilterelements, zu verstehen ist.
Die Filtereinrichtung kann prinzipiell in einem beliebigen Fluidversorgungssystem zum Einsatz kommen, wobei es sich versteht, dass auch ein solches Fluidversorgungssystem zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Das Fluidversorgungssystem weist neben der Filtereinrichtung einen Tank zum Bevorraten der Flüssigkeit auf. Im Tank kann also Wasser bevorratet sein, so dass es sich beim Fluidversorgungssystem um ein Wasserversorgungssystem handelt. Alternativ kann im Tank Kraftstoff bevorratet sein, so dass es sich beim Fluidversorgungssystem um ein Kraftstoffversorgungssystem handelt.
Der Tank des Fluidversorgungssystems ist hierbei mit dem ersten Anschluss der Filtereinrichtung verbunden. Der zweite Anschluss der Filtereinrichtung ist mit einer nachfolgenden Anwendung, bspw. einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, fluidisch verbunden. Im Regelbetrieb der Filtereinrichtung bzw. des Fluidversorgungssystems strömt dabei Flüssigkeit aus dem Tank durch den ersten Anschluss den Betriebsströmungspfad entlang zum zweiten Anschluss und verlässt den zweiten Anschluss in gefilterter Form und strömt zur nachfolgenden Anwendung, insbesondere zur Brennkraftmaschine. Im Rückführbetrieb wird insbesondere in der Filtereinrichtung vorhandene Flüssigkeit über den ersten Anschluss zurück zum Tank gefördert, wobei auf der Rohseite vorhandene Flüssigkeit zunächst das Filterelement passiert und anschließend, mit ggf. auf der Reinseite vorhandener Flüssigkeit gemeinsam, zum Tank gelangt.
Zum Realisieren des Regelbetriebs und des Rückführbetriebs kann das Fluidversorgungssystem eine Fördereinrichtung aufweisen, die von einer entsprechend ausgestalteten Steuereinrichtung der Filtereinrichtung bzw. des Fluidversorgungssystems gesteuert sein kann. Die Fördereinrichtung fördert die Flüssigkeit im Regelbetrieb entlang des Betriebsströmungspfads durch den ersten Anschluss in Richtung des zweiten Anschlusses und im Rückführbetrieb entlang des Rückführströmungspfads aus dem ersten Anschluss in Richtung des Tanks.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch,

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Fluidversorgungssystem, das eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung aufweist,
2 einen Längsschnitt durch die Filtereinrichtung,
3 eine isometrische Ansicht eines Teils der Filtereinrichtung im Schnitt,
4 eine isometrische Ansicht eines Teils der Filtereinrichtung,
5 eine vergrößerte Ansicht des in 2 mit V bezeichneten Bereichs.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 schaltplanartig und stark vereinfacht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Brennkraftmaschine 2 sowie ein Fluidversorgungssystem 3 zum Versorgen der Brennkraftmaschine 2 mit einer Flüssigkeit 4 auf. Die Flüssigkeit 4 kann Wasser 5 sein, so dass es sich beim Fluidversorgungssystem 3 um ein Wasserversorgungssystem 6 handelt. Alternativ kann die Flüssigkeit 4 Kraftstoff 7 sein, so dass es sich beim Fluidversorgungssystem 3 um ein Kraftstoffversorgungssystem 8 handelt. Das Fluidversorgungssystem 3 weist eine Filtereinrichtung 9 auf, wie sie in den 2 bis 5 dargestellt ist. Mit der Filtereinrichtung 9 wird die der Brennkraftmaschine 2 zugeführte Flüssigkeit 4 zuvor gefiltert und somit gereinigt. Dementsprechend kann die Filtereinrichtung 9 ein Wasserfilter 10 oder ein Kraftstofffilter 11 sein. Das Fluidversorgungssystem 3 weist zudem einen Tank 12 auf, in dem die Flüssigkeit 4 bevorratet ist. Zum Fördern der Flüssigkeit 4 weist das Fluidversorgungssystem 3 eine Fördereinrichtung 13 auf, die eine Pumpe 14 sein oder zumindest eine Pumpe 14 aufweisen kann. Die Filtereinrichtung 9 weist einen ersten fluidischen Anschluss 15 und einen vom ersten fluidischen Anschluss 15 separaten zweiten fluidischen Anschluss 16 auf. In einem Regelbetrieb des Fluidversorgungssystems 3 bzw. der Filtereinrichtung 9 wird die Flüssigkeit 4 mit Hilfe der Fördereinrichtung 13 aus dem Tank 4 gefördert und mit Hilfe der Filtereinrichtung 9 gefiltert, bevor sie der Brennkraftmaschine 2 zugeführt wird. Hierzu strömt die Flüssigkeit 4 durch den ersten fluidischen Anschluss 15 in die Filtereinrichtung 9 und verlässt die Filtereinrichtung 9 gefiltert aus dem zweiten fluidischen Anschluss 16. Im Regelbetrieb fungiert der erste fluidische Anschluss 15 also als Einlass 17, während der zweite fluidische Anschluss 16 als Auslass 18 fungiert. In einem Rückführbetrieb wird in der Filtereinrichtung 9 vorhandene Flüssigkeit 4 über den ersten fluidischen Anschluss 15 aus der Filtereinrichtung 9 zum Tank 12 gefördert, so dass der erste fluidische Anschluss 15 im Rückführbetrieb als Auslass 19, nachfolgend auch Rückführauslass 19 genannt, fungiert. Zum Rückführen der Flüssigkeit 4 in den Tank 12 kommt ebenfalls die Fördereinrichtung 13 zum Einsatz, welche im gezeigten Beispiel zwischen dem Tank 12 und der Filtereinrichtung 9 angeordnet ist, wobei auch andere Anordnungen der Fördereinrichtung 13 vorstellbar sind.
In den 2 bis 5 ist ein Beispiel der Filtereinrichtung 9 dargestellt, wobei der in 2 mit V bezeichnete Bereich in 5 vergrößert dargestellt ist. Die Filtereinrichtung 9 weist ein Filtergehäuse 20 auf, das einen Filtergehäusetopf 21 und einen diesen verschließenden Filtergehäusedeckel 22 aufweist, der ebenfalls topfförmig ausgebildet ist. Der erste fluidische Anschluss 15 ist am Filtergehäusedeckel 22 und der zweite fluidische Anschluss 16 am Filtergehäusetopf 21 und dem ersten fluidischen Anschluss 15 gegenüberliegend angeordnet, wobei der erste fluidische Anschluss 15 und der zweite fluidische Anschluss 16 voneinander weggerichtet sind. Die Filtereinrichtung 9 weist ein Filterelement 23 auf, welches vorliegend als Ringfilterelement 24 ausgebildet ist. Das Filterelement 23 ist im Filtergehäusetopf 21 angeordnet und dient dem Filtern der Flüssigkeit 4. Hierzu weist das Filterelement 23 ein Filtermaterial 25 auf, welches einen Faltenstern 26 bildet. An axial gegenüberliegenden Seiten des Filtermaterials 25 ist jeweils eine Endscheibe 27, 28 vorgesehen. Die dem zweiten fluidischen Anschluss 16 zugewandte Endscheibe 27, nachfolgend auch obere Endscheibe 27 genannt, und die dem ersten fluidischen Anschluss 15 zugewandte Endscheibe 28, nachfolgend auch untere Endscheibe 28 genannt, sind dabei gleich bzw. identisch ausgebildet. Die jeweilige Endscheibe 27, 28 weist eine Scheibenöffnung 29 auf, die vorliegend zentral angeordnet ist und mit einem vom Filtermaterial 25 radial begrenzten Innenraum 30 des Filterelements 23 im fluidischen Kontakt steht. Dabei ist die jeweilige Scheibenöffnung 29 an einem axial auf der vom Filtermaterial 25 abgewandten Seite der zugehörigen Endscheibe 27, 28 abstehenden Stutzen 31 angeordnet, der einteilig mit der zugehörigen Endscheibe 27, 28 ausgebildet ist. Der jeweilige Stutzen 31 weist einen Radialkragen 32 auf, an dem eine Ringdichtung 33 anliegt. Das Filtermaterial 25 trennt den Innenraum 30 von einem, insbesondere radial außenliegenden, Außenbereich 34. Das Filtermaterial 25 wird im Betrieb der Filtereinrichtung 9 von der Flüssigkeit 4 durchströmt, wobei die Flüssigkeit 4 vom Außenbereich 34 in den Innenraum 30 oder umgekehrt strömt. Vorliegend ist angenommen, dass die Flüssigkeit 4 vom der Außenbereich 34 in den Innenraum 30 strömt, so dass der Innenraum 30 eine Reinseite 35 für die gereinigte Flüssigkeit 4 bildet, die vom Filtermaterial 25 von einer Rohseite 36 getrennt wird, welche vom Außenbereich 34 gebildet ist und in dem sich im Betrieb üblicherweise ungereinigte bzw. ungefilterte Flüssigkeit 4 befindet. Dabei ist der zweite Anschluss 16 über die Öffnung 29 der oberen Endscheibe 27 fluidisch mit der Reinseite 35 verbunden.
Im Filtergehäusedeckel 22 ist ein Einsatz 37 angeordnet, der in 3 innerhalb des Filtergehäusedeckels 22 und in 4 separat dargestellt ist. Der Einsatz 37 begrenzt zusammen mit dem Filtergehäuse 20 und dem Filtermaterial 25 den Außenbereich 34. Der Einsatz 37 liegt radial außenseitig auf einer Schulter 38 des Filtergehäusedeckels 22 an, wobei zwischen der Schulter 38 und dem Einsatz 37 eine Ringdichtung 39 angeordnet ist. Der Einsatz 37 ist vom Filterelement 23 separat. Zudem kann der Einsatz 37 vom Filtergehäuse 20 separat sein. Der Einsatz 37 ist ferner vom ersten fluidischen Anschluss 15 beabstandet. Dabei begrenzt der Einsatz 37 im Filtergehäusedeckel 22 ein Volumen 40, welches fluidisch mit dem ersten fluidischen Anschluss 15 verbunden ist. Der Einsatz 37 bildet dabei hierbei eine Trennwand 41 zwischen dem Volumen 40 und dem Filterelement 23. Der Einsatz 37 bzw. die Trennwand 41 weist einen Scheibenkörper 42 und eine darin zentral ausgebildete, vom Filterelement 23 in Richtung des Volumens 40 gerichtete, topfförmige Vertiefung 43 mit einem Boden 55 auf (siehe insbesondere 5). Außerhalb der Vertiefung 43 sind im Scheibenkörper 42 zumindest eine erste Wandöffnung 44, im gezeigten Beispiel vier in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, erste Wandöffnungen 44 vorgesehen. Zudem ist im Boden 55 der Vertiefung 23 eine zentral angeordnete zweite Wandöffnung 45 angeordnet. Die ersten Wandöffnungen 44 sind somit fluidisch mit der Rohseite 36 und die zweite Wandöffnung 45 fluidisch mit der Reinseite 35 verbunden. Die jeweilige Wandöffnung 44, 45 stellt eine fluidische Verbindung zwischen dem Volumen 40 und somit dem ersten fluidischen Anschluss 15 und der vom ersten fluidischen Anschluss 15 abgewandten Seite des Einsatzes 37 her. Das austauschbar im Filtergehäuse 20 angeordnete Filterelement 23 greift mit dem Stutzen 31, der dem Einsatz 37 zugewandt ist, in die Vertiefung 43 ein, wobei der Radialkragen 32 des Stutzens 31 mit einer in der Vertiefung 43 ausgebildeten Radialstufe 46 des Einsatzes 37 einen Anschlag beim Einstecken des Stutzens 31 in die Vertiefung 43 bildet. Die Ringdichtung 33 ist hierbei zwischen dem Radialkragen 32 und der Radialstufe 46 angeordnet, so dass der Stutzen 31 dichtend in die Vertiefung 43 eingesteckt ist. Der Anschlag ist derart ausgestaltet, dass zwischen der unteren Endscheibe 28 und dem Einsatz 37 bzw. dem Scheibenkörper 42 und somit zwischen den ersten Wandöffnungen 44 und der unteren Endscheibe 28 axial ein Hohlraum 47 bzw. Zwischenvolumen 47 ausgebildet ist.
Im Regelbetrieb strömt die Flüssigkeit 4 über einen mit einem gestrichelten Pfeil angedeuteten Betriebsströmungspfad 48 (vgl. 2 und 5) durch den ersten fluidischen Anschluss 15 in die Filtereinrichtung 20, wo es in das Volumen 40 und über die ersten Wandöffnungen 44, welche fluidisch mit der Rohseite 36 verbunden sind, zur Rohseite 46 gelangt. Der Betriebsströmungspfad 48 führt dabei von der Rohseite 36 durch das Filtermaterial 25 zur Reinseite 35 und anschließend zum zweiten fluidischen Anschluss 16. Im Rückführbetrieb strömt die Flüssigkeit 4 über einen mit einem Pfeil angedeuteten Rückführströmungspfad 49 von der Rohseite 36 über das Filtermaterial 25 zur Reinseite 35 und anschließend über die zweite Wandöffnung 45 zum Volumen 40, wo sie die Filtereinrichtung 9 über den ersten fluidischen Anschluss 15 verlässt und zurück zum Tank 12 gelangt. Dabei ist im Betriebsströmungspfad 48 eine erste Ventileinrichtung 50 und im Rückführströmungspfad 49 eine zweite Ventileinrichtung 51 angeordnet. Die erste Ventileinrichtung 50 ist derart ausgestaltet, dass sie die Strömung der Flüssigkeit 4 in Richtung des Betriebsströmungspfads 48 freigibt und entgegen des Betriebsströmungspfads 48 zumindest teilweise sperrt. Die zweite Ventileinrichtung 51 ist derart ausgestaltet, dass sie die Strömung der Flüssigkeit 4 in Richtung des Rückführströmungspfads 49 freigibt und entgegen des Rückführströmungspfads 49 sperrt. Im gezeigten Beispiel ist die zweite Ventileinrichtung 51 als ein Rückschlagventil 52 ausgebildet, welches in der zweiten Wandöffnung 45 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 52 ist in Richtung des Rückführströmungspfads 59 mit Hilfe einer Feder 53 federbelastet, derart, dass die zweite Ventileinrichtung 51 bzw. das Rückschlagventil 52 öffnet, wenn im Innenraum 30 des Filterelements 23 in der Flüssigkeit 4 ein höherer Druck herrscht als im Volumen 40, insbesondere, wenn im Volumen 40 ein Unterdruck herrscht. Das Rückschlagventil 52 öffnet also erst, wenn die mit der Feder 53 bewirkte Federbelastung überwunden ist. Dementsprechend kann die zweite Ventileinrichtung 51, insbesondere das Rückschlagventil 52, als Druckregler 54 fungieren, um den Druck in der Flüssigkeit 4 auf der Reinseite 35 zu regeln. Wie insbesondere 5 zu entnehmen ist, ist zwischen dem Rückschlagventil 52 und der Vertiefung 43 ein ringförmiges Dichtmittel 56 vorgesehen, derart, dass die zweite Wandöffnung 45 gänzlich dichtend geschlossen ist, wenn das Rückschlagventil 52 schließt.
Die erste Ventileinrichtung 50 weist in der jeweiligen ersten Wandöffnung 44 ein Rückschlagventil 52 auf, welches in Richtung des Betriebsströmungspfads 48 mit Hilfe einer Feder 53 federbelastet ist, derart, dass das Rückschlagventil 52 erst öffnet, wenn die mit der Feder 53 bewirkte Federbelastung überwunden ist. Das jeweilige Rückschlagventil 52 der ersten Ventileinrichtung 50 öffnet also, wenn der Druck in der Flüssigkeit 4 im Volumen 40 größer ist als auf der Rohseite 34. Im Gegensatz zu dem Rückschlagventil 52 der ersten Ventileinrichtung 51 ist zwischen den Rückschlagventilen 52 der ersten Ventileinrichtung 50 und den zugehörigen ersten Wandöffnungen 44 kein Dichtmittel 56 vorgesehen, so dass die Rückschlagventile 52 der ersten Ventileinrichtung 50 die zugehörigen ersten Wandöffnungen 44 nicht gänzlich dichtend schließen und somit entgegen des Betriebsströmungspfads 48 nicht gänzlich sperren.
Im Regelbetrieb wird dabei Flüssigkeit 4 über den ersten fluidischen Anschluss 15, der als Einlass 17 dient, in das Volumen 40 gefördert, insbesondere gepumpt. Hierdurch wird das Rückschlagventil 52 der zweiten Ventileinrichtung 51 gegen die Vertiefung 43 bzw. in Richtung der zweiten Wandöffnung 45 verschoben, so dass die zweite Wandöffnung 45 dicht geschlossen bzw. gesperrt ist Somit ist eine Strömung der Flüssigkeit 4 in Richtung des Rückführströmungspfads 49 ist somit gesperrt. Eine Strömung der Flüssigkeit von der Reinseite 30 in das Volumen 40 ist somit verhindert, es sei denn, der Druck in der Flüssigkeit 4 steigt auf der Reinseite 30 über einen Wert, der die mit der Feder 53 bewirkte Federbelastung und den Druck im Volumen 40 übersteigt. Im Regelbetrieb öffnet der Druck in der Flüssigkeit 4 im Volumen 40 die Rückschlagventile 52 der ersten Ventileinrichtung 50, so dass eine Strömung in Richtung des Betriebsströmungspfads 48 freigegeben wird. Die Flüssigkeit 4 strömt somit durch die ersten Wandöffnungen 44 zur Rohseite 34 und passiert das Filtermaterial 23 radial zur Reinseite 35 und wird dabei gefiltert. Anschließend strömt die gefilterte Flüssigkeit 4 von der Reinseite 35 über den zweiten fluidischen Anschluss 16, der als Auslass 18 fungiert, aus der Filtereinrichtung 9.
Im Rückführbetrieb wird die Flüssigkeit 4 über den ersten fluidischen Anschluss 15, der als Rückführauslass 19 dient, aus der Filtereinrichtung 9 gefördert. Hierbei wird im Volumen 40 ein Unterdruck erzeugt, der zum Öffnen des Rückschlagventils 52 der zweiten Ventileinrichtung 51 führt. Zudem werden die Rückschlagventile 52 der ersten Ventileinrichtung 50 geschlossen. Hierdurch ist die Strömung der Flüssigkeit 4 in Richtung des Rückführströmungspfads 49 möglich und in Richtung des Betriebsströmungspfads 48 weitestgehend gesperrt. In der Folge strömt auf der Reinseite 35 vorhandene und somit bereits gefilterte Flüssigkeit 4 über die zweite Wandöffnung 45 zum ersten fluidischen Anschluss 15 und anschließend zum Tank 12. Auf der Rohseite 34 vorhandene Flüssigkeit 4 wird zunächst über das Filtermaterial 25 zur Reinseite 35 gefördert und somit gefiltert, bevor es über die zweite Wandöffnung 45 zum ersten fluidischen Anschluss 15 und zurück zum Tank 12 gelangt. Somit gelangt lediglich gefilterte bzw. gereinigte Flüssigkeit 4 zurück zum Tank 12. Möglicherweise im Hohlraum 47 bzw. Zwischenvolumen 47 übrig gebliebene Flüssigkeit 4 kann zudem über die ersten Wandöffnungen 44 zum Volumen 40 und anschließend zum ersten fluidischen Anschluss 15 strömen, so dass im Ergebnis die gesamte, in der Filtereinrichtung 9 vorhandene Flüssigkeit 4 aus der Filtereinrichtung 9 gelangen kann. Insbesondere befindet sich somit keine Flüssigkeit 4 im Bereich des Filterelements 23 und kann das Filterelement 23, beispielsweise frostbedingt, nicht beschädigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015208476 A1 [0003]
EP 1034022 B1 [0004]

Claims

Filtereinrichtung (9) zum Filtern einer Flüssigkeit (4), insbesondere von Wasser (5), mit einem ersten fluidischen Anschluss (15) und einem zweiten fluidischen Anschluss (16), - mit einem zwischen dem ersten Anschluss (15) und dem zweiten Anschluss (16) angeordneten Filterelement (23) mit einem Filtermaterial (25), welches eine Rohseite (36) von einer Reinseite (35) trennt, - wobei ein Betriebsströmungspfad (48) vorgesehen ist, über welchen in einem Regelbetrieb der Filtereinrichtung (9) die Flüssigkeit (4) vom ersten Anschluss (15) durch das Filtermaterial (25) bis zum zweiten Anschluss (16) strömt, - wobei ein Rückführströmungspfad (49) vorgesehen ist, über welchen in einem Rückführbetrieb der Filtereinrichtung (9) die Flüssigkeit (4) von der Rohseite (36) durch das Filtermaterial (25) zur Reinseite (35) bis zum ersten Anschluss (15) strömt, - wobei im Betriebsströmungspfad (48) eine erste Ventileinrichtung (50) angeordnet ist, welche die Strömung der Flüssigkeit (4) in Richtung des Betriebsströmungspfads (48) freigibt und entgegen des Betriebsströmungspfads (48) zumindest teilweise sperrt, - wobei im Rückführströmungspfad (49) eine zweite Ventileinrichtung (51) angeordnet ist, welches die Strömung der Flüssigkeit (4) in Richtung des Rückführströmungspfads (49) freigibt und entgegen des Rückführströmungspfads (49) sperrt.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (23) als Ringfilterelement (24) ausgebildet sowie radial durchströmbar ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Ventileinrichtungen (50, 51) zumindest ein Rückschlagventil (52) aufweist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Rückschlagventile (52) federbelastet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Anschluss (15) in einem Filtergehäuse (20) der Filtereinrichtung (9) angeordnet ist, - dass zwischen dem ersten Anschluss (15) und dem Filterelement (23) ein eine Trennwand (41) bildender Einsatz (37) vorgesehen ist, in dem zumindest eine der Ventileinrichtungen (50, 51), vorzugsweise beide Ventileinrichtungen (50, 51), angeordnet ist/sind.
Filtereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (41) zumindest eine erste Wandöffnung (44) aufweist, in welcher die erste Ventileinrichtung (50) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Trennwand (41) zugewandte Endscheibe (28) des Filterelements (23) eine Scheibenöffnung (29) aufweist, die mit einer zugehörigen zweiten Wandöffnung (45) in der Trennwand (41) fluidisch verbunden ist, wobei die zweite Ventileinrichtung (51) in der zweiten Wandöffnung (45) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die zweite Wandöffnung (45) zentral in der Trennwand (41) angeordnet ist, und/oder - dass die Scheibenöffnung (29) zentral in der Endscheibe (28) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, - dass die Scheibenöffnung (29) an einem axial von der Endscheibe (28) in Richtung der Trennwand (41) abstehenden Stutzen (31) angeordnet ist, - dass die zweite Wandöffnung (45) an einem Boden (55) einer topfförmigen Vertiefung (43) des Einsatzes (37) angeordnet ist, - dass der Stutzen (31) dichtend in die topfförmige Vertiefung (43) eingesteckt ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stutzen (31) ein Radialkragen (32) und an der Vertiefung (43) eine Radialstufe (46) angeordnet sind, die zusammen einen Anschlag beim Einstecken des Stutzens (31) in die Vertiefung (43) bilden.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (41) zumindest zwei erste Wandöffnungen (44) aufweist, welche in Umfangsrichtung, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind.
Fluidversorgungssystem (3) mit einem Tank (12) zum Bevorraten einer Flüssigkeit (4), insbesondere von Wasser (5), und einer Filtereinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Filtern der Flüssigkeit (4), wobei der Tank (12) fluidisch mit dem ersten fluidischen Anschluss (15) der Filtereinrichtung (9) verbunden ist.