DE102018133361A1

DE102018133361A1 - Kraftstofffilter und Filtereinsatz

Info

Publication number: DE102018133361A1
Application number: DE102018133361.7A
Authority: DE
Inventors: Moritz Dorschel; Sieghard Pietschner; Marcus Wegmann; Lukas Eilers
Original assignee: Hengst SE and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Bei einem Kraftstofffilter (1), mit einer Einlassöffnung (2) für den Kraftstoff, einem der Einlassöffnung (2) in Strömungsrichtung nachgeschalteten, von einem Kraftstoff-Wasser-Gemisch radial durchströmbaren, zylindrischen Filtermedium (8, 9) als erster Behandlungsstufe des Kraftstoffs, einer unteren Endscheibe (7), an welcher das Filtermedium (8, 9) gehalten ist, einem dem Filtermedium (8, 9) in Strömungsrichtung nachgeschalteten, Wasser aus dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch abscheidenden Abscheider (16) als zweiter Behandlungsstufe, einem dem Abscheider (16) in Strömungsrichtung nachgeschalteten und oben im Kraftstofffilter (1) angeordneten Auslass (23), und einem unterhalb des Abscheiders (16) angeordneten Wassersammelraum (12), wobei die Bauteile des Kraftstofffilters (1) in der Art ausgestaltet und gegeneinander abgedichtet sind, dass ein Strömungsweg (19) geschaffen ist, welcher den Kraftstoff nacheinander durch die Behandlungsstufen und zum Auslass (23) führt, und wobei der Strömungsweg (19) in Strömungsrichtung nach dem Filtermedium (8, 9) zunächst abwärts verläuft und dann eine Richtungsänderung zum Abscheider (16) hin in der Art beschreibt, dass der Strömungsweg (19) nach der Richtungsänderung weniger stark abwärts verläuft, schlägt die Erfindung vor, dass im Inneren des Filtermediums (8, 9) ein Ablaufrohr (4) angeordnet ist, welches den gereinigten Kraftstoff von der unteren Endscheibe (7) oder aus dem Wassersammelraum (12) zur Auslassöffnung (9) führt und dessen Einlass vollständig vom Abscheider (16) abgedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstofffilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Filtereinsatz dafür.
Aus der EP 2 705 889 B1 ist ein gattungsgemäßer Kraftstofffilter bekannt. In einer ersten Ausgestaltung, die einen vergleichsweise großen Bauraum beansprucht, ist ein hohlzylindrisches Filtermedium vorgesehen, und seitlich neben dem Filtermedium ist eine längliche Anordnung von zwei konzentrisch ineinander angeordneten, jeweils im wesentlichen rohrförmigen Abscheidern angeordnet. In einer zweiten Ausgestaltung, die vergleichsweise kleinere Abmessungen des Kraftstofffilters ermöglicht, sind die beiden rohrförmigen Abscheider im zentralen Hohlraum des Filtermediums angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kraftstofffilter dahingehend zu verbessern, dass dieser mit möglichst kleinen baulichen Abmessungen eine vorgegebene Filterleistung ermöglicht, und dass er möglichst preisgünstig herstellbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen für einen solchen Kraftstofffilter geeigneten Filtereinsatz anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstofffilter nach Anspruch 1 gelöst sowie durch einen Filtereinsatz nach Anspruch 8. Vorteilhaft Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, im Inneren des Filtermediums ein Ablaufrohr anzuordnen. Dieses Ablaufrohr führt den gereinigten Kraftstoff, der sämtliche Behandlungsstufen des Kraftstofffilters durchlaufen hat aus dem Kraftstofffilter - oder zumindest aus dem Filtereinsatz - heraus. Da sich Wasseranteile des Kraftstoffs im Kraftstofffilter unten absetzen und der Wassersammelraum dementsprechend unten im Kraftstofffilter angeordnet ist, führt das Ablaufrohr aufwärts zum Auslass des Kraftstofffi lte rs.
Als Abströmraum wird in diesem Zusammenhang der Bereich des Kraftstofffilters bezeichnet, in den der gereinigte Kraftstoff gelangt, der sämtliche Behandlungsstufen des Kraftstofffilters durchlaufen hat. Dies ist der Bereich, der sich stromabwärts von dem Abscheider befindet. Der Abscheider muss nicht notwendigerweise stets am Einlass des Ablaufrohrs angeordnet sein, sondern dass Ablaufrohr kann in bestimmten Fällen auch im Abstand von dem Abscheider enden, so dass sich ein Zwischenraum bzw. eine Kammer ergibt, die einen Teil des Abströmraums bildet, jedoch nicht zum Ablaufrohr gehört. In sämtlichen Fällen, in denen das Ablaufrohr unmittelbar an den Abscheider anschließt, definiert das Ablaufrohr den Abströmraum.
Der Einlass des Abströmraums befindet sich, je nach Konstruktion des Kraftstofffilters und in Abhängigkeit davon, wie weit sich der Abströmraum nach unten erstreckt und beispielsweise das Ablaufrohr nach unten ragt, an der unteren Endscheibe des Filtereinsatzes oder tiefer, z.B. im Wassersammelraum. In an sich bekannter Weise kann der Wasserpegel im Wassersammelraum sensorisch überwacht werden und auf diese Weise sichergestellt werden, dass der Wasserpegel nicht unzulässig hoch ansteigt und kein Wasser in den Einlass des Abströmraums gelangen kann. Der Einlass des Abströmraums ist vollständig vom Abscheider abgedeckt, so dass die gesamte Kraftstoffmenge, die in den Abströmraum gelangt, zuvor den Abscheider passieren muss.
Eine konstruktiv einfache und Bauraum sparende Ausgestaltung des Kraftstofffilters kann dadurch erreicht werden, dass der Wassersammelraum durch die untere Endscheibe des Filtereinsatzes begrenzt ist. Somit kann eine ansonsten eigens vorgesehene Wand, die den Wassersammelraum begrenzen würde, erübrigt werden.
Durch die vorschlagsgemäße Ausgestaltung des Kraftstofffilters wird, verglichen mit der erwähnten zweiten Ausgestaltung gemäß der EP 2 705 889 B1 , eine unkompliziertere Abdichtung innerhalb des Kraftstofffilters ermöglicht, insbesondere was die obere Abdichtung des Filtereinsatzes gegenüber dem Filtergehäuse betrifft. Wenn der Filtereinsatz in das Filtergehäuse eingesetzt wird, ist die korrekte Positionierung der einzelnen Bauelemente zueinander wichtig, um eine Beschädigung bei der Montage des Filtereinsatzes im Filtergehäuse zu vermeiden, und um die gewünschte Dichtheit zwischen dem Filtereinsatz und dem Filtergehäuse sicherzustellen.
Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, eine Abdichtung des Filtereinsatzes zum Gehäuse lediglich an der unteren Endscheibe vorzusehen, bzw. an der Endscheibe und einem an diesem angebrachtem oder durch einen Fortsatz der Endscheibe gebildeten Ablaufrohr vorzusehen. Dazu wird die untere Endscheibe bevorzugt einerseits an ihrer äußeren umlaufenden Kante abgedichtet. Andererseits wird sie bevorzugt an ihrer dem Filtermedium zugewandten Seite gegen den Abströmraum abgedichtet, z. B. auf ihrer oberen Seite oder radial nach innen um einen Einlass herum gegen den Abströmraum, insbesondere z. B. gegen das Ablaufrohr abgedichtet. Es ist also möglich, an der oberen Endscheibe keine Abdichtung vorzusehen oder die obere Endscheibe sogar entfallen zu lassen.
Vorteilhaft können zwei Filtermedien in der Art angeordnet sein, dass sie nicht nacheinander von dem Kraftstoff durchströmt werden, sondern dass sie parallel angeströmt werden, so dass jeweils ein Teilstrom des Kraftstoffs eines der beiden Filtermedien passiert. Auf diese Weise kann der erforderliche Bauraum, der für die Bereitstellung einer bestimmten Filterfläche erforderlich ist, vorteilhaft klein gehalten werden, bzw. wird für einen vorgegebenen, zur Verfügung stehenden Bauraum eine besonders große Filterfläche ermöglicht. Die dementsprechend guten Filtrationsergebnisse ermöglichen wiederum, den Abscheider vergleichsweise klein auszugestalten. Als Abscheider haben sich hydrophob ausgestaltete Siebe in der Praxis bewährt. Es handelt sich dabei um vergleichsweise teure Komponenten eines Kraftstofffilters, so dass es eine möglichst preisgünstige Herstellung des Kraftstofffilters unterstützt, wenn ein möglichst kleiner Abscheider verwendet werden kann. Nachfolgend werden häufig die zwei vorhandenen Filtermedien erwähnt, ohne dass die Erfindung jedoch notwendigerweise auf die Anordnung zweier Filtermedien beschränkt ist.
Vorteilhaft kann der Abscheider möglichst klein dimensioniert werden, wodurch Kostenersparnisse des Filterelements möglich sind. Dabei kann das Verhältnis von Abscheiderfläche zur das zylindrische Filterelement umgebenden Mantelfläche bevorzugt kleiner sein als 1:20, besonders bevorzugt kleiner als 1:50. Es sind aber auch Verhältnisse von bis zu 1:200 oder gar noch kleiner möglich. Bei Verwendung eines Vlieses, Filzes oder Schaums als Filtermedium ergibt sich vorteilhaft ein Verhältnis von Siebfläche zu Filtermediumfläche entsprechend oder bis dreimal so hoch wie zur Mantelfläche, d.h. von mindestens 1:20 bis 1:600 oder noch kleiner. Bei Verwendung eines gefalteten Filtermediums ergibt sich vorteilhaft ein Verhältnis der Siebfläche zur Fläche des Filtermediums von bevorzugt mindestens 1:50, besonders bevorzugt mindestens 1:100, bis hin zu 1:1000 oder noch kleiner.
Als zwei Filtermedien wird auch verstanden, wenn die beiden Filtermedien die äußeren Schichten eines zwei- oder mehrschichtigen Mehrschichtmaterials bilden, d.h. wenn ein Mehrschichtmaterial an seinen gegenüberliegenden flächigen Außenseiten einen Eintritt für den ungereinigten Kraftstoff bildet und an einer Kante mit einer offenliegenden Schicht bzw. Zwischenschicht einen Austritt für den Kraftstoff aus dem Filtermaterial ermöglicht. Weiter wird auch als zwei Filtermedien verstanden, wenn ein Filtermedium so gefaltet ist, dass es zwei gegenüberliegende Eintrittsflächen bildet, welche parallel durchströmt werden. Beispielsweise kann ein Filtermedium einen V- oder U-förmigen Querschnitt aufweisen und zu einem Ring gefaltet sein, so dass die beiden Enden des Querschnitts mit der unteren Endscheibe verklebt oder verschweißt werden. Der Kraftstoff strömt durch beide Flächen des V- oder U-förmigen Querschnitts in den Ring ein und tritt durch Öffnungen in der Endscheibe aus. Auf diese Weise kann auf eine obere Endscheibe verzichtet werden, da an dessen Stelle die Falte des V oder U liegt.
Vorteilhaft kann zwischen den Filtermedien und dem Abscheider ein Coalescer angeordnet sein. Wasseranteile, welche im Kraftstoff enthalten sind und beim Durchtritt durch die Filtermedien feine Tröpfchen gebildet haben, koagulieren durch den Coalescer zu größeren Wassertropfen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Abscheiders verbessert, was wiederum erlaubt, einen möglichst kleinen Abscheider zu verwenden.
Vorteilhaft kann der Coalescer im Strömungsweg des Kraftstoffs angeordnet sein, bevor die Richtungsänderung zum Abscheider hin erfolgt. Die Wassertropfen, die zudem durch den Coalescer bereits koaguliert sind, weisen eine höhere Dichte im Vergleich zum Kraftstoff auf. Im Bereich der Richtungsänderung wird dann durch die Zentrifugalkräfte eine erste bzw. Grob-Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff bewirkt. Auch hierdurch wird ermöglicht, anschließend einen möglichst kleinen Abscheider zu verwenden.
Die parallele Anströmung bzw. Durchströmung der beiden Filtermedien kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die beiden Filtermedien einen Ring bilden, der sowohl radial von außen als auch radial von innen angeströmt wird. Beispielsweise können die beiden Filtermedien konzentrisch angeordnet sein, so dass im Vergleich zur Anordnung nur eines Filtermediums der Bauraumbedarf nur geringfügig wächst, aber eine doppelt so große Filterfläche bereitgestellt werden kann.
Die beiden Filtermedien können beispielsweise im Abstand um ein nach oben verlaufendes Ablaufrohr verlaufen. Das Ablaufrohr führt den gereinigten Kraftstoff zur Auslassleitung des Kraftstofffilters. Dadurch, dass die Filtermedien im Abstand um das Ablaufrohr verlaufen, können Sie von ihrer radialen Innenseite her angeströmt werden. Ohnehin ist es an sich bekannt, zwischen dem Filtermedium und dem Filtergehäuse einen Freiraum zu lassen, so dass beispielsweise ein hohlzylindrisches Filtermedium radial von außen nach innen durchströmt werden kann. Im Falle des vorliegenden Vorschlags ist somit die parallele Durchströmung beider Filtermedium in den beiden radialen Richtungen - und zwar für jedes Filtermedium in jeweils nur einer Richtung - möglich.
Ein Filtereinsatz, der in einem vorschlagsgemäßen Kraftstofffilter verwendbar ist, weist eine untere Endscheibe auf, wobei vorteilhaft auch eine obere Endscheibe vorgesehen sein kann. An der unteren Endscheibe und ggf. zwischen beiden Endscheiben ist das Filtermedium bzw. sind gegebenenfalls die beiden parallel durchströmbaren Filtermedien angeordnet. Eine typische Bauform kann insofern aufgegriffen werden, als die eine oder die beiden Endscheiben jeweils ringförmig ausgestaltet sein können und die Filtermedien zusammen einen Hohlzylinder bilden. Der durch das eine oder die die beiden Filtermedien gelangte Kraftstoff wird durch einen Strömungskanal abgeführt, der in der unteren Endscheibe angeordnet ist und den vom Filtermedium umgebenen Innenraum durchsetzt. Weiterhin weist der vorschlagsgemäße Filtereinsatz einen Abscheider auf.
Eine möglichst preisgünstige Ausgestaltung des Abscheiders, nämlich mit möglichst wenig Material, kann dadurch erreicht werden, dass der Abscheider scheibenförmig ausgestaltet ist. Im Vergleich zu gewölbten oder gar rohrförmigen Abscheidern kann so der Materialbedarf des Abscheiders minimiert werden. Wenn jedoch eine Abscheiderfläche von einer bestimmten Größe erforderlich ist und innerhalb der Konstruktion des Filtereinsatzes eine dementsprechend große Scheibe nicht angeordnet werden kann, kann der Abscheider auch vorteilhaft gewölbt, konisch, in Form einer Hülse mit geschlossenem Boden oder dergleichen ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Abscheider nicht im vom Filtermedium umgebenen Innenraum angeordnet, sodass der vom vorgegebenen Bauraum mögliche Durchmesser in optimaler Weise für das Filtermedium genutzt werden kann und der vom Filtermedium umgebene Innenraum möglichst klein ausgestaltet werden kann, sodass möglichst nur der Abströmraum enthalten ist, z.B. in Form des Ablaufrohrs.
Der Abscheider kann in den Einlass des Abströmraums eingeklebt oder auch direkt in die untere Endscheibe oder in das Ablaufrohr eingegossen sein. Der Abscheider kann aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein, welches dem Einlass dichtend anliegt, bspw. an die Endscheibe oder an das Ablaufrohr angeklipst ist oder im Deckel des Filtergehäuses gehalten und von einer Feder gegen die Endscheibe oder gegen die Mündung des Ablaufrohrs gepresst wird.
Das Filtermedium kann als Vlies ausgestaltet sein. Je nach dem verwendeten Material kann hierdurch das Filtermedium gleichzeitig auch als Coalescer wirken, so dass eine weitere Einsparung von erforderlichem Bauraum möglich ist. Alternativ dazu kann das Filtermedium aus Papier bestehen, beispielsweise als Papierfaltenfilter, was sich in der Praxis hervorragend bewährt hat. Auch in diesem Fall kann das Filtermedium ggf. unmittelbar den Coalescer bereitstellen, beispielsweise durch eine Beschichtung des Papiers mit einem sog. Meltblown-Medium oder einem anderen Medium, um auf diese Weise möglichst kleine bauliche Abmessungen für den Kraftstofffilter zu ermöglichen. Das Filtermedium kann auch aus Schaum, Filz, Membran oder einem anderen Medium, welche im Stand der Technik hinreichend bekannt sind gebildet sein. Bei der Verwendung zweier Filtermedien, wie oben beschrieben, können diese als gleiche Filtermedien aber auch als unterschiedliche Filtermedien ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann der erwähnte Coalescer zwischen den beiden Filtermedien angeordnet sein. Wenn man davon ausgeht, dass die beiden Filtermedien in entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden, wird durch diese Anordnung des Coalescers bei einem geringen Bauraumbedarf gewährleistet, dass der gesamte filtrierte Kraftstoff durch den Coalescer geführt wird. Zudem wird durch die Anordnung der einzelnen Behandlungsstufen des Kraftstoffs im Filtereinsatz gewährleistet, dass bei jedem sogenannten Filterwechsel, also beim Austausch des Filtereinsatzes, diese Behandlungsstufen in definierter Qualität und der entsprechenden Leistungsfähigkeit bereitgestellt werden. Diese Behandlungsstufen betreffen erstens das Filtermedium, zweitens den Abscheider, und ggf. drittens den Coalescer als Behandlungs-Zwischenstufe.
Wenn die beiden Filtermedien gemeinsam einen Ringquerschnitt bilden, kann wie oben erwähnt eine vorteilhafte Ausgestaltung der beiden Filtermedien darin bestehen, dass diese jeweils einen gesamten Ringquerschnitt aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Bei einer derartigen konzentrischen Anordnung der beiden Filtermedien kann der filtrierte Kraftstoff vorteilhaft zwischen den beiden Filtermedien nach unten abgeführt werden. Zu diesem Zweck kann in der unteren Endscheibe eine Durchtrittsöffnung vorgesehen sein, die an einen Spalt zwischen den beiden Filtermedien mündet. Unterhalb der unteren Endscheibe ist im Kraftstofffilter üblicherweise ein Wassersammelraum angeordnet. Wenn der filtrierte Kraftstoff zunächst abwärts geführt wird, und oberhalb des Wassersammelraum eine Richtungsänderung in eine weniger abwärts führende Richtung erfolgt, beispielsweise in die Horizontale oder um annähernd 180° nach oben, kann die erwähnte Grob-Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff erfolgen. Die Wassertropfen gelangen dann durch ihre Massenträgheit, ihrer ursprünglichen Richtung folgend, unmittelbar in den Wassersammelraum.
Der erwähnte Coalescer kann bei dieser Ausgestaltung unterhalb der Durchtrittsöffnung angeordnet sein, so dass auch in diesem Fall gewährleistet ist, dass der gesamte filtrierte Kraftstoff zunächst durch den Coalescer geführt wird, bevor die Richtungsänderung erfolgt und der Kraftstoff mit den dann verbleibenden Wasseranteilen durch den Abscheider geführt wird.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Ablaufrohr, durch welches der gereinigte Kraftstoff aus dem Kraftstofffilter herausgeführt wird, nicht Bestandteil des Filtergehäuses ist, sondern vielmehr Bestandteil des Filtereinsatzes, und das bei dieser Ausgestaltung das Ablaufrohr als separates Element ausgestaltet ist, welches den im vom Filtermedium umgebenen Innenraum des Filtereinsatzes liegenden Strömungskanal umgibt. An der unteren, ringförmig ausgestalteten Endscheibe liegt dieses Ablaufrohr dicht an, so dass der Kraftstoff, der noch nicht filtriert ist, nicht am Filtermedium vorbei nach unten in einen dort befindlichen Wassersammelraum strömen kann. Bei dieser Ausgestaltung ist ein Spalt zwischen der oberen Endscheibe, die ebenfalls ringförmig ausgestaltet ist, und dem Ablaufrohr vorgesehen. In den Kraftstofffilter eingeströmter Kraftstoff kann daher ein ringförmiges Filtermedium auch auf dessen radialen Innenseite anströmen.
Vorteilhaft kann bei der oben geschilderten Ausgestaltung der Spalt zwischen dem Ablaufrohr und der oberen Endscheibe dadurch bewirkt werden, dass das Ablaufrohr konisch verläuft und sich nach oben hin verjüngt. Auf diese Weise kann Bauraum sparend ein zylindrisches Filtermedium unten in radialer Richtung innen an das Ablaufrohr grenzen, und dennoch wird im oberen Bereich der gewünschte Spalt geschaffen. Wenn ein Filtermedium verwendet wird, welches eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Falten aufweist, kann dieses aber auch an einem zylindrisch verlaufenden Rohr direkt anliegen, der notwendige Spalt wird dann durch die Faltenzwischenräume gebildet.
Bei der Ausgestaltung des Filtereinsatzes mit dem erwähnten Spalt können Abstandshalter vorgesehen sein, beispielsweise an der oberen Endscheibe oder in Form von Rippen am Ablaufrohr, so dass eine radiale Beweglichkeit des Ablaufrohrs innerhalb des Spalts verringert oder ganz vermieden ist und das Ablaufrohr kippsicher auch im Bereich der oberen Endscheiben geführt ist. Zwischenräume zwischen diesen Abstandshaltern ermöglichen die erwünschte Strömung des Kraftstoffs zur radialen Innenseite des Filtermediums.
Die beiden Filtermedien, die vorschlagsgemäß vorgesehen sind, können als Mehrschicht-Flächenelement ausgestaltet sein. Dies betrifft einerseits die Möglichkeit, als eine Schicht das filterwirksame Material des Filtermediums vorzusehen, und eine andere Schicht als Coalescer auszugestalten. Auf diese Weise wird eine sehr große Coalescer-Fläche bereitgestellt und eine dementsprechend wirksame Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff unterstützt.
Weiterhin kann ein Mehrschicht-Flächenelement aber auch in der Weise ausgestaltet sein, dass zwei Schichten die beiden Filtermedien bilden, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine Zwischenschicht vorgesehen ist, welche die Abströmung der beiden durch das jeweilige Filtermedium hindurchgetretenen, filtrierten Kraftstoff-Teilströme ermöglicht. Durch ein derart ausgestaltetes Mehrschicht-Flächenelement wird eine besonders einfache und schnelle Herstellung des Filtereinsatzes unterstützt, da die beiden Filtermedien nicht separat gehandhabt zu werden brauchen.
Besonders vorteilhaft kann bei dieser Ausgestaltung, in der beide Filtermedien Bestandteile desselben Mehrschicht-Flächenelements sind, die Zwischenschicht den Coalescer bilden. Hierdurch wird einerseits eine besonders große wirksame Oberfläche des Coalescers gewährleistet, und weiterhin wird eine separate Handhabung des Coalescers erübrigt, und schließlich wird kein separater Bauraum für den Coalescer benötigt.
Das Mehrschicht-Flächenelement kann ähnlich wie ein klassischer Papierfaltenfilter geformt sein, also einen annähernd zylindrischen Körper bilden, der eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Falten aufweist. Die von der unteren Endscheibe abgewandte Kante des Flächenelements kann beispielsweise durch eine obere Endscheibe abgeschlossen sein, sie kann aber alternativ auch mittels eines Zusatzstoffes versiegelt sein oder thermisch versiegelt sein, indem z.B. alle Filterschichten an der Kante thermisch miteinander verschweißt sind, eine obere Endscheibe kann in diesem Fall entfallen.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein für den Kraftstoff durchlässiger Stützdom zwischen den beiden Filtermedien angeordnet ist. Da die beiden Filtermedien von unterschiedlichen Richtungen angeströmt werden, ist der Stützdom parallel zu einem Filtermedium durchströmbar, so dass der filtrierte Kraftstoff aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Filtermedien herausströmen kann.
Bei einer solchen Ausgestaltung mit dem Stützdom zwischen den beiden Filtermedien können die beiden Filtermedien vorteilhaft konzentrisch zueinander angeordnet sein und der dazwischen befindliche Stützdom in Art einer Wendel verlaufen. Auf diese Weise wirken auf den filtrierten Kraftstoff Zentrifugalkräfte ein, die eine Abscheidung der Wasseranteile aus dem Kraftstoff unterstützen.
Ausführungsbeispiele der Neuerung werden anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen Längs- bzw. Vertikalschnitt durch einen Kraftstofffilter, mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Filtereinsatzes,
2 und 3 Längsschnitte durch 2 weitere Ausführungsbeispiele von Filtereinsätzen, und die
4 bis 8 Querschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele von Filtereinsätzen.

In 1 ist ein Kraftstofffilter 1 im Längsschnitt dargestellt. Die Darstellung entspricht der tatsächlichen Einbaulage des Kraftstofffilters 1 im Betrieb. Ein Strömungsweg, auf welchem der Kraftstoff durch den Kraftstofffilter 1 strömt, und der mehrere Abschnitte aufweist, die in unterschiedlichen Richtungen verlaufen können, ist insgesamt mit 19 gekennzeichnet. Durch eine Einlassöffnung 2 kann Kraftstoff in ein Filtergehäuse 3 einströmen, was den ersten Abschnitt des Strömungswegs 19 darstellt. Der mit Partikeln und Wasseranteilen beladene Kraftstoff verteilt sich im anschließenden Verlauf des Strömungswegs 19 auf der sogenannten Rohseite des Kraftstofffilters 1 rings um ein zentral angeordnetes Ablaufrohr 4 herum.
Innerhalb des Kraftstofffilters 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Filtereinsatzes 5 angeordnet, der eine ringförmige obere Endscheibe 6 und eine ringförmige untere Endscheibe 7 aufweist. Zwischen den beiden Endscheiben 6 und 7 sind zwei Filtermedien 8 und 9 konzentrisch zueinander angeordnet und dicht mit den Endscheibe 6 und 7 verbunden, beispielsweise verklebt oder verschweißt. Das radial äußere Filtermedium 8 ist im Abstand von dem umgebenden Filtergehäuse angeordnet, und das radial innere Filtermedium 9 ist im Abstand von dem Ablaufrohr 4 angeordnet. Der Strömungsweg 19 teilt sich daher in zwei Teilströmungswege 20 auf, in denen der Kraftstoff beide Filtermedien 8 und 9 anströmt und in entgegengesetzten radialen Richtungen durch die beiden Filtermedien 8 und 9 hindurch tritt, nämlich radial nach innen durch das äußere Filtermedium 8, und radial nach außen durch das innere Filtermedium 9.
Zwischen den beiden Filtermedien 8 und 9 ist ein Stützdom 10 angeordnet, der die beiden Filtermedien 8 und 9 auf Abstand hält und wendelförmig verläuft, so dass die beiden jeweils filtrierten Teilströme des durch das jeweilige Filtermedium 8 bzw. 9 hindurchgetretenen Kraftstoffs auf dem weiteren Strömungsweg 19 parallel zu den Flächen der beiden Filtermedien 8 und 9 nach unten geführt werden. In der unteren Endscheibe 7 sind Durchtrittsöffnungen 11 vorgesehen, durch welche der Strömungsweg 19 den filtrierten Kraftstoff in einen Wassersammelraum 12 führt. Aufgrund seiner höheren Dichte sammelt sich Wasser in diesem Wassersammelraum 12 innerhalb eines Deckels 14, der einen abschraubbaren Teil des Filtergehäuses 3 bildet. Mittels einer Ablassschraube 15 kann Wasser aus dem Kraftstofffilter 1 abgelassen werden, ohne den Deckel 14 vom übrigen Filtergehäuse 3 abnehmen zu müssen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist vorgesehen, dass entweder die Filtermedien 8 und 9 selbst oder der Stützdom 10 als Coalescer ausgebildet ist, beispielsweise durch die entsprechende Auswahl des verwendeten Werkstoffs oder durch eine geeignete Beschichtung. Jedenfalls sind feinste Wassertröpfchen mittels des Coalescers bereits zu größeren Wassertropfen koaguliert, wenn der Kraftstoff durch die Durchtrittsöffnungen 11 in den Wassersammelraum 12 gelangt.
Der weitere Strömungsweg 19 für den Kraftstoff beschreibt nun eine Richtungsänderung um 180°, so dass der Kraftstoff nach oben in das Ablaufrohr 4 gelangt. Das Ablaufrohr 4 schafft einen Abströmraum 21, der von einem Einlass 22 zu einem Auslass 23 verläuft. Durch den Abströmraum 21 bzw. das Ablaufrohr 4 wird der Kraftstoff auf dem letzten Abschnitt des Strömungswegs 19 zu dem Auslass 23 und somit aus dem Kraftstofffilter 1 heraus geführt. Bevor der Kraftstoff in das Ablaufrohr 4 bzw. in den Abströmraum 21 gelangt, werden bereits Wasseranteile aufgrund der Richtungsänderung in Art eines Zentrifugalabscheiders abgeschieden und verbleiben im Wassersammelraum 12. Der restliche Kraftstoff passiert vor dem Eintritt in das Ablaufrohr 4 einen Abscheider 16 in Form eines hydrophoben Siebes. Der Abscheider 16 deckt den Einlass 22 des Abströmraums 21 bzw. des Ablaufrohrs 4 vollständig ab. Die am Abscheider 16 abgeschiedenen restlichen Wasseranteile verbleiben ebenfalls im Wassersammelraum 12 unterhalb des Abscheiders 16 und sinken schwerkraftunterstützt nach unten. Im Laufe des Betriebs des Kraftstofffilters 1 steigt dementsprechend der Wasserpegel mit der Zeit an. Verschiedene Dichtungen 17 dichten den Deckel 14 gegenüber dem übrigen Filtergehäuse 3 ab, sowie die untere Endscheibe 7 des Filtereinsatzes 5 gegenüber dem Ablaufrohr 4 und gegenüber dem Deckel 14.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Filtereinsatzes 5, bei dem ein Coalescer 18 zwischen den beiden Filtermedien 8 und 9 angeordnet ist. Auf einen Stützdom ist bei dieser Ausgestaltung des Filtereinsatzes 5 verzichtet worden, da sich aufgrund der gegenläufigen Durchströmung die beiden Filtermedien 8 und 9 gegenseitig abstützen. In dem von den Filtermedien 8 und 9 umgebenen Innenraum befindet sich der Abströmraum 21, in den der Kraftstoff nach Passieren seiner dritten Behandlungsstufe, nämlich des Abscheiders 16 gelangt. Beim Einführen des Filterelements 5 in das Gehäuse 3 wird dieser Abströmraum 21 vom Ablaufrohr 4 begrenzt.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Filtereinsatzes 5, bei welchem der Coalescer 18 unterhalb der Durchtrittsöffnungen 11 angeordnet ist. Die beiden Filtermedien 8 und 9 sind mit einem geringfügigen Abstand zueinander dargestellt. Durch den entsprechenden Ringspalt kann der filtrierte Kraftstoff nach unten zu den Durchtrittsöffnungen 11 strömen. Im Betrieb können sich unter den herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen die beiden Filtermedien 8 und 9 möglicherweise verformen und sich dabei teilweise an definierten Stellen aneinander anlegen und sich gegenseitig stützen. Bei Ausgestaltung als Faltenfilterelemente verbleiben auch in diesem Fall Strömungskanäle, durch welche der filtrierte Kraftstoff nach unten strömen kann.
Weiterhin ist anhand des Ausführungsbeispiels der 3 gezeigt, dass im Unterschied zu 2 das Ablaufrohr 4 als Teil des Filtereinsatzes 5 ausgestaltet sein kann. Ein weitere Unterschied liegt darin, und dass es sich über die untere Endscheibe 7 hinaus nach unten erstreckt, so dass sich der Einlass 22 des Abströmraums 21 unterhalb der unteren Endscheibe 7 befindet. Auch bei dieser Ausgestaltung des Filtereinsatzes 5 wird der Einlass 22 vollständig durch den Abscheider 16 abgedeckt. Das Ablaufrohr 4 ist in einer zentralen Öffnung der unteren Endscheibe 7 gehalten und schließt für Wasser und Kraftstoff dicht an die untere Endscheibe 7 an, beispielsweise indem das Ablaufrohr 4 mit der unteren Endscheibe 7 verklebt oder verschweißt ist.
Die 4 bis 8 zeigen, jeweils im Querschnitt dargestellt, weitere Ausführungsbeispiele von Filtereinsätzen 5, wobei jeweils die untere Endscheibe 7 und darüber die beiden konzentrisch angeordneten Filtermedien 8 und 9 erkennbar sind. 4 zeigt, dass die beiden Filtermedien 8 und 9 jeweils mehrlagig ausgestaltet und sternförmig gefaltet sind. Das mehrlagige Medium kann beispielsweise aus einer Filterpapierlage als Grobfilter und einer Meltblownlage als Coalescer ausgestaltet sein, das Medium wird also so angeordnet, dass die Coalescerlage reinseitig liegt. Gestrichelt ist als kreisförmige Linie der Bereich angedeutet, wo sich in der unteren Endscheibe 7 Durchtrittsöffnungen 11 befinden. Die Durchtrittsöffnungen 11 sind nicht unmittelbar dargestellt und können prinzipiell beliebige Formen aufweisen, insbesondere als Ringsegmente oder als vollständiger Ringspalt. Die Durchtrittsöffnungen 11 befinden sich zwischen den Filtermedien 8 und 9 entlang der gestrichelten Linie.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die beiden Filtermedien 8 und 9 jeweils als Vlieswickel dargestellt sind. Die Vlieswickel sind gleichzeitig Partikelfilter, wie auch Coaleszer, hierzu kann das Vlies auch mit einer hydrophilen oder hydrophoben Beschichtung versehen sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 sind die beiden Filtermedien 8 und 9 jeweils als Papierfaltenfilter ausgestaltet, und zwischen ihnen ist ein als Vlieswickel ausgestalteter Coalescer 18 angeordnet.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die beiden Filtermedien 8 und 9 einschließlich des dazwischen angeordneten Coalescers 18 als Mehrschicht-Flächenelement ausgestaltet sind, welches zu einem sternförmigen Filterelement gefaltet ist, also einen im wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist, mit einer Vielzahl sich radial erstreckender Falten. Da die Schichtdicke des Coalescers 18 vergleichsweise groß ist, sind die Durchtrittsöffnungen 11 trotz des sternförmigen Querschnitts des Filterelements nach wie vor auf einer Kreislinie angeordnet.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich 7, wobei jedoch der Coalescer 18 eine geringere Schichtdicke aufweist und die Falten des Filterelements deutlich tiefer ausgestaltet sind als bei dem Ausführungsbeispiel der 7. Entsprechend dem sternförmigen Querschnittsverlauf des Filterelements sind daher bei diesem Ausführungsbeispiel auch die Durchtrittsöffnungen 11 entlang einer sternförmig verlaufenden Linie angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstofffilter
2: Einlassöffnung
3: Filtergehäuse
4: Ablaufrohr
5: Filtereinsatz
6: Obere Endscheibe
7: Untere Endscheibe
8: Filtermedium (außen)
9: Filtermedium (innen)
10: Stützdom
11: Durchtrittsöffnung
12: Wassersammelraum
14: Deckel
15: Ablassschraube
16: Abscheider
17: Dichtungsring
18: Coalescer
19: Strömungsweg
20: Teilströmungsweg
21: Abströmraum
22: Einlass
23: Auslass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2705889 B1 [0002, 0008]

Claims

Kraftstofffilter, mit • einer Einlassöffnung (2) für den Kraftstoff, • einem der Einlassöffnung (2) in Strömungsrichtung nachgeschalteten, von einem Kraftstoff-Wasser-Gemisch radial durchströmbaren, zylindrischen Filtermedium (2) als erster Behandlungsstufe des Kraftstoffs, • einer unteren Endscheibe (7), an welcher das Filtermedium (8, 9) gehalten ist, • einem dem Filtermedium (8, 9) in Strömungsrichtung nachgeschalteten, Wasser aus dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch abscheidenden Abscheider (16) als zweiter Behandlungsstufe, • einem dem Abscheider (16) in Strömungsrichtung nachgeschalteten und oben im Kraftstofffilter (1) angeordneten Auslass (23), • und einem unterhalb des Abscheiders (16) angeordneten Wassersammelraum (12), • wobei die Bauteile des Kraftstofffilters (1) in der Art ausgestaltet und gegeneinander abgedichtet sind, dass ein Strömungsweg (19) geschaffen ist, welcher den Kraftstoff nacheinander durch die Behandlungsstufen und zum Auslass (23) führt, • und wobei der Strömungsweg (19) in Strömungsrichtung nach dem Filtermedium (2) zunächst abwärts verläuft und dann eine Richtungsänderung zum Abscheider (16) hin in der Art beschreibt, dass der Strömungsweg (19) nach der Richtungsänderung weniger stark abwärts verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Filtermediums (8, 9) ein Ablaufrohr (4) angeordnet ist, das den gereinigten Kraftstoff von der unteren Endscheibe (7) oder aus dem Wassersammelraum (12) aufwärts zum Auslass (23) führt und dessen Einlassöffnung vollständig vom Abscheider (16) abgedeckt ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wassertröpfchen koagulierender Coalescer (18) als Behandlungs-Zwischenstufe dem Filtermedium (8, 9) in Strömungsrichtung nachgeschaltet und dem Abscheider (16) in Strömungsrichtung vorgeschaltet ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Coalescer (18) in dem Strömungsweg (19) angeordnet ist, bevor der Strömungsweg (19) die Richtungsänderung zum Abscheider (16) hin aufweist.
Kraftstofffilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Filtermedien (8, 9) in der Art parallel geschaltet sind, dass der Strömungsweg (19) in Strömungsrichtung hinter der Einlassöffnung (2) in zwei Teilströmungswege (20) aufgeteilt wird, die zu dem ersten Filtermedium (8) beziehungsweise zu dem zweiten Filtermedium (9) führen.
Kraftstofffilter nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filtermedien (8, 9) einen Ring bilden, der radial sowohl außen als auch innen mit der Einlassöffnung (2) in Strömungsverbindung steht, derart, dass der Strömungsweg (19) von der Einlassöffnung (2) her sowohl radial von außen nach innen als auch radial von innen nach außen durch den Ring der beiden Filtermedien (8, 9) führt.
Kraftstofffilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filtermedien (8, 9) im Abstand um ein nach oben verlaufendes Ablaufrohr (4) verlaufen, welches den gereinigten Kraftstoff zum Auslass (23) führt.
Kraftstofffilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassersammelraum (12) durch die untere Endscheibe (7) begrenzt ist.
Filtereinsatz (5), der dazu bestimmt ist, in einem Kraftstofffilter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet zu werden, und einer unteren Endscheibe (7), und einem an der Endscheibe (7) angeordneten, von Kraftstoff durchströmbaren Filtermedium (8, 9), und mit einem die untere Endscheibe (7) und einen vom Filtermedium (8, 9) umgebenen Innenraum, durchsetzenden Abströmraum (21), sowie mit einem Abscheider (16), wobei der Filtereinsatz (5) einen unteren Einlass (22) des Abströmraums (21) aufweist und der Abscheider (16) diesen Einlass (22) vollständig abdeckt.
Filtereinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheider (16) scheibenförmig ausgestaltet ist.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Endscheibe (7) zwei parallel durchströmbare Filtermedien (8, 9) angeordnet sind.
Filtereinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Filtermedien (8, 9) ein Wassertröpfchen koagulierender Coalescer (18) angeordnet ist.
Filtereinsatz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filtermedien (8, 9) jeweils einen Ringquerschnitt aufweisen und konzentrisch angeordnet sind und die untere Endscheibe (7) eine Durchtrittsöffnung (11) aufweist, welche an der Oberseite der unteren Endscheibe (7) dort mündet, wo ein Spalt zwischen den beiden Filtermedien (8, 9) verläuft.
Filtereinsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Durchtrittsöffnung (11) ein Wassertröpfchen koagulierender Coalescer (18) angeordnet ist.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablaufrohr (4) als separates Element an der unteren, ringförmigen Endscheibe (7) dicht anliegt oder als Fortsatz der Endscheibe (7) gebildet ist und den vom Filtermedium (8, 9) umgebenen Innenraum vollständig durchragt.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filtermedien (8, 9) als Mehrschicht-Flächenelement ausgestaltet sind.
Filtereinsatz nach den Ansprüchen 11 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Coalescer (18) als Zwischenschicht zwischen den beiden Filtermedien (8, 9) in dem Mehrschicht-Flächenelement angeordnet ist.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere wendelförmiger, Stützdom (10) zwischen den beiden Filtermedien (8, 9) angeordnet ist, wobei der Stützdom (10) in einer Richtung parallel zu einem Filtermedium (8, 9) für Kraftstoff durchlässig ist.