DE19955206A1

DE19955206A1 - Kraftstofffilter

Info

Publication number: DE19955206A1
Application number: DE19955206A
Authority: DE
Inventors: Andre Roesgen
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2001-07-05
Also published as: US6493508B1; EP1101519A1; DE50012598D1; EP1101519B1; JP4503812B2; ATE323541T1; ES2262478T3; JP2001173535A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstofffilter 10 zur Filtration von Dieselkraftstoff, wobei eine Heizung 14 vorgesehen ist, welche den Dieselkraftstoff bei Temperaturen unter 0 DEG C erwärmt, um den Dieselkraftstoff zu verflüssigen, damit ein Filterelement 13 nicht verstopft. Hierzu weist die Heizung 14 einen Wärmeübertragungskörper 29 auf, auf den eine Trägerschicht 35 aufgebracht ist. Diese Trägerschicht 35 ist thermisch stabil und elektrisch isolierend. Auf dieser Trägerschicht 35 ist eine Heizschlange 34 angeordnet, welche den Wärmeübertragungskörper 29 erwärmt. Zum Schutz der Heizschlange 34 ist eine Schutzschicht 37 darüber angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstofffilter nach dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.

Es ist aus der DE 38 29 126 ein Kraftstofffilter bekannt, welcher über einen Fil terkopf mit einem Kraftstoffeinlaß und -auslaß, eine Filterpatrone und eine Kraftstoffheizung verfügt. Die Kraftstoffheizung dient der Erwärmung des, durch den Kraftstofffilter fließenden Kraftstoffes wie Dieselkraftstoff. Dieselkraftstoffe enthalten Bestandteile, wie z. B. Paraffine, die bei tieferen Temperaturen ab 0°C zähflüssig bzw. fest werden, so daß der Dieselkraftstoff eine breiartige Konsi stenz annimmt. Dies hat zur Folge, daß sich das Kraftstofffilterelement, welches üblicherweise in dem Kraftstofffilter zwischen dem Kraftstofftank und dem Motor in der Kraftstoffleitung angeordnet ist, zusetzen und verstopfen kann, wodurch der Motor keinen Kraftstoff mehr erhält und aus geht.

Damit der Dieselkraftstoff flüssig bleibt und das Kraftstofffilterelement nicht zu setzt, ist eine Widerstandsheizung vorgesehen, welche in dem Filterkopf ange ordnet ist. Diese Widerstandsheizung wird über einen Halbleiter-Leistungs schalter betätigt und enthält ein Heizelement, welches als PTC-Element (Element mit positivem Temperaturkoeffizienten) ausgebildet ist. Der Widerstand des PTC-Elementes steigt bei Überschreiten eines Temperatur- Schwellwertes sprunghaft an. Um eine Überhitzung des PTC-Elementes zu verhindern, ist ein in Reihe geschalteter Leistungsschalter vorgesehen, der den maximalen Durchfluß des elektrischen Stromes begrenzt.

Zur Steuerung des PTC-Elementes ist eine Steuer- und Versorgungsschaltung notwendig, die über ein temperaturempfindliches Element verfügt. Dieses tem peraturempfindliche Element kann ein Bi-Metall oder ein Heißleiter sein. Diese Bauteile benötigen jedoch ein Einbauvolumen in dem Kraftstofffilter, wodurch der Einbauraum des Kraftstofffilters vergrößert wird.

Wie allgemein bekannt ist, darf Dieselkraftstoff nicht über 175°C erhitzt werden, da bei diesem Punkt die Dampfblasenbildung einsetzt, was zu einer Ver schlechterung des Verbrennungsvorganges führt.

PTC-Elemente können jedoch Oberflächentemperaturen von 200°C erreichen, wodurch der Dieselkraftstoff, der direkt mit dem PTC-Element in Kontakt kommt über seinen kritischen Punkt von 175°C erhitzt wird und sich dadurch Dampf blasen bilden. Außerdem ist die Leistung der PTC-Elemente abhängig von dem Volumenstrom und der Temperatur des Kraftstoffes.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffilter mit einer Heizung zu schaffen, wobei die Heizung nur einen kleinen Einbauraum benötigt und dabei eine gute Wärmeübertragung auf den Kraftstoff ermöglicht, wobei keine zu ho he Oberflächentemperatur erzeugt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Kraftstofffilter ist in vorteilhafter Weise geeignet Kraft stoff, insbesondere Dieselkraftstoff und Biodiesel (RME/PME) zu erwärmen und dadurch auch bei Temperaturen des Kraftstoffes ab 5°C oder kälter eine Filtra tion des Kraftstoffes und die Versorgung eines Motors mit Kraftstoff zu gewähr leisten, wobei zur Erwärmung des Kraftstoffes eine Heizung vorgesehen ist, welche nur einen kleinen Einbauraum benötigt und Oberflächentemperaturen maximal 120°C erzeugt.

Hierzu weist der Kraftstofffilter einen Filterkopf und einen Filterbehälter auf, welche dichtend miteinander verbunden sind und gemeinsam ein Filtergehäuse bilden. Weiterhin weist der Kraftstofffilter einen Kraftstoffeinlaß, einen Kraft stoffauslaß, ein Filtermedium und eine Heizung auf. Der Filterkopf kann z. B. als Deckel verwendet werden, ohne weitere Funktionen zu erfüllen oder zur Befe stigung des Kraftstofffilters an dafür vorgesehenen Bauteile dienen. Außerdem kann der Kraftstoffeinlaß und/oder der Kraftstoffauslaß in den Filterkopf integriert sein. Der Kraftstoffeinlaß und der Kraftstoffauslaß kommunizieren mit ei nem, durch das Filtergehäuse gebildeten Gehäusevolumen. Das Filtermedium teilt das Gehäusevolumen in eine Rohseite und eine, dichtend davon getrennte Reinseite auf. Der Kraftstoffeinlaß kommuniziert mit der Rohseite und der Kraft stoffauslaß mit der Reinseite.

Die Heizung ist auf der Rohseite des Kraftstofffilters angeordnet, damit der Kraftstoff erwärmt wird, bevor er durch das Filtermedium tritt. Hierzu kann die Heizung an dem Filterkopf oder dem Filterbehälter auf der Rohseite angeordnet sein. Es ist auch denkbar, daß mehrere Heizungen in den Kraftstofffilter inte griert sind. Hierbei kann eine erste Heizung an einem Filterbehälterboden und eine zweite Heizung an dem Filterkopf angeordnet sein. Weiterhin können meh rere z. B. drei oder vier Heizungen an einer Filterbehälterwand, welche auch über Ecken verlaufen kann, verteilt angeordnet sein. Die Heizung kann außer zur. Erwärmung des Kraftstoffes auch zur Erwärmung von abgeschiedenem Wasser, welches sich in dem Filterbehälterboden sammelt verwendet werden.

Die Heizung weist mindestens einen Wärmeübertragungskörper, eine Träger schicht, eine Heizschlange, einen Flansch und Kontakte für eine Spannungs versorgung auf. Der Wärmeübertragungskörper besitzt mindestens eine ebene Fläche, auf welche die Trägerschicht aufgebracht ist. Damit sich die Träger schicht nicht durch die, durch die Heizschlange erzeugte Wärme zersetzt, wird die Trägerschicht durch ein thermisch stabiles Material z. B. aus Keramik oder Metall gebildet. Außerdem darf die Trägerschicht keinen Kurzschluß in der Heizschlange verursachen, wodurch das thermisch stabile Material zusätzlich noch elektrisch isolierende Eigenschaften besitzen muß, außerdem muß die Trägerschicht eine gute Wärmeübertragungseigenschaft aufweisen, da die, durch die Heizschlange erzeugte Wärme über die Trägerschicht an den Wär meübertragungskörper übertragen werden muß. Hierzu kann die Trägerschicht z. B. aus einer Keramikschicht, einem Kunststoffharz oder einem Kleber beste hen. Die Heizschlange kann als eigenständiges Bauteil auf die Trägerschicht aufgebracht werden oder z. B. im Siebdruckverfahren auf die Trägerschicht auf getragen sein. Die Heizschlange kann in beliebigen Verläufen auf die Trägerschicht aufgetragen sein, wobei eine möglichst große Heizfläche auf der ebe nen Fläche des Wärmeübertragungskörpers angestrebt wird. Die Heizfläche wird durch die Anordnung der Heizschlange beeinflußt. Die Heizschlange kann z. B. lamellenförmig, spiralartig, kreisförmig oder eckig angeordnet sein.

Der Flansch dient zur Befestigung und Fixierung der Heizung an dem Kraft stofffilter. Wird die Heizung von außen in das Filtergehäuse eingesteckt, so ist eine Dichtung zwischen dem Bereich, der in die Rohseite hinein ragt und dem Bereich, der aus dem Kraftstofffilter heraus ragt vorzusehen, damit kein Kraft stoff aus dem Kraftstofffilter austreten kann. Wird die Heizung ausschließlich im Innern des Kraftstofffilters angebracht, so kann eine Dichtung entfallen. Der Flansch kann zur Befestigung an dem Filtergehäuse z. B. ein Gewinde, Befesti gungsbohrungen, einen Bajonettverschluß oder Aufnahmen für Spannhaken oder Clipse aufweisen.

Weiterhin weist die Heizung Kontakte für eine Spannungsversorgung auf. Diese Kontakte können durch zwei Kabel gebildet werden, welche mit einer Span nungsquelle verbindbar sind. Außerdem können die Kontakte in einen Stecker integriert sein, welcher nach Kundenwunsch variiert werden kann. Über die Kontakte kann die Heizung z. B. über den Bordcomputer angesteuert werden. Der Bordcomputer kann z. B. über Sensoren diverse Daten wie z. B. Motordaten, Außentemperatur, Kraftstofftemperatur erfassen und dementsprechend die Hei zung ein- oder ausschalten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sieht die Anordnung der Heizung in dem Kraftstoffeinlaß vor, da der Kraftstoff noch vor dem ersten Kontakt mit dem Filtermedium erwärmt wird und an dieser Stelle der engste Querschnitt vor dem Filtermedium besteht, wodurch der Kraftstoff am besten Erwärmt werden kann.

Eine besondere Ausführungsform der Heizung besteht in der Verwendung ei nes stabförmigen Wärmeübertragungskörpers. Durch diese Ausführung weist der Wärmeübertragungskörper eine Projektionsfläche auf, welche eine schmälere Breite im Verhältnis zur Länge besitzt. Durch eine derartige Ausführung kann die Heizung eine große ebene Fläche aufweisen und in einen langen, schmalen Kanal integriert werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine halbkreisförmige Quer schnittsfläche des Wärmeübertragungskörpers vor. Hierbei entspricht die ebene Fläche in ihrer der Breite dem Durchmesser des halbkreisförmigen Querschnitts und zur Wärmeübertragung steht eine größere Oberfläche, entlang dem Kreis bogen des Querschnitts zur Verfügung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Rippe vorgesehen, welche sich parallel zu einer Längsachse des stabförmigen Wär meübertragungskörpers erstreckt. Durch die Verwendung einer Rippe wird die zur Wärmeübertragung nutzbare Oberfläche vergrößert. Werden mehrere Rip pen verwendet, so vergrößert sich die Oberfläche, die zur Wärmeübertragung genutzt wird.

Es ist vorteilhaft, eine Elektronik zur Steuerung der Heizung auf die ebene Flä che aufzubringen. Hierbei ist die Heizung unabhängig von externen Steuerun gen oder Bordcomputern. Die Elektronik kann z. B. auf der Trägerschicht verlö tet oder verklebt sein.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht ein Mittel zur Erfassung einer vorhan denen Kraftstofftemperatur vor. Dieses Mittel kann z. B. ein Bi-Metallschalter sein, welcher die Heizung ein- und ausschaltet.

Eine besondere Ausführung des Mittels zur Erfassung der Kraftstofftemperatur besteht in der Verwendung eines PTC-Elementes, welche entsprechend der Kraftstofftemperatur die Heizung ein- oder ausschaltet und dabei nur ein sehr geringes Körpervolumen aufweist. Entsprechend vorgegebenen Sollwerten schaltet der elektronische Schalter ein oder aus.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Heizung zwei Wärmeübertragungskörper, welche mit ihren ebenen Flächen aufeinander an geordnet sind und eine gemeinsame Heizschlange aufweisen. Hierzu weist der erste Wärmeübertragungskörper die Trägerschicht und die Heizschlange auf und der zweite Wärmeübertragungskörper ist entweder direkt ohne oder mit Trägerschicht auf die Heizschlange aufgebracht und mit dem ersten Wärme übertragungskörper verbunden. Dadurch erwärmt eine einzige Heizschlange zwei Wärmeübertragungskörper, wodurch die erzeugte Wärme besser auf den Kraftstoff übertragen wird.

Es ist vorteilhaft, die ebene Fläche mit allen darauf aufgebrachten Elementen wie z. B. PTC-Element, Elektronik, Widerstände und Heizschlange mit einer Schutzschicht zu überziehen, damit der Kraftstoff nicht in direkten Kontakt mit diesen Elementen kommt und diese zerstört. Die Schutzschicht besteht aus einem Material, das von dem Kraftstoff nicht zerstört wird und außerdem tempe raturbeständig gegen die, durch die Heizschlange erzeugte Wärme ist. Weiter hin darf das Material der Schutzschicht die aufgebrachten Elemente nicht an greifen. Vorteilhafterweise leitet das Material ebenfalls die Wärme an den Kraft stoff weiter. Die Schutzschicht kann z. B. aus einem Zwei-Komponenten-Kleber bestehen.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeich nungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfin dung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnun gen erläutert.

Hierbei zeigt

Fig. 1 einen Kraftstofffilter im Schnitt

Fig. 2 eine Heizung in der Draufsicht,

Fig. 3 eine Heizung in der Seitenansicht,

Fig. 4 eine Querschnittsfläche eines Wärmeübertragungskörper,

Fig. 5 eine Querschnittsfläche eines Wärmeübertragungskörper und

Fig. 6 eine Querschnittsfläche eines Wärmeübertragungskörper

In Fig. 1 ist ein Kraftstofffilter 10 im Schnitt dargestellt. Der Kraftstofffilter 10 weist einen Filterkopf 11, einen Filterbehälter 12, ein Filterelement 13 und eine Heizung 14 auf. Der Filterkopf 11 weist einen Kraftstoffeinlaß 16 und einen Kraftstoffauslaß 17 auf und ist dichtend durch z. B. Verpressen, Verschrauben oder Verschnappen mit dem Filterbehälter 12 verbunden, wodurch ein Filterge häuse 15 gebildet wird. Das Filtergehäuse 15 umschließt ein Filtergehäusevo lumen 18, wobei das Filterelement 13 in dem Filtergehäusevolumen 18 ange ordnet ist und eine Rohseite 19 dichtend von einer Reinseite 20 trennt. Die Rohseite 19 kommuniziert mit dem Kraftstoffeinlaß 16 und die Reinseite 20 kommuniziert mit dem Kraftstoffauslaß 17. Das Filterelement 13 liegt mit einer unteren Endscheibe 21 dichtend an dem Filterbehälter 12 und mit einer oberen Endscheibe 22 dichtend an einem Stutzen 23 an. Der Stutzen 23 ist an den Filterkopf 11 angeformt und umschließt eine Verbindungsleitung 24, welche mit dem Kraftstoffauslaß 17 verbunden ist.

In den Filterkopf 11 ist eine Heizung 14 eingebracht. Diese Heizung 14 ist bei dieser Ausführung mit dem Filterkopf 11 dichtend verschraubt. Hierzu weist die Heizung 14 einen Flansch 25 auf, der als Sechskant ausgeführt ist. An diesen Flansch 25 schließt ein Gewindebereich 26 an, der in ein Gewinde 27 einge schraubt ist. Zur Abdichtung der Heizung 14 ist eine Flachdichtung 28 zwischen den Flansch 25 und den Filterkopf 11 eingebracht. An den Gewindebereich 26 schließt sich ein Wärmeübertragungskörper 29 an. Dieser wird anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Durch den Flansch 25 sind Kontaktkabel 30 ge führt, welche mit den elektronischen Bauteilen der Heizung 14 verbunden sind. Diese Kontaktkabel 30 können z. B. mit einem Stecker verbunden oder direkt mit einer Spannungsquelle verbunden sein durch z. B. Löten.

Sobald der Kraftstoff durch den Kraftstoffeinlaß 16 in den Kraftstofffilter 10 ein strömt, wird der Kraftstoff bei einer Kraftstofftemperatur unter z. B. 5°C durch die Heizung 14 erwärmt. Die Erwärmung des Kraftstoffes erfolgt im Vorbeiströmen des Kraftstoffes an der Heizung 14. Somit wird der Kraftstoff verflüssigt und setzt das Filterelement 13 nicht zu. Dadurch wird ein, dem Kraftstofffilter 10 nachgeordneter Motor zuverlässig mit Kraftstoff versorgt.

In Fig. 2 ist die Heizung 14 in der Draufsicht dargestellt. Bei dieser Ausführung ist der Flansch 25' als Rechteckplatte ausgeführt, welche Befestigungsbohrun gen (nicht dargestellt) aufweist. An den Flansch schließt sich ein Dichtbereich 31 an. Dieser Dichtbereich 31 besitzt eine Nut 32, in welche ein Dichtungsring (nicht dargestellt) eingelegt werden kann. Dieser Dichtungsring bildet mit einer Aufnahmebohrung (nicht dargestellt) in dem Filterkopf 11 gemäß Fig. 1 eine dichte Verbindung.

Der Wärmeübertragungskörper 29 weist eine ebene Fläche 33 auf, auf welche eine Trägerschicht 35 mit einer Heizschlange 34 aufgebracht ist. Weiterhin sind elektronische Bauteile 36 auf der Trägerschicht 35 angeordnet. Die elektroni schen Bauteile 36 können z. B. eine Elektronik zur Auswertung eines PTC- Elementes zur Ermittlung der Kraftstofftemperatur, Widerstände oder Chips sein.

In Fig. 3 ist eine Heizung 14 in der Seitenansicht dargestellt. Hierbei ist der Flansch 25' wie in Fig. 2 beschrieben ein Rechteck. An den Flansch 25' schließt sich der Dichtbereich 31 an, an welchen sich wiederum der Wärme übertragungskörper 29 anschließt. Auf den Wärmeübertragungskörper 29 aus z. B. Aluminium ist die Trägerschicht 35 aufgebracht, welche durch eine Kera mik-Hybrid-Schicht gebildet wird. Auf diese Trägerschicht 35 sind die elektroni schen Bauteile 36 und die Heizschlange 34 aufgebracht. Über diesen Kompo nenten 36, 34 ist eine Schutzschicht 37 angeordnet. Diese überdeckt dichtend alle Komponenten 34, 36, damit der Kraftstoff diese Komponenten 34, 36 nicht zerstört.

In Fig. 4 ist eine rechteckige Querschnittsfläche des Wärmeübertragungskör per 29 dargestellt.

In Fig. 5 ist eine halbkreisförmige Querschnittsfläche des Wärmeübertra gungskörpers 29 dargestellt.

In Fig. 6 ist eine Querschnittsfläche des Wärmeübertragungskörpers 29 mit Rippen 38 dargestellt.

Bezugszeichenliste

10

Kraftstofffilter

11

Filterkopf

12

Filterbehälter

13

Filterelement

14

Heizung

15

Filtergehäuse

16

Kraftstoffeinlaß

17

Kraftstoffauslas

18

Filtergehäusevolumen

19

Rohseite

20

Reinseite

21

Untere Endscheibe

22

Obere Endscheibe

23

Stutzen

24

Verbindungseinleitung

25

Flansch

26

Gewindebereich

27

Gewinde

28

Flachdichtung

29

Wärmeübertragungskörper

30

Kontaktkabel

31

Dichtbereich

32

Nut

33

Ebene Flächen

34

Heizschlange

35

Trägerschicht

36

Elektronische Bauteile

37

Schutzschicht

38

Rippen

Claims

1. Kraftstofffilter, insbesondere für Dieselmotoren, aufweisend zumindest

- einen Filterkopf (11),
- einen Filterbehälter (12), welcher mit dem Filterkopf (11) dichtend verbunden ist und ein Filtergehäuse (15) bildet,
- einen Kraftstoffeinlaß (16) und einen Kraftstoffauslaß (17), welche mit dem Filtergehäuse (15) kommunizieren,
- ein Filtermedium (13), welches in dem. Filtergehäuse (15) angeordnet ist und eine Rohseite (19) von einer Reinseite (20) dichtend trennt und
- eine Heizung (14),

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (14) durch mindestens

- einen Wärmeübertragungskörper mit mindestens einer ebenen Flä che,
- eine auf die ebene Fläche aufgebrachte, thermisch stabile Träger schicht (35), insbesondere eine Keramik-Hybrid-Schicht,
- eine auf die Trägerschicht (35) aufgebrachte Heizschlange (34),
- einen Flansch (25), welcher zur Fixierung der Heizung (14) in dem Kraftstofffilter (10) dient und
- Kontakte (30)für eine Spannungsversorgung gebildet wird.

2. Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (14) in dem Kraftstoffeinlaß (16) angeordnet ist.

3. Kraftstofffilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungskörper (29) als Stab ausgeführt ist

4. Kraftstofffilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungskörper (29) eine halbkreisförmige Querschnitts fläche aufweist.

5. Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmeübertragungskörper (29) mindestens eine Rippe (38) zur Wärmeübertragung aufweist, welche parallel zu einer Längsachse des Stabes angeordnet ist.

6. Kraftstofffilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Elektronik (36) zur Steuerung der Heizung (14) auf die ebene Flä che aufgebracht ist.

7. Kraftstofffilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Heizung (14) ein Mittel zur Erfassung einer vorhandenen Kraftstoff temperatur aufweist.

8. Kraftstofffilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erfassung der Kraftstofftemperatur ein PTC-Element ist.

9. Kraftstofffilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Heizung (14) über zwei Wärmeübertragungskörper (29) verfügt, wo bei die Wärmeübertragungskörper (29) mit ihren ebenen Flächen aufein ander angeordnet sind und eine gemeinsame Heizschlange (34) aufwei sen.

10. Kraftstofffilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die ebene Fläche mit allen aufgebrachten Elementen (34, 36) mit einer Schutzschicht (37) überzogen ist.