DE102007005771A1

DE102007005771A1 - Filtereinrichtung, insbesondere Flüssigkeitsfilter, mit einer Heizung

Info

Publication number: DE102007005771A1
Application number: DE102007005771A
Authority: DE
Inventors: Juan Luis Marquez Gavilan; Cesar Garcia Benitez; Calos J. Blasco Remacha
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: US8641896B2; DE102007005771B4; US20080197064A1

Abstract

Eine Filtereinrichtung (10), mit einem Filterelement (16), welches in einem Filtergehäuse (12, 14) angeordnet ist, und mit einer Heizung (28) zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung (10) strömenden Medium, ist erfindungsgemäß insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (28) im Innern des Filtergehäuses (12, 14) angeordnet und an dem Filterelement (16) gehaltert ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, insbesondere einen Flüssigkeitsfilter, wie etwa einen Harnstofffilter oder Kraftstofffilter, mit einem Filterelement, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung strömendem Medium.
Viele bekannte Filtereinrichtungen benötigen bei niedrigen Betriebstemperaturen eine Heizung, da die Viskosität der darin zu filtrierenden Medien bei tiefen Temperaturen ansteigt und dann ein Durchgang des Mediums durch das zugehörige Filterelement erschwert wird. Zum Beispiel kann es bei Dieselkraftstofffiltern beim Kaltstart des zugehörigen Motors zu Problemen kommen, wenn die Außentemperatur unter dem so genannten CFPP (cold filter plugging point) des Kraftstoffs liegt. Auch bei Harnstofffiltern kann eine solche Heizung notwendig sein.
Die dabei verwendeten Heizungen werden als elektrische PTC-Heizung (Positive Temperature Coefficient) ausgebildet, welche eine selbsttätige Regelung aufweisen, und speziell an die herzustellende Heizsituation angepasst sind. Die PTC-Elemente sind aber vergleichsweise teuer in der Anschaffung und in der Verarbeitung.
Bei manchen Applikationen von Filtereinrichtungen ist deren Einbauraum streng begrenzt. Für solche Applikationen ist es bei Kraftstofffiltern, die ein Filtergehäuse mit einem Gehäusebecher und einem Gehäusedeckel aufweisen, bekannt, die Heizung im Gehäusedeckel auszubilden, oder als Heizstab, welcher in die Reinseite der Filtereinrichtung hineinragt. Beide Lösungen sind jedoch vergleichsweise aufwendig und machen zusätzliche Anpassungen an den Bauteilen erforderlich.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Filtereinrichtung bereitzustellen, bei der die oben genannten Probleme überwunden sind und insbesondere auf kostengünstige Weise eine hohe Heizleistung mit geringen Kosten bereitgestellt werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Filtereinrichtung gemäß Anspruch 1, einer Filtereinrichtung gemäß Anspruch 2 und einer Filtereinrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß der Erfindung ist eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement geschaffen, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung strömendem Medium, bei der die Heizung im Innern des Filtergehäuses angeordnet und an dem Filterelement gehaltert ist.
Ferner ist erfindungsgemäß eine Filtereinrichtung, insbesondere der oben genanten Art, geschaffen, mit einem Filterelement, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung strömendem Medium, bei der die Heizung im Inneren des Filtergehäuses angeordnet und als ein vom Filtergehäuse separates Bauteil gestaltet ist.
Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen liegt darin, dass die erfindungsgemäße Heizung im Inneren des Filtergehäuse zu einer besonders gleichmäßigen Verteilung der zugeführten Wärmeenergie über die Flächenausdehnung der Heizung hinweg führt. Zugleich benötigt die erfindungsgemäße Heizung und damit die gesamte Filtereinrichtung besonders wenig Bauraum bei gleichzeitig hoher Heizleistung. Dadurch wird mit der erfindungsgemäßen Lösung insbesondere die angestrebte Temperatur in allen wesentlichen Filterbereichen sehr schnell sowie weitgehend gleichmäßig erreicht. Filtergehäuse bekannter Filtereinrichtungen sind in der Regel mit einem Gehäusebecher und einem diesen verschließenden Gehäusedeckel gestaltet. Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass sie eine Erwärmung von Medium an einer Filtereinrichtung auf kleinstem Bauraum bereitstellen kann. Die erfindungsgemäße Lösung ist bei solchen Filtereinrichtungen sowohl für Gehäusebecher aus Metall, wie für Gehäusebecher aus Kunststoff geeignet, da die erfindungsgemäße Heizung in einem separaten Teil innerhalb des Gehäusebechers, also von diesem unabhängig angeordnet ist.
Bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung die Heizung mit mindestens einer Heizbahn gestaltet. Im Gegensatz zu bekannten Filtereinrichtungen, bei denen die Heizung mit PTC-Elementen versehen ist, wird erfindungsgemäß bevorzugt für die Heizung der Filtereinrichtung eine Heizbahn bzw. ein Heizdraht oder auch eine Heizwendel vorgesehen. Diese Lösung ist bei vergleichbarer Heizleistung insbesondere kostengünstiger als Lösungen mit PTC-Elementen.
Die erfindungsgemäße Heizbahn ist besonders vorteilhaft als Stanzgitter gestaltet, welches, ähnlich wie bekannte Leiterbahnen, in einem Stanzprozess aus einem streifen- oder blattförmigen Metallblech ausgestanzt wird. Das Stanzgitter kann dabei (insbesondere in von der eigentlichen Heizung getrennten Gitterabschnitten) auch weitere elektrische Funktionen, wie beispielsweise das Zu- oder Ableiten von Versorgungsstrom zu der zugehörigen Filtereinrichtung umfassen. Die Heizbahn bzw. das Stanzgitter sind bevorzugt in ein Heizbahngehäuse eingespritzt. Der dabei vorzusehende Spritzgießvorgang kann auf den zahlreichen Kenntnissen und Erfahrungen mit anderen Bauteilen aufbauen, welche heutzutage an verschiedensten technischen Einrichtungen in insbesondere aus Kunststoff hergestellte Gehäuse eingespritzt werden.
Da die erfindungsgemäßen Heizbahnen (anders als PTC-Heizelemente) in der Regel nicht selbstregelnd sind, sollten diese Heizbahnen mit einer eigenen Regelung in Gestalt einer Steuereinrichtung zum gesteuerten Zuführen von elektrischer Energie zu der mindesten einen Heizbahn versehen sein. Eine solche Steuereinrichtung kann beispielsweise mit einer Pulsweitenmodulation oder einer anderen elektronischen Schaltung gestaltet sein, mit der ein Überhitzen der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung sicher verhindert ist.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Heizbahngehäuse schützt gegen mechanische Beschädigung und hält ferner einen Abstand zwischen der Heizbahn und dem gegebenenfalls metallischen Filtergehäuse.
Der Übergang von Wärmeenergie in das durch die erfindungsgemäße Filtereinrichtung strömende Medium kann ferner dadurch verbessert werden, dass das Heizbahngehäuse aus einem hochwärmeleitenden Kunststoff hergestellt ist. Zum Erzeugen einer besonders guten Wärmeleitfähigkeit ist dieser Kunststoff vorteilhaft mit Füllungen aus Aluminium-Oxid und/oder Magnesium-Hydroxid gestaltet.
Die genannten Vorteile hinsichtlich einer besonders guten Nutzung der zugeführten Heizenergie und der Schaffung eines besonders bedarfgerechten Temperaturprofils über die Oberfläche des erfindungsgemäßen Filtergehäuses hinweg, können ferner in besonderem Maße erreicht werden, indem die mindestens eine Heizbahn in der Fläche des Heizbahngehäuses schleifenförmig verteilt angeordnet ist.
Die Aufgabe ist ferner erfindungsgemäß mit einer Filtereinrichtung, insbesondere der oben genannten erfindungsgemäßen Art, gelöst, mit einem Filterelement, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, und einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung strömendem Medium, bei der das Filtergehäuse hohlzylindrisch gestaltet und die Heizung ebenfalls hohlzylindrisch gestaltet im Inneren des Filtergehäuses angeordnet ist. Diese Lösung ist insbesondere für kraftfahrtechnische Anwendungen besonders zweckmäßig einsetzbar, wobei besonders vorteilhaft das Filterelement sich im Wesentlichen im Inneren der hohlzylindrisch gestalteten Heizung befindet und/oder die hohlzylindrisch gestaltete Heizung radial innen- und außenseitig von zu erwärmendem Medium umströmbar ist. Diese Weiterbildungen erfordern nur geringen Bauraum und schaffen dennoch einen vorteilhaften Wärmeübergang zwischen Heizung und zu erwärmendem Medium.
Die Heizung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist ferner bevorzugt mit mindestens einem elektrischen Kontakt gestaltet, welcher aus dem Material des Filtergehäuses herausgeführt ist. Die elektrischen Kontakte können dann insbesondere zum Anschließen der genannten Steuereinrichtung, zur Kommunikation mit einem oder mehreren Temperatursensoren und/oder zum Einspeisen von elektrischer Energie genutzt werden.
Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ferner der elektrische Kontakt aus einem anderen Material als die Heizbahn gestaltet. Die Heizbahn ist bevorzugt bei diesen Weiterbildungen aus einem gezielt hochohmigen Material und der elektrische Kontakt aus einem gezielt niederohmigen Material hergestellt. Derart unterschiedliche Materialien für Heizbahn und elektrischen Kontakt sind gezielt an die den einzelnen Elementen zugeordneten Funktionen angepasst. So wird als Material für die elektrischen Kontakte bevorzugt CuSn gewählt, wohingegen die Heizbahn speziell aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand gefertigt ist, welches insbesondere gut gestanzt werden kann. Das Material des elektrischen Kontaktes kann dabei insbesondere mittels eines Klemm-, Präge-, Börtel- oder Lötprozesses mit der Heizbahn verbunden sein. Diese Lösungen ermöglicht es, an die Heizbahn einer Heizung einer Filtereinrichtung insbesondere einen auf dem Markt bereits erhältlichen und in der Regel standardisierten Stecker anzuschließen. Die genannten elektrischen Kontakte, welche an die Heizbahn erfindungsgemäß angekoppelt und aus einem anderen Material ausgebildet sind, können nämlich nicht nur hinsichtlich ihrer Form und ihrer Größe, sondern auch hinsichtlich ihres Materials nahezu frei gewählt und entsprechend an die Vorgaben eines standardisierten Steckers angepasst werden.
Der elektrische Kontakt ist vorteilhaft von der Heizung über eine Klemmverbindung zu einem Bauteil des Filtergehäuses gebildet, an dem ein von außen zugänglicher elektrischer Anschluss vorgesehen ist. Die Klemmverbindung kann kostengünstig während einer Montage der erfindungsgemäßen Heizung an dem Bauteil des Filtergehäuses, insbesondere an einem Gehäusedeckel des Filtergehäuses ausgebildet werden. Der elektrische Anschluss ist bevorzugt in Form eines direkt angeschlossenen oder eines angesteckten Kabels gestaltet, wobei das Kabel an Steckerpins anzustecken sein kann, mittels denen auch die genannte Klemmverbindung gestaltet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung mit den Bauteilen Gehäusedeckel, Heizung, Filterelement und Gehäusebecher,
2 eine Seitenansicht der Filtereinrichtung gemäß 1 mit aufgebrochen dargestelltem Gehäusebecher,
3 den Schnitt III-III gemäß 2 in perspektivischer Ansicht,
4 das Detail IV gemäß 3 in Seitenansicht und
5 das Detail V gemäß 3 in Seitenansicht.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Fig. ist eine Filtereinrichtung 10 veranschaulicht, welche als grundlegende Bauteile ein aus einem Gehäusebecher 12 und einem Gehäusedeckel 14 zusammengesetztes Filtergehäuse und ein sich in dem Filtergehäuse befindendes Filterelement 16 aufweist.
Der Gehäusebecher 12 ist in seiner Grundform als ein Topf oder Becher gestaltet, der einen Gehäuseboden 18 und eine daran am Umfang anschließende Ringwand 20 umfasst. Die Ringwand 20 ist im Wesentlichen zylindrisch um eine Längsachse A gestaltet. Der Gehäuseboden 18 ist zentrisch von einer Durchgangsöffnung 22 durchsetzt, welche zum Anschließen eines nicht dargestellten Sensors dient. Gegenüberliegend ist im Gehäusedeckel 14 mittig ein Anschluss 24 ausgebildet.
Durch diesen Anschluss 24 hindurch wird im Betrieb der Filtereinrichtung 10 ein zu filtrierendes Fluid bzw. Medium, wie beispielsweise Kraftstoff oder Harnstoff, eingeleitet, welches nachfolgend von radial innen nach radial außen durch das Filterelement 16 hindurchtritt und durch einen Anschluss 26 die Filtereinrichtung 10 verlässt.
Damit es bei besonders niedrigen Betriebstemperaturen an der Filtereinrichtung 10 insbesondere nicht zu einer Flockenbildung oder einem Gefrieren des filtrierten Fluids in oder am Filterelement 16 kommt, ist bezogen auf die Fig. unter dem Gehäusedeckel 14 zwischen der Ringwand 20 des Gehäusebechers 12 und der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Filterelements 16 eine hohlzylindrisch gestaltete Heizung 28 angeordnet.
Die Wärmeerzeugung erfolgt bei dieser Heizung 28 mittels einer in Schleifen gelegten Heizbahn 30, durch welche hindurch elektrischer Strom geleitet werden kann. Die Schleifen der Heizbahn 30 sind als ein so genanntes Stanzgitter durch einen Stanzvorgang aus einem Blechstreifen herausgeformt und nach einem Biegevorgang mit einem wärmeleitenden Material 32 in Form eines Heizbahngehäuses umspritzt worden. Auf diese Weise ist die insgesamt hohlzylindrische Form der Heizung 28 bzw. des Heizbahngehäuses gebildet worden. Die Heizbahn 30 ist dabei derart über die Mantelfläche des Hohlzylinders hinweg verteilt worden, dass es zu einem großflächigen und zugleich gleichmäßigen Eintrag von Wärmeenergie in das wärmeleitende Material 32 und damit in das um dieses herum fließende Fluid kommt.
Bei dem Spritzvorgang des wärmeleitenden Material 32 sind ferner an der Heizbahn 30 zwei Kontaktstellen 34 derart aus dem wärmeleitenden Material 32 herausgeführt worden, dass diese an Steckerpins 36 anschließbar sind. Die Steckerpins 36 sind im Gehäusedeckel 14 eingespritzt und werden bei einem Montieren der Heizung 28 an den Gehäusedeckel 14 mit den Kontaktstellen 34 verklemmt. An die Steckerpins 36 wird dann im eingebauten Zustand der Filtereinrichtung 10 eine nur stark vereinfacht dargestellte Steuereinrichtung 38 zum Zuführen und Regeln von elektrischem Strom zu der Heizbahn 30 angeschlossen.
Die derart am Gehäusedeckel 14 vormontierte Heizung 28 ragt im montierten Zustand an der Außenseite des Filterelements 16 in den Gehäusebecher 12 hinein und ist dabei mittels Rippen 40 von der Innenseite des Gehäusebechers 12 beabstandet gehalten.

Claims

Filtereinrichtung (10), mit einem Filterelement (16), welches in einem Filtergehäuse (12, 14) angeordnet ist, und mit einer Heizung (28) zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung (10) strömendem Medium, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (28) im Innern des Filtergehäuses (12, 14) angeordnet und an dem Filterelement (16) gehaltert ist.
Filtereinrichtung (10), insbesondere nach Anspruch 1, mit einem Filterelement (16), welches in einem Filtergehäuse (12, 14) angeordnet ist, und mit einer Heizung (28) zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung (10) strömendem Medium, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (28) im Inneren des Filtergehäuses (12, 14) angeordnet und als ein vom Filtergehäuse (12, 14) separates Bauteil gestaltet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (28) mit mindestens einer Heizbahn (30) gestaltet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizbahn (30) von einem metallischen Stanzgitter gebildet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizbahn (30) in einem Heizbahngehäuse (32) eingespritzt ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizbahn (30) in einer Fläche, insbesondere des Heizbahngehäuses (32), schleifenförmig verteilt angeordnet ist.
Filtereinrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Filterelement (16), welches in einem Filtergehäuse (12, 14) angeordnet ist, und mit einer Heizung (28) zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung (10) strömendem Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (12, 14) hohlzylindrisch gestaltet und die Heizung (28) ebenfalls hohlzylindrisch gestaltet im Inneren des Filtergehäuses (12, 14) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (16) sich im Wesentlichen im Inneren der hohlzylindrisch gestalteten Heizung (28) befindet.
Filtereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlzylindrisch gestaltete Heizung (28) radial innen- und außenseitig von zu erwärmendem Medium umströmbar ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (28) mit mindestens einem elektrischen Kontakt (34, 36) gestaltet ist, welcher aus dem Material des Filtergehäuses (12, 14) herausgeführt ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (34, 36) von der Heizung (28) über eine Klemmverbindung zu einem Bauteil (36) des Filtergehäuses (12, 14) gebildet ist, an dem ein von außen zugänglicher elektrischer Anschluss vorgesehen ist.