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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung mit einem in Strömungsrichtung nacheinander angeordneten Koalescer und einem Endabscheider, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
US 2016/0258397 A1 ist eine gattungsgemäße Filtereinrichtung mit in Strömungsrichtung nacheinander angeordnetem Ringfilterelement, Koalescer und Endabscheider bekannt.
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Um eine langfristige einwandfreie Funktion einer Filtereinrichtung zu gewährleisten, ist darauf zu achten, dass dem zu filternden Fluid nach Möglichkeit die gesamte Filterfläche zur Verfügung steht. Aus diesem Grund besitzen Filtereinrichtungen üblicherweise Entlüftungseinrichtungen, über welche Luft aus der Filtereinrichtung abgeführt werden kann. Hierbei ist insbesondere auch darauf zu achten, dass bei mehrstufigen Filtereinrichtungen, beispielsweise mit einem Ringfilterelement, einem Koalescer und einem Endabscheider auch Luft zwischen den einzelnen Stufen gesammelt und abgeführt werden kann. Dabei sollen selbstverständlich Entlüftungsöffnungen möglichst an der Stelle angeordnet werden, die im normalen Betriebszustand der Filtereinrichtung auch an einer hohen bzw. höchsten Stelle liegt, um nicht durch zu tief liegende Entlüftungsöffnungen ein sich darüber ansammelndes Luftpolster zu erzeugen. Aus diesem Grund ist insbesondere eine Einbaulage von beispielsweise einem Endabscheider mit einer Entlüftungsöffnung in einem Koalescer von entscheidender Bedeutung, da beispielsweise bei einem Falscheinbau, bei welchem die Entlüftungsöffnung des Endabscheiders an einer zu tiefen Stelle liegt, sich Luft darüber ansammeln und die dort vorhandene Filterfläche nicht mehr für eine Filtration bzw. eine Abscheidung genutzt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Filtereinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine einfache Montage einer Filtereinrichtung und ein zuverlässiges Entlüften derselben gewährleistet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen einem Koalescer und einem Endabscheider einer Filtereinrichtung ein Poka-Yoke-System vorzusehen, welches ausschließlich eine einzige vordefinierte Einbaulage des Endabscheiders im Koalescer erlaubt, wobei in dieser erlaubten Einbaulage der Endabscheider derart zum Koalescer ausgerichtet ist, dass eine zuverlässige Funktion der Filtereinrichtung, insbesondere auch im Hinblick auf eine Abstützung eines Koalescermaterials und/oder einer Entlüftung, gewährleistet wird. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung weist hierzu in Strömungsrichtung nacheinander angeordnet einen Koalescer sowie einen Endabscheider auf, wobei der Endabscheider radial innerhalb des Koalescers angeordnet ist. Der Koalescer ist hohlzylinderförmig ausgebildet und besitzt ein Koalescermaterial sowie eine außenliegende Stützstruktur mit zumindest einem oberen und einem unteren Koalescerring, die über axiale Koalescerrippen miteinander verbunden sind. Am Endabscheider ist dabei ein Positionierelement vorgesehen, insbesondere an einem unteren Endabscheiderring, wobei im Bereich des unteren Koalescerrings, insbesondere am unteren Koalescerring, eine komplementär zum Positionierelement des Endabscheiders ausgebildete Positionieröffnung vorgesehen ist, in welche der Endabscheider in montiertem Zustand mit seinem Positionierelement eingreift und dadurch den Endabscheider relativ zum Koalescer ausrichtet. Das endabscheiderseitige Positionierelement sowie die koalescerringseitige Positionieröffnung bilden dabei das zuvor beschriebene Poka-Yoke-System, welches ausschließlich eine einzige vordefinierte Relativlage des Endabscheiders zum Koalescer im Einbauzustand ermöglicht. Dieses Poka-Yoke-System erleichtert eine Montage, insbesondere auch für ungeübte Werker, und stellt zudem eine hohe Fertigungsqualität sicher, da ein Falschzusammenbau mittels des Poka-Yoke-Systems zuverlässig ausgeschlossen werden kann. Das Poka-Yoke-System kann dabei dazu genutzt werden, um beispielsweise eine Entlüftungsöffnung am Endabscheider so zu positionieren, dass diese im eingebauten Zustand bezüglich einer Horizontalen oberhalb eines Endabscheidermaterials liegt, so dass das gesamte Endabscheidermaterial für die Abscheidung zur Verfügung steht und nicht durch ein unter Umständen vorhandenes Luftpolster reduziert wird. Das Poka-Yoke-System kann zusätzlich oder alternativ auch dazu genutzt werden, Endabscheiderrippen des Endabscheiders so zu positionieren, dass über diese ein Koalescermaterial des Koalescers abgestützt wird. In beiden Fällen lässt sich somit eine zuverlässige Funktion der Filtereinrichtung langfristig und einfach gewährleisten.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Endabscheider im Querschnitt eckig ausgebildet und weist zwischen jeweils zwei benachbarten Endabscheiderrippen ein eben gespanntes Endabscheidermaterial auf. Ein derartiger Endabscheider kann beispielsweise im Querschnitt sechseckig oder achteckig sein. Durch die Endabscheiderrippen kann ein radial dazu angeordnetes und außenliegendes Koalescermaterial abgestützt werden, wodurch ein Anliegen des Koalescermaterials am Endabscheidermaterial zuverlässig verhindert und dadurch eine deutlich verbesserte Filterleistung erzielt werden können. Der Koalescer kann beispielsweise im Querschnitt rund ausgebildet sein, wobei in diesem Fall bei montierter Filtereinrichtung zumindest eine der Endabscheiderrippen in Umfangsrichtung zwischen zwei Koalescerrippen liegt und dadurch ein Abstützen des Koalescermaterials ermöglicht. Durch das Verhindern des Anliegens des Koalescermaterials am Endabscheidermaterial lässt sich insbesondere eine erhöhte Wasserabscheiderate erzielen, was beispielsweise bei einer als Kraftstofffilter ausgebildeten Filtereinrichtung von besonderem Vorteil ist.
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Zweckmäßig ist an dem unteren Koalescerring des Koalescers ein in einen Innenraum ragender Einführtrichter für den Endabscheider angeordnet. Mittels eines derartigen Einführtrichters kann ein Einbau des Endabscheiders in den Koalescer vereinfacht werden, da der Einführtrichter eine Zwangsführung für den Endabscheider bildet und dieser dadurch an einem Verkannten gehindert wird.
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Zweckmäßig weist der Einführtrichter schräg zu einer Filterachse verlaufende Speichen auf, die zumindest teilweise einenends an dem unteren Koalescerring angebunden und anderenends über einen Innenring miteinander verbunden sind. Durch die Speichen kann eine Durchlässigkeit des Einführtrichters für Fluid problemlos erreicht werden, zudem wird weniger Material verbraucht, wodurch eine Ressourcenschonung erreicht werden kann. Durch die Speichenlösung kann zudem das Gewicht reduziert werden.
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Zweckmäßig ist eine der Speichen im Bereich der Positionieröffnung nicht mit dem unteren Koalescerring, sondern über einen Kreissegmentbogen mit zwei benachbarten Speichen verbunden, wobei in diesem Fall zwischen dem unteren Koalescerring und dem Kreissegmentbogen die Positionieröffnung vorgesehen ist. Die Positionieröffnung ist somit in den Einführtrichter integriert, wodurch deren Herstellung, beispielsweise in einem Kunststoffspritzgießverfahren, einfach möglich ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Stützstruktur des Koalescers und der Einführtrichter samt Speichen und Innenring als Kunststoffspritzgussteil, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Hierdurch kann nicht nur eine kostengünstige, sondern zugleich auch qualitativ hochwertige Fertigung erreicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Endabscheiderrippen an einem Außendurchmesser des Endabscheiders angeordnet und weisen an ihrem im Anbauzustand unteren Ende eine komplementär zu den Speichen ausgebildete Fase auf, so dass der Endabscheider im Einbauzustand mit den Fasen an den Endabscheiderrippen auf den Speichen aufliegt. Durch die komplementäre Ausbildung der Fasen der Endabscheiderrippen und der Schrägstellung der Speichen des Einführtrichters kann eine weitere verbesserte Führung des Endabscheiders beim Einbau in den Koalescer und damit ein vereinfachtes Einbauen erreicht werden. Zugleich kann durch insbesondere eine linien- oder flächenförmige Anlage der Fasen an den Speichen auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Endabscheider und Koalescer erreicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Endabscheider an einem im Einbauzustand oberen Endabscheiderring eine nach außen offene, ringförmige Entlüftungsnut mit einer radialen Entlüftungsöffnung auf, wobei die Entlüftungsöffnung in eingebautem Zustand bezüglich einer Horizontalen oberhalb eines Endabscheidermaterials liegt. Das endabscheiderseitige Positionierelement, beispielsweise ein Schwert, ist dabei derart relativ zur Entlüftungsöffnung in der Entlüftungsnut angeordnet, dass bei einem Eingreifen des Positionierelements in die koalescerseitige Positionieröffnung die Entlüftungsöffnung der ringförmigen Entlüftungsnut bereits an einer möglichst hohen oder der höchsten Stelle liegt, wodurch eine zuverlässige Entlüftung gewährleistet werden kann. Durch das zuverlässige Entlüften kann insbesondere die Bildung eines Luftpolsters zwischen dem Endabscheidermaterial und dem Koalescermaterial und damit ein Reduzieren einer fluiddurchlässigen Filterfläche verhindert werden, wodurch die Filterfunktion der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung langfristig auf einem hohen Niveau gehalten werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Figurenliste
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- 1 eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit einem Koalescer und einem darin angeordneten Endabscheider,
- 2 eine Seitenansicht auf den Endabscheider in einer Einbaulage,
- 3 einen unteren Bereich des Koalescers,
- 4 eine Draufsicht auf 3.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung 1, welche beispielsweise als Kraftstofffilter, als Hydraulikfilter oder als Ölfilter ausgebildet sein kann, einen Koalescer 2 sowie einen in Strömungsrichtung 3 danach angeordneten Endabscheider 4 auf, wobei der Endabscheider 4 radial innerhalb des Koalescers 2 angeordnet ist. Der Koalescer 2 ist dabei hohlzylinderförmig ausgebildet (vergleiche auch die 3 und 4) und besitzt eine außenliegende Stützstruktur 5 sowie ein Koalescermaterial 6, welches in den 1 und 3 angedeutet ist. Ein derartiges Koalescermaterial 6 soll im zu filternden Fluid mitgeführte Wassertröpfchen vergrößern, das heißt koalescieren, die dann schwerkraftbedingt nach unten abgeführt werden. Die Stützstruktur 5 des Koalescers 2 besitzt einen oberen Koalescerring 7 sowie einen unteren Koalescerring 8, die über axiale Koalescerrippen 9 miteinander verbunden sind. An dem Endabscheider 4 ist ein Positionierelement 10 vorgesehen (vergleiche 2), welches beispielsweise als Positionierschwert, ausgebildet ist. Im Bereich des unteren Koalescerrings 8 ist eine zum Positionierelement 10 komplementär ausgebildete Positionieröffnung 11 (vergleiche die 3 und 4) angeordnet, wobei diese Positionieröffnung 11 selbstverständlich auch im Bereich des unteren Koalescerrings 8 angeordnet sein kann und nicht direkt an diesem. In diese Positionieröffnung 11 greift der Endabscheider 4 bei in der Filtereinrichtung 1 montiertem Zustand mit seinem Positionierelement 10 ein und richtet dadurch den Endabscheider 4 relativ zum Koalescer 2, insbesondere hinsichtlich einer Drehwinkellage um eine Filterachse 12 aus. Außerhalb der Filtereinrichtung 1 kann selbstverständlich noch ein Ringfilterelement angeordnet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Positionierelement 10 und der koalescerseitigen Positionieröffnung 11 kann ein sogenanntes Poka-Yoke-System geschaffen werden, welches ausschließlich eine einzige Einbaulage des Endabscheiders 4 im Koalescer 2 ermöglicht, wobei in dieser Einbaulage beispielsweise Endabscheiderrippen 13 zwischen zwei benachbarten Koalescerrippen 9 liegen und dadurch das Koalescermaterial 6 zuverlässig abstützen und insbesondere an einem Anliegen an einem Endabscheidermaterial 14 hindern, wodurch die Filterfunktion und insbesondere auch eine Koalescenzfunktion bzw. eine Abscheidefunktion langfristig auf hohem Niveau gehalten werden können. Zugleich ermöglicht das durch die Positionieröffnung 11 und das zugehörige Positionierelement 10 gebildete Poka-Yoke-System die Möglichkeit, den Endabscheider 4 derart in dem Koalescer 2 anzuordnen, dass eine Entlüftungsöffnung 15 (vergleiche 2) bei in dem Koalescer 2 eingebauten Endabscheider 4 bezüglich einer Horizontalen 16 oberhalb des Endabscheidermaterials 14 liegt, wodurch sich zwischen dem Koalescermaterial 6 und dem Endabscheidermaterial 14 ansammelnde Luft über die Entlüftungsöffnung 15 abgelassen und dadurch ein die Filter- bzw. Abscheidefunktion reduzierendes Luftpolster zwischen dem Koalescermaterial 6 und dem Endabscheidermaterial 14 vermieden werden kann. Durch das Positionierelement 10 und die zugehörige koalescerseitige Positionieröffnung 11 kann somit eine hohe Filter- und Abscheidewirkung langfristig aufrechterhalten werden.
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Betrachtet man den Endabscheider 4 näher, so kann man erkennen, dass dieser im Querschnitt eckig ausgebildet ist, im vorliegenden Fall sechseckig, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Endabscheiderrippen 13 das Endabscheidermaterial 14 eben gespannt ist. Hierdurch wird zwischen dem Endabscheidermaterial 14 und dem Koalescermaterial 6 ein vergrößerter Abstand geschaffen, der insbesondere ein Anlegen des Koalescermaterials 6 am Endabscheidermaterial 14 und damit eine Reduzierung der Koalescierenden bzw. abscheidenden Wirkung reduziert.
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Betrachtet man den Koalescer 2 weiter, so kann man erkennen, dass dieser im Querschnitt rund ausgebildet ist, wobei bei montierter Filtereinrichtung 1 zumindest eine der Endabscheiderrippen 9 in Umfangsrichtung zwischen zwei Koalescerrippen 13 liegt und dadurch das Koalescermaterial 6 durch die Endabscheiderrippen 13 abgestützt wird. Durch die zwischen zwei benachbarten Koalescerrippen 9 abstützende Wirkung der Endabscheiderrippe 13 kann ebenfalls ein Anliegen des Koalescermaterials 6 am Endabscheidermaterial 14 zuverlässig unterbunden werden, was ebenfalls dazu beiträgt, die Koalescierende Wirkung des Koalescermaterials 6 bzw. die abscheidende Wirkung des Endabscheidermaterials 14 langfristig aufrechtzuerhalten.
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Betrachtet man die 3 und 4, so kann erkennen, dass an dem unteren Koalescerring 8 des Koalescers 2 ein in einen Innenraum 17 ragender Einführtrichter 18 für den Endabscheider 4 angeordnet ist. Dieser Einführtrichter 18 besitzt schräg zur Filterachse 12 verlaufende Speichen 19, die zumindest teilweise einenends an dem unteren Koalescerring 8 angebunden und anderenends über einen Innenring 20 miteinander verbunden sind. Durch die Speichen 19 kann insbesondere eine Durchlässigkeit des Einführtrichters 18 für Fluid gewährleistet werden. Zudem wird weniger Material eingesetzt, wodurch eine Ressourcenschonung und zugleich eine Gewichtsreduzierung erreicht werden können.
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Eine Speiche 19, gemäß den 3 und 4 die Speiche 19a, ist im Bereich der Positionieröffnung 11 nicht mit dem unteren Koalescerring 8, sondern über einen Kreissegmentbogen 21 mit zwei benachbarten Speichen 19, hier den Speichen 19b und 19c (vergleiche 4) verbunden, wodurch zwischen dem unteren Koalescerring 8 und dem Kreissegementbogen 21 die ringsegmentartige Positionieröffnung 11 gebildet ist. Um dabei formschlüssig in die ringsegmentförmige Positionieröffnung 11 eingreifen zu können, ist das zugehörige endabscheiderseitige Positionierelement 10 ebenfalls kreisringsegmentförmig ausgebildet.
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Um die Stützstruktur 5 sowie den Einführtrichter 18 samt Speichen 19 und Innenring 20 kostengünstig und zugleich qualitativ hochwertig ausbilden zu können, sind diese vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet.
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Betrachtet man den Endabscheider 4 gemäß der 2, so kann man erkennen, dass die Endabscheiderrippen 13 an einem Außendurchmesser des Endabscheiders 4 angeordnet sind und an ihrem im Einbauzustand unteren Ende eine komplementär zu den Speichen 19 ausgebildete Fase 22 aufweisen, so dass der Endabscheider 4 im Einbauzustand mit den Fasen 22 an den Endabscheiderrippen 13 auf den Speichen 19 aufliegt und dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Endabscheider 4 einerseits und dem Koalescer 2 andererseits erreicht werden kann. Selbstverständlich kann in dem Endabscheider 4 zusätzlich noch ein in dessen Innenraum 17' ragender Fortsatz 23 vorgesehen sein, der beispielsweise an einem unteren Bereich 24 eine zum Innenring 20 des Einführtrichters 18 komplementäre Form aufweist und dadurch passgenau auf diesen aufgeschoben werden kann. Hierdurch kann eine vergleichsweise einfache und zugleich hochgenaue Ausrichtung des Endabscheiders 4 relativ zum Koalescer 2 erreicht werden.
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Betrachtet man nochmals die 2, so kann man erkennen, dass der Endabscheider 4 an einem im Einbauzustand oberen Endabscheiderring 25 eine nach außen offene, ringförmige Entlüftungsnut 26 aufweist, die mit der radialen Entlüftungsöffnung 15, die im eingebauten Zustand bezüglich der Horizontalen 16 oberhalb des Endabscheidermaterials 14 liegt. Über die ringförmig durchgehende Entlüftungsnut 26 kann somit sich zwischen dem Koalescermaterial 6 und dem Endabscheidermaterial 14 ansammelnde Luft problemlos zur Entlüftungsöffnung 15 geführt und über diese abgelassen werden, so dass auch langfristig die gesamte Fläche des Endabscheidermaterials 14 und des Koalescermaterials 6 für die Koalescierende bzw. abscheidende Wirkung zur Verfügung steht.
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Mit der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 1 lässt sich somit vergleichsweise einfach langfristig eine hohe Filterwirkung erzielen, da durch das ein Poka-Yoke-System bildende endabscheiderseitige Positionierelement 10 und die koalescerseitige Positionieröffnung 11 eine vordefinierte Relativlage des Endabscheiders 4 im Einbauzustand zum Koalescer 2 erzwungen wird, bei dem sowohl die Entlüftungsöffnung 15 an einer hohen, insbesondere an der höchsten, Stelle angeordnet ist und zugleich die Endabscheiderrippen 13 so zu den Koalescerrippen 9 positioniert sind, dass diese in Umfangsrichtung zwischen diesen angeordnet sind und das Koalescermaterial 6 abstützen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0258397 A1 [0002]
