DE3724410A1 - Elektrisch beheizbarer kraftstoff-filter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizbaren Kraftstoff-Filter, insbesondere für Dieselkraftstoffe, mit einem aus wenigstens zwei lösbar dichtend miteinander verbundenen Gehäuseteilen bestehenden Filtergehäuse mit einem Kraftstoffeinlaß und einem Kraftstoffauslaß, mit einem im Filtergehäuse zwischen Einlaß und Auslaß ange­ ordneten Filtereinsatz und mit wenigstens einem elek­ trisch betreibbaren Heizelement.

Ein erster Kraftstoff-Filter der genannten Art ist aus der US-PS 43 87 691 bekannt. Bei diesem Filter strömt der Kraftstoff vor dem Durchtritt durch den Filtereinsatz durch eine gelochte Platte, welche von einem durch Feder­ kraft angedrückten Heizwiderstand erhitzbar ist. Nachtei­ lig ist bei diesem Filter, daß die Wärmeübertragung an den Kraftstoff wenig effektiv ist und daß der Filter höchst kompliziert aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt ist.

Ein zweiter Kraftstoff-Filter der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 35 38 282 bekannt. Bei diesem Filter ist ein Heizwiderstand in wärmeleitendem Kontakt zum Filtereinsatz an diesem angeordnet, um das den Filterein­ satz bildende Material, hier ein Drahtgewebe, zu erhit­ zen. Dieser Filter ist zwar wesentlich einfacher aufge­ baut, es hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, daß die an den Kraftstoff übertragbare Wärmemenge im Fall von sehr niedrigen Kraftstofftemperaturen nicht ausrei­ chend hoch ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Kraftstoff-Filter der eingangs genannten Art zu schaffen, der die aufge­ führten Nachteile vermeidet und der insbesondere einfach aufgebaut ist und einen hohen Wirkungsgrad bei der Wär­ meübertragung auf den Kraftstoff aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Kraftstoff-Filter der eingangs genannten Art, wel­ cher dadurch gekennzeichnet ist, daß der eine Gehäuseteil einen Heizkörper mit einem durch diesen mäandrierend verlaufenden Kraftstoffkanal und mit wenigstens einem in wärmeleitender Verbindung auf bzw. in den Körper auf- bzw. eingesetzten Heizwiderstand aufweist.

Bei dem Kraftstoff-Filter gemäß Erfindung wird der Kraft­ stoff innerhalb des mäandrierend verlaufenden und damit relativ langen Kanals effektiv erwärmt, da zum einen die Verweildauer des Kraftstoffes im Heizkörper relativ lang ist und da zum anderen die die Wärme an den Kraftstoff übertragende Oberfläche des Heizkörpers groß ist. Die Wärmeabgabe an den Kraftstoff erfolgt sowohl über den Heizwiderstand selbst als auch über den von dem Heiz­ widerstand erwärmten Heizkörper mit seiner vielfach größeren Oberfläche.

Um eine möglichst platzsparende Integration des Heizkör­ pers in den Kraftstoff-Filter zu ermöglichen, ist vorge­ sehen, daß der Filtereinsatz als zylindrischer oder ke­ gelstumpfförmiger Topf ausgebildet ist und daß der Heiz­ körper eine im wesentlichen zylindrische oder kegel­ stumpfförmige Außenform aufweist und unter Freilassung eines Ringraumes in den Filtereinsatz hineinragt. Der Heizkörper kann damit in einem ansonsten nicht genutzten Raum des Filters untergebracht werden, wodurch das Bauvolu­ men klein gehalten wird.

Weiter ist vorgesehen, daß der Kraftstoffkanal im Quer­ schnitt schmal und hoch bzw. flach und breit ist. Durch diese Formgebung wird eine große Wärmeübertragungsfläche geschaffen und es wird zugleich für kurze Wärmeleitungs­ wege innerhalb des Kraftstoffes gesorgt, was zu dessen effektiver Erwärmung beiträgt.

Eine bevorzugte Ausführung des Filters sieht vor, daß die Schmalseiten des Kraftstoffkanals einander gegenüberlie­ gend jeweils am Umfang des Heizkörpers liegen und offen sind, daß der Kraftstoffkanal im Bereich jeweils einer Stirnseite des Heizkörpers beginnt und endet und daß der Heizkörper umfangsseitig von einer auf diesen aufgesetz­ ten oder aufgeschobenen Abdeckhülse zumindest im Bereich der Schmalseiten des Kraftstoffkanals umgeben ist. Hierdurch wird eine sehr einfache Gestaltung und damit kostengünstige Herstellbarkeit des Heizkörpers erreicht. Die Abdeckhülse stellt ebenfalls ein sehr einfaches Bau­ teil dar, das zudem mit einer gewissen Toleranz auf dem Heizkörper angeordnet sein kann, da eine völlige Dichtig­ keit hier nicht erforderlich ist. Dabei ist es beliebig, ob der Kraftstoffkanal in Längsrichtung oder in Quer­ richtung des Heizkörpers mäandrierend verläuft. Um auch die Abdeckhülse an der Wärmeübertragung zu beteiligen, ist diese zweckmäßig ebenfalls aus Metall gefertigt.

Um eine leichte Auswechselbarkeit des Filtereinsatzes zu gewährleisten, sind vorteilhaft die beiden Gehäuseteile unter Zwischenlage einer Dichtung in axialer Richtung ineinanderschraubbar und weist der Filtereinsatz an seinem offenen Ende einen radial nach außen vorragenden, zwischen den Gehäuseteilen einklemmbaren Kragen auf. Nach einem Auseinanderschrauben der beiden Gehäuseteile kann so der alte Filtereinsatz ohne weitere Maßnahmen oder Hilfsmittel entnommen und durch einen neuen Einsatz ersetzt werden.

Um den Wärmeaustausch zwischen Heizkörper und Kraftstoff noch zu intensivieren, sind zweckmäßig an dem Heizkörper in den Kraftstoffkanal vorragende, quer zur Strömungs­ richtung des Kraftstoffes verlaufende Verwirbelungsrippen angeordnet. Diese sorgen für eine turbulente Strömung des Kraftstoffes innerhalb des Kraftstoffkanals und damit für eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Kraftstoff.

Besonders kostengünstig wird der Kraftstoff-Filter da­ durch, daß zumindest der den Heizkörper aufweisende Ge­ häuseteil einstückig im Druckgußverfahren aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung hergestellt ist. Dieses günstige Herstellungsverfahren wird durch die besondere Gestaltung des Heizkörpers ermöglicht, da ein Entformen des Gehäuseteils problemlos durchführbar ist. Das Mate­ rial Aluminium oder Aluminiumlegierung ist leicht, gut wärmeleitend und korrosionsfest.

Weiterhin ist vorgesehen, daß der Heizwiderstand ein PTC- Widerstand, vorzugsweise in Form einer flachen Scheibe, ist. Ein solcher PTC-Widerstand besitzt Selbstregelungs­ eigenschaften, die eine Überhitzung verhindern. Die Form einer flachen Scheibe für den Heizwiderstand bietet den Vorteil einer großen wärmeabgebenden Oberfläche und einer einfachen Anbringbarkeit an bzw. im Heizkörper, z. B. durch Ankleben oder Anlöten.

Um einen unnötigen Stromverbrauch und eine übermäßige Kraftstofferwärmung zu vermeiden, kann der Kraftstoff- Filter schließlich noch mit einem den Heizwiderstand bzw. die Heizwiderstände in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Heizkörper bzw. dem Kraftstoff-Filter abströ­ menden Kraftstoffes ein- und ausschaltenden Thermostat­ schalter ausgestattet sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Kraftstoff-Filter im Längsschnitt,

Fig. 2 den Filter aus Fig. 1 im Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 den oberen Teil des Filtergehäuses mit Heizkörper als Teil des Filters nach den Fig. 1 und 2 in Ansicht.

Wie aus der Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich ist, be­ steht das dargestellte Ausführungsbeispiel des Kraft­ stoff-Filters 1 im wesentlichen aus vier Teilen, nämlich einem becherförmigen unteren Gehäuseteil 2, einem diesen nach oben hin abschließenden Gehäuseteil 3, einem im Inneren 10 des Filters 1 angeordneten topfförmigen Fil­ tereinsatz 6 und einem mit dem Gehäuseteil 3 einstückigen Heizkörper 4, welcher in den Filtereinsatz 6 hineinragt. Der im dargestellten Ausführungsbeispiel obere Gehäuse­ teil 3 weist einen Kraftstoffeinlaß 31′ in Form eines axial verlaufenden Zulaufstutzens 31 auf; der untere Gehäuseteil 2 weist einen ebenfalls axial verlaufenden Kraftstoffauslaß 21′ in Form eines Anschlußstutzens 21 auf. Zwischen Anschlußstutzen 21 bzw. 31 und dem zugehö­ rigen Gehäuseteil 2 bzw. 3 ist jeweils ein verdickter Übergang angeordnet, an welchem Schlüsselflächen 25 bzw. 35 zum Aufsetzen jeweils eines Schraubenschlüssels ausge­ bildet sind.

Die Verbindung der beiden Gehäuseteile 2 und 3 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Filters 1 durch Verschrauben, wozu der Gehäuseteil 2 an seinem oberen Rand 22 ein Innengewinde 23 und der Gehäuseteil 3 in seinem äußeren Randbereich 32 ein Außengewinde 33 aufweisen. Ein Dichtring 34 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 sorgt für eine Abdichtung der beiden Teile gegen­ einander im verschraubten Zustand. Zwischen dem Gehäuse­ teil 2 und dem Gehäuseteil 3 ist ein umlaufender Klemm­ spalt 26 vorgesehen, in welchen ein nach außen in radia­ ler Richtung vorragender Kragen 61 des topfförmigen Fil­ tereinsatzes 6 eingeklemmt ist.

Der mit dem Gehäuseteil 3 einstückig ausgeführte Heizkör­ per 4 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine längliche, zylindrische Grundform, wobei dessen Durch­ messer und Länge so bemessen sind, daß zwischen dem Heiz­ körper 4 und dem Filtereinsatz 6 ein freier Ringraum 11 verbleibt. Durch den Heizkörper 4 verläuft in dessen Längsrichtung mäandrierend ein Kraftstoffkanal 41. Der Anfang 43 dieses Kraftstoffkanals 41 liegt im oberen Stirnbereich 45 des Heizkörpers 4 und steht in Strö­ mungsverbindung mit dem Einlaß 31′ im Gehäuseteil 3. Das Ende 42 des Kanals 41 liegt an der unteren Stirnseite 44 des Heizkörpers 4 und mündet in den Raum 11 zwischen Heizkörper 4 und Filtereinsatz 6. Wie anhand der Fig. 2 noch näher erläutert werden wird, ist der Kraftstoffkanal relativ schmal und hoch ausgebildet, wobei er an seinen Schmalseiten jeweils bis zum Umfang 40 des Heizkörpers 4 reicht. Die an sich damit offenen Schmalseiten des Kraft­ stoffkanals 41 sind durch eine auf den Außenumfang 40 des Heizkörpers 4 aufgesetzte Abdeckhülse 5 abgedeckt. Hier­ durch ergibt sich ein im wesentlichen geschlossener Kanal 41, wobei eine absolute Dichtigkeit zwischen dem Heizkör­ per 4 und der Abdeckhülse 5 nicht erforderlich ist.

Im Inneren des Heizkörpers 4 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Heizwiderstände 46 angeordnet, die jeweils die Form einer flachen Scheibe besitzen. Die Heizwiderstände 46 weisen mit ihrer einen Flachseite zum Kraftstoffkanal 41 und sind mit ihrer anderen Flachseite teilweise in das Material des Heizkörpers 4 versenkt.

Hierdurch wird eine gute Wärmeabgabe sowohl an den durch den Kanal 41 strömenden Kraftstoff als auch an das den Heizkörper 4 bildende Material, vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, erreicht. Die Versorgung der Heizwiderstände 46 mit elektrischer Energie erfolgt über ein Zuleitungskabel 47, das über eine Kabeldichtung 47′ dichtend durch den Gehäuseteil 3 in den Kanal 41 und zu den Heizwiderständen 46 geführt ist. Da der Gehäuse­ teil 3 und der Heizkörper 4 einstückig aus Metall beste­ hen, kann der eine Pol der elektrischen Versorgung, vorzugsweise Masse, auch an den Gehäuseteil 3 gelegt sein.

Schließlich besitzt der Heizkörper 4 noch eine Anzahl von in den Kraftstoffkanal 41 vorspringenden, quer zur Strö­ mungsrichtung des Kraftstoffes verlaufenden Verwirbe­ lungsrippen 48, die für eine gleichmäßige Temperturver­ teilung innerhalb des durchströmenden Kraftstoffes sor­ gen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftstoff- Filters 1 strömt der Kraftstoff K von oben her durch den Einlaß 31′, z. B. eine Bohrung, zum Anfang 43 des Kraft­ stoffkanals 41. Von dort strömt der Kraftstoff unter Verwirbelung durch die Rippen 48 durch den Kraftstoff­ kanal 41 weiter. Auf diesem Weg erwärmt er sich zum einen an den Heizwiderständen 46. Zum anderen erwärmt er sich auch an den den Kraftstoffkanal 41 begrenzenden Oberflächen des von den Heizwiderständen 46 erwärmten Heizkörpers 4. Der erwärmte Kraftstoff verläßt schließlich den Kraft­ stoffkanal 41 an dessen Ende 42 im Bereich der unteren Stirnseite 44 des Heizkörpers 4. Der Kraftstoff tritt dort in den Raum 11 zwischen Heizkörper 4 und Filterein­ satz 6 ein, um von dort unter Durchströmen des Filterein­ satzes 6 in den Raum 10 des Filters 1 zu gelangen. Von dort strömt der Kraftstoff schließlich erwärmt und gefil­ tert durch den Auslaß 21′ nach unten hin ab.

Wie die Fig. 1 deutlich zeigt, ist der von dem Kraft­ stoff K innerhalb des Heizkörpers 4 zurückgelegte Weg relativ lang, so daß eine effektive Erwärmung des Kraft­ stoffes K auf seinem Weg durch den Heizkörper 4 gewähr­ leistet ist.

Die bereits erwähnte Fig. 2 zeigt den Kraftstoff-Filter 1 aus Fig. 1 im Querschnitt entlang der dort eingezeich­ neten Schnittlinie II-II. Im Zentrum der Fig. 2 ist zunächst der Heizkörper 4 erkennbar, durch welchen der Kanal 41 für den zu erwärmenden Kraftstoff läuft. Wie die Fig. 2 deutlich zeigt, ist der Kanal 41 bzw. sind dessen sichtbare Teilabschnitte im Querschnitt relativ schmal und hoch, wodurch sich eine große Wärmeübertragungsfläche und kurze Wärmeleitungswege ergeben. Der Kanal 41 endet an seinen oberen Schmalseiten 49 bzw. unteren Schmalsei­ ten 49′ jeweils offen am Außenumfang 40 des Heizkörpers 4. Durch die auf den Außenumfang 40 des Heizkörpers 4 aufgesetzte Abdeckhülse 5 sind die Abschnitte des Kanal 41 an ihren Schmalseiten 49 und 49′ verschlossen. Weiter nach außen schließt sich an die Abdeckhülse 5 der Ring­ raum 11 an, der nach außen hin durch den Filtereinsatz 6 begrenzt ist. Außen um den Filtereinsatz 6 herum er­ streckt sind der Filterraum 10, in welchem sich der erwärmte und gefilterte Kraftstoff vor seinem Abströmen aus dem Filter sammelt. Der Raum 10 ist nach außen durch die den unteren Gehäuseteil 2 bildende Wandung begrenzt. Im Hintergrund ist schließlich noch ganz außen der vorspringende obere Randbereich 22 des Gehäuseteils 2 erkennbar.

Im Heizkörper 4 sind schließlich noch die beiden Heiz­ widerstände 46 sowie einige der in den Kanal 41 vorsprin­ genden Verwirbelungsrippen 48 erkennbar.

Fig. 3 der Zeichnung schließlich zeigt den Gehäuseteil 3 mit Heizkörper 4 als Teil des Filters in Ansicht. Im oberen Teil der Fig. 3 ist zunächst der Anschlußstutzen 31 für den Kraftstoffeinlaß 31′ erkennbar. In dessen unterem Teil ist der verdickte Übergang mit der Schlüs­ selfläche 35 erkennbar. Hieran schließt sich nach unten wiederum der plattenförmige Abschlußteil 30 des Gehäuse­ teils 3 an, der an seinem äußeren Randbereich 32 das Außengewinde 33 aufweist.

Nach unten setzt sich der Gehäuseteil 3 einstückig in den Heizkörper 4 fort, durch welchen der Kraftstoffkanal 41 in Längsrichtung des Körpers 4 mäandrierend verläuft. Wie aus der Fig. 3 weiter ersichtlich ist, besitzt der Heiz­ körper 4 eine im wesentlichen zylindrische Form, mit einem zylindrischen Außenumfang 40 und mit zwei Stirnsei­ ten 44 und 45. Im Stirnbereich 45 ist der Beginn 43 des Kraftstoffkanals 41 erkennbar, der mit dem Einlaß 31′ in Strömungsverbindung steht. Der Endpunkt 42 des Kanals 41 ist wieder am unteren Stirnbereich 44 des Heizkörpers 4 erkennbar. Innerhalb des Kanals 41 sind schließlich wieder die vorspringenden Rippen 48 sowie die beiden Heizwiderstände 46 erkennbar.

Wie besonders deutlich die Fig. 3 zeigt, bietet es keine Schwierigkeiten, den Gehäuseteil 3 mit dem Heizkörper 4 einstückig im Druckgußverfahren herzustellen, da eine Entformbarkeit gewährleistet ist. Dabei können zur Er­ reichung einer höheren mechanischen Stabilität des Heiz­ körpers 4 innerhalb des Kraftstoffkanals 41 an geeigneten Stellen den Kanal 41 durchsetzende Materialbrücken ange­ ordnet sein, die ebenfalls bei der Herstellung bereits vorgesehen werden können. Außerdem kann der Kanal 41 für den zu erwärmenden Kraftstoff in dem Heizkörper 4 auch in dessen Querrichtung mäandrierend verlaufen, ohne daß sich an der Funktion und Wirksamkeit des Filters 1 etwas ändert. Auch kann die räumliche Lage des Filters 1 belie­ big gewählt werden, da diese keinen Einfluß auf die Funktion hat.

Claims (9)

1. Elektrisch beheizbarer Kraftstoff-Filter, insbesondere für Dieselkraftstoffe, mit einem aus wenigstens zwei lösbar dichtend miteinander verbundenen Gehäuseteilen bestehenden Filtergehäuse mit einem Kraftstoffeinlaß und einem Kraftstoffauslaß, mit einem im Filtergehäuse zwischen Einlaß und Auslaß angeordneten Filtereinsatz und mit wenigstens einem elektrisch betreibbaren Heiz­ element, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Gehäuseteil (3) einen Heizkörper (4) mit einem durch diesen mäandrie­ rend verlaufenden Kraftstoffkanal (41) und mit wenig­ stens einem in wärmeleitender Verbindung auf bzw. in den Körper (4) auf- bzw. eingesetzten Heizwiderstand (46) aufweist.

2. Kraftstoff-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Filtereinsatz (6) als zylindrischer oder kegelstumpfförmiger Topf ausgebildet ist und daß der Heizkörper (4) eine im wesentlichen zylindrische oder kegelstumpfförmige Außenform aufweist und unter Freilassung eines Ringraumes (11) in den Filtereinsatz (6) hineinragt.

3. Kraftstoff-Filter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffkanal (41) im Quer­ schnitt schmal und hoch bzw. flach und breit ist.

4. Kraftstoff-Filter nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten (49, 49′) des Kraftstoffkanals (41) einander gegenüberliegend jeweils am Umfang (40) des Heizkörpers (4) liegen und offen sind, daß der Kraftstoffkanal (41) im Bereich jeweils einer Stirnseite (44, 45) des Heizkörpers (4) beginnt und endet und daß der Heizkörper (4) umfangs­ seitig von einer auf diesen aufgesetzten oder aufge­ schobenen Abdeckhülse (5) zumindest im Bereich der Schmalseiten (49, 49′) des Kraftstoffkanals (41) umge­ ben ist.

5. Kraftstoff-Filter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (2, 3) unter Zwischenlage einer Dichtung (34) in axialer Richtung ineinanderschraubbar sind und daß der Filter­ einsatz (6) an seinem offenen Ende einen radial nach außen vorragenden, zwischen den Gehäuseteilen (2, 3) einklemmbaren Kragen (61) aufweist.

6. Kraftstoff-Filter nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch an dem Heizkörper (4) angeordnete, in den Kraftstoffkanal (41) vorragende, quer zur Strö­ mungsrichtung des Kraftstoffes verlaufende Verwirbe­ lungsrippen (48).

7. Kraftstoff-Filter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der den Heizkörper (4) aufweisende Gehäuseteil (3) einstückig im Druckgußver­ fahren aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung hergestellt ist.

8. Kraftstoff-Filter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (46) ein PTC- Widerstand, vorzugsweise in Form einer flachen Scheibe, ist.

9. Kraftstoff-Filter nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch einen den Heizwiderstand (46) bzw. die Heizwiderstände (46) in Abhängigkeit von der Tempera­ tur des aus dem Heizkörper (4) bzw. dem Kraftstoff- Filter (1) abströmenden Kraftstoffes ein- und aus­ schaltenden Thermostatschalter.