DE102008020223A1

DE102008020223A1 - Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff

Info

Publication number: DE102008020223A1
Application number: DE102008020223A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Eberle; Helmut Luka; Yassine Maaradji; Martin Weindorf
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-09-03
Also published as: DE202008002927U1

Abstract

Ein Flüssigkeitsfilter weist ein ringförmiges Coalescer-Element und ein ringförmiges Hauptfilterelement auf, die konzentrisch ineinander gesetzt sind, wobei zwischen Hauptfilterelement und Coalescer-Element ein Ringspalt gebildet ist und beide Elemente die gleiche radiale Durchströmungsrichtung aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der WO 2004/082804 A1 wird ein Filtersystem für Kraftstoffe beschrieben, das zusätzlich zum Hauptfilterelement ein so genanntes Coalescer-Element als Vorfiltereinheit umfasst, das die Aufgabe hat, Wassertröpfchen, die im Kraftstoff als Dispersion vorliegen, zu größeren Tröpfchen anzulagern. Das Coalescer-Element ist dem Hauptfilterelement vorgeschaltet und wird von dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch durchströmt, wodurch die feinen Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammengeführt und anschließend vor dem Durchströmen des Hauptfilterelementes abgeleitet werden. Das ringförmig ausgebildete Coalescer-Element und das ebenfalls ringförmige Hauptfilterelement sitzen stirnseitig aneinander und umschließen einen Mittelkanal, über den der gereinigte Kraftstoff abgeleitet wird. Im Filtrationsbetrieb wird zunächst das Coalescer-Element radial von innen nach außen durchströmt, wobei größere Wassertröpfchen stromab des Coalescer-Elementes an der Innenseite des aufnehmenden Gehäuses abgeschieden werden. Anschließend erfolgt die Filtration im axial beabstandeten Hauptfilterelement, welches radial von außen nach innen durchströmt wird.
Bekannt ist es außerdem aus der US 2,387,368 , zwei ringförmige Filterelemente konzentrisch zueinander anzuordnen, so dass das äußere Filterelement das innere Filterelement umschließt. Zwischen den Filterelementen ist ein umlaufender Ringspalt gebildet, der zur Einleitung des ungereinigten Fluides dient. Vom Ringspalt wird ein erster Teilstrom radial nach innen durch die Wandung des innen liegenden Filterelementes und ein zweiter Teilstrom radial nach außen durch die Wandung des außen liegenden Filterelementes geführt. Die gereinigten Teilströme werden anschließend wieder zusammengeführt und aus dem Filtergehäuse abgeleitet.
Eine zielgerichtete Steuerung der Teilmassenströme durch das innere und äußere Filterelement ist nicht vorgesehen, was die Gefahr birgt, dass die Filterelemente auf Grund ihrer unterschiedlich großen Anströmflächen sich nicht gleichmäßig mit Schmutzpartikeln zusetzen. Vielmehr wird auf Grund der kleineren Anströmseite das innere Filterelement sich zuerst zusetzen, so dass der gesamte Massenstrom durch das außen liegende Filterelement strömen muss und auch dieses Filterelement durch die erhöhte Schmutzbelastung in kurzer Zeit an Filtrationsleistung einbüßt.
Außerdem handelt es sich bei der US 2,387,368 um zwei gleichartige Filterelemente, die nur zur Abscheidung von Schmutzpartikeln geeignet sind. Eine Vorabscheidung von Wassertröpfchen ist nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Flüssigkeitsfilter zu schaffen, bei dem in effektiver Weise dispersiv enthaltene Wassertröpfchen in einem Fluid abgeschieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter weist in einem Filtergehäuse ein Coalescer-Element sowie ein strömungstechnisch nachgeschaltetes Hauptfilterelement auf, wobei das Coalescer-Element zum Zusammenführen bzw. Anlagern größerer Wassertröpfchen des dispersiv in der zu reinigenden Flüssigkeit enthaltenen Wassers dient. Coalescer-Element und Hauptfilterelement sind jeweils ringförmig ausgebildet und konzentrisch ineinander gesetzt, dergestalt, dass das außen liegende Element das radial innen liegende Element umschließt. Zwischen den beiden Elementen ist ein Ringspalt gebildet, außerdem weisen beide Elemente die gleiche radiale Durchströmungsrichtung auf.
Diese Ausbildung des Flüssigkeitsfilters, bei dem es sich vorzugsweise um einen Kraftstofffilter für Brennkraftmaschinen, beispielsweise um einen Dieselkraftstofffilter handelt, weist den Vorteil einer einheitlichen Durchströmungsrichtung für Coalescer-Element und Hauptfilterelement auf, so dass es im Unterschied zum Stand der Technik nicht erforderlich ist, die Strömungsrichtung nach dem Durchlaufen des Coalescer-Elementes zu ändern, wodurch Strömungsverluste bzw. Druckverluste vermieden werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Ringspalt zum Ableiten der größeren, im Coalescer-Element angelagerten Wassertröpfchen dient. Bereits im Coalescer-Element werden größere Wassertröpfchen erzeugt, die spätestens an der Reinseite des Hauptfilterelementes abgeschieden werden und in Richtung des Bodens des Ringspaltes strömen, von wo aus das gesammelte Wasser abgeleitet werden kann. Dies hat zur Folge, dass der das Hauptfilterelement passierende Fluidstrom einen erheblich geringeren Wasseranteil aufweist bzw. ggf. sogar vollständig frei von Wasser ist, wodurch der Reinheitsgrad des Fluids erhöht und beispielsweise im Falle eines Kraftstofffilters die Verbrennung in der Brennkraftmaschine verbessert wird. Außerdem können Schmutzpartikel aus dem Fluid im Hauptfilterelement besser ausfiltriert werden, so dass auch der Wirkungsgrad im Hauptfilterelement verbessert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Coalescer-Element radial außen liegt und das Hauptfilterelement radial innen, so dass das Hauptfilterelement ringförmig von dem Coalescer-Element eingeschlossen ist. In diesem Fall ist die Durchströmungsrichtung radial von außen nach innen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die radial außen liegende Seite des Hauptfilterelementes die Rohseite bildet und im Filtermaterial in Radialrichtung von außen nach innen gesehen größere Schmutzpartikel, welche in der zu reinigenden Flüssigkeit enthalten sind, vorzugsweise im radial weiter außen liegenden Bereich aus filtriert werden. Mit zunehmender Annäherung an die die Reinseite bildende radiale Innenseite des Hauptfilterelementes nimmt die Schmutzbelastung im Fluidstrom insgesamt ab und können feinere Schmutzpartikel im Filtermaterial ausfiltriert werden.
Im Coalescer-Element wird radial von außen nach innen eine zunehmende Anlagerung der Wassertröpfchen erzielt, so dass die größten Wassertröpfchen an der radialen Innenseite des Coalescer-Elementes zu finden sind, die zugleich den Ringspalt begrenzt. Somit werden die größten Wassertröpfchen automatisch im Ringspalt abgesondert und können über diesen abgeleitet werden.
Im Ringspalt befindet sich zweckmäßigerweise zumindest eine Ablassöffnung, vorzugsweise im Boden des Ringspaltes, zum Ableiten des abgeschiedenen Wassers. Die Ablassöffnung ist vorteilhafterweise in eine stirnseitige Endscheibe eingebracht, die bevorzugt sowohl die Stirnseite des Coalescer-Elementes als auch die Stirnseite des Hauptfilterelementes abdeckt. Hierbei kann es zweckmäßig sein, einteilig mit der bevorzugt aus Kunststoff gefertigten Endscheibe Ablassstutzen auszubilden, die mit der Ablassöffnung in den Ringspalt münden und die zweckmäßigerweise auf der dem Ringspalt abgewandten Seite in eine zugeordnete Gegenkontur im Gehäuse des Flüssigkeitsfilters eingreifen.
Die Ablassöffnung – und dementsprechend auch der Ablassstutzen – kann entweder als begrenzte Öffnung, beispielsweise als kreisrunde Öffnung ausgebildet sein oder als Öffnung mit begrenztem Querschnitt mit einer anderweitigen Querschnittsgeometrie, beispielsweise eine rechteckige Öffnung. Möglich ist aber auch gemäß einer alternativen Ausführung eine ringförmig ausgebildete Ablassöffnung, die sich entweder über den gesamten Umfang des Ringspaltes oder über ein begrenztes Winkelsegment erstreckt. Im Falle einzelner Ablassöffnungen können mehrere derartiger Ablassöffnungen über den Umfang verteilt vorgesehen sein. Auch im Falle von ringförmigen, sich über ein begrenztes Winkelsegment erstreckenden Ablassöffnungen können ggf. mehrere derartiger Ablassöffnungen eingebracht sein. Der bzw. die Ablassstutzen sind an die Querschnittsgeometrie der Ablassöffnung angepasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprächen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise geschnittenen Flüssigkeitsfilters mit zwei radial ineinander gesetzten Filterelementen, von denen das außen liegende Element ein Coalescer-Element und das innen liegende ein Hauptfilterelement bildet, mit Abdeckscheiben an beiden Stirnseiten der Elemente,
2 eine weitere perspektivische Darstellung des teilweise geschnittenen Flüssigkeitsfilters mit eingetragenen Strömungspfeilen des zu reinigenden Fluids, das den Flüssigkeitsfilter radial von außen nach innen durchströmt,
3 eine weitere perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsfilters,
4 der Flüssigkeitsfilter im Bereich der unten liegenden Endscheibe in einer vergrößerten Darstellung,
5 eine Draufsicht auf die unten liegende Endscheibe des Flüssigkeitsfilters in einer alternativen Ausführung.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie in den Figuren dargestellt, weist der Flüssigkeitsfilter 1, der insbesondere zur Filtration von Kraftstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff dient, in einem Filtergehäuse 2 zwei ringförmige Elemente 3 und 4 auf, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Längsachse 5 besitzen. Das radial außen liegende Element ist ein so genanntes Coalescer-Element, das zur Anlagerung von dispersiv in der zu reinigenden Flüssigkeit enthaltenem Wasser dient. Das Coalescer-Element 3 umschließt vollständig in Radialrichtung das innen liegende Hauptfilterelement 4. Die beiden Elemente 3 und 4 liegen auf Abstand zueinander, zwischen der radial innen liegenden Reinseite des Coalescer-Elementes 3 und er radial außen liegenden Rohseite des Hauptfilter elementes 4 ist ein Ringspalt 8 gebildet. Im Inneren des Hauptfilterelementes 4 befindet sich ein zylindrischer Reinraum 9, in welchem das gereinigte Fluid gesammelt und zur weiteren Verwendung abgeleitet wird. Es kann zweckmäßig sein, den Reinraum 9 von einem Stützgerüst zu begrenzen, das unmittelbar an der radial innen liegenden Reinseite des Hauptfilterelementes 4 anliegt. Dieses Stützgerüst verleiht dem Hauptfilterelement 4 zusätzliche Stabilität. Vorteilhafterweise weisen Coalescer-Element 3 und Hauptfilterelement 4 die gleiche axiale Erstreckung auf.
Stirnseitig sind Coalescer-Element 3 und Hauptfilterelement 4 von einer oberen Endscheibe 6 und einer unteren Endscheibe 7 begrenzt. Jede Endscheibe 6, 7 erstreckt sich in Radialrichtung über beide Elemente 3, 4 und deckt außerdem den zwischen den Elementen 3, 4 befindlichen Ringspalt 8 sowie den innen liegenden Reinraum 9 ab. Die Endscheiben 6 und 7 sind jeweils als einteilige Scheiben ausgebildet. Die obere Endscheibe 6 ist durchgehend ohne Öffnungen ausgeführt, wohingegen die untere Endscheibe 7 Ablassöffnungen aufweist, von denen jeweils die Ablassstutzen 10 und 11 verzweigen.
Der radial außen liegende Ablassstutzen 10 ist dem Ringspalt 8 zugeordnet und ist ringförmig ausgebildet, dieser Ablassstutzen 10 erstreckt sich insbesondere über den gesamten Umfang des Ringspaltes, wobei dem Ablassstutzen eine entsprechend ringförmige Ablassöffnung am Boden des Ringspaltes zugeordnet ist. Um Einteiligkeit der unteren End scheibe 7 trotz des ringförmig umlaufenden Ablassstutzens 10 mit zugeordneter Ablassöffnung zu gewährleisten, ist der radial innen liegende Teil der Scheibe über Verbindungsabschnitte 12 mit dem radial außen liegenden Teil der Scheibe 7 verbunden. Diese Verbindungsabschnitte 12 sind, wie 3 zu entnehmen, gleichmäßig über den Umfang verteilt.
Des Weiteren ist einteilig mit der Endscheibe 7 ein weiterer Ablassstutzen 11 ausgebildet, der dem innen liegenden Reinraum 9 im Hauptfilterelement zugeordnet ist und über den das gereinigte Fluid aus dem Reinraum 9 axial abgeleitet wird. Sowohl dem ringförmigen Stutzen 10 als auch dem zylindrischen Stutzen 11 ist jeweils eine Gegenkontur im Gehäuse des Flüssigkeitsfilters zugeordnet, in die jeder Ablassstutzen eingreift. Um eine dichte Verbindung zwischen den Ablassstutzen und der zugeordneten Gegenkontur zu gewährleisten, können ggf. Dichtungselemente zwischen den Ablassstutzen und der jeweils zugeordneten Gegenkontur vorgesehen sein.
In 2 ist die Durchströmungsrichtung im Flüssigkeitsfilter 1 mit Strömungspfeilen angegeben. Die Durchströmung erfolgt radial von außen nach innen, wobei im Coalescer-Element 3 die Flüssigkeitströpfchen zu größeren Tröpfchen angelagert werden, welche an der die Rohseite bildenden radialen Außenseite des Hauptfilterelementes 4 abgeschieden werden und über die Ablassöffnung und den Ablassstutzen 10 in der unteren Endscheibe 7 axial abgeleitet werden. Die vom Wasser befreite Flüssigkeit strömt anschließend weiter in Radialrichtung durch das innen liegende Hauptfilterelement 4, wobei die gereinigte Flüssigkeit aus dem Reinraum 9 axial über den Ablassstutzen 11 in der Endscheibe 7 abgeleitet wird.
Gegebenenfalls kommt auch eine Durchströmung des Flüssigkeitsfilters in Gegenrichtung, also radial von innen nach außen in Betracht. Des Weiteren ist es möglich, das Coalescer-Element innen und das Hauptfilterelement radial außen liegend anzuordnen.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Endscheibe 7 dargestellt, bei der eine Mehrzahl von Ablassöffnungen mit zugeordneten Ablassstutzen 10, welche mit dem Ringspalt 8 kommunizieren, aufweist. Die Ablassstutzen 10 besitzen einen kreisförmigen Querschnitt, insgesamt sind im Ausführungsbeispiel nach 5 vier über den Umfang verteilte Ablassstutzen 10 vorgesehen, die dem Ringspalt 8 zugeordnet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2004/082804 A1 [0002]
- US 2387368 [0003, 0005]

Claims

Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, vorzugsweise Dieselfilter, mit einem ringförmigen Hauptfilterelement (4) und einem dem Hauptfilterelement (4) vorgeschalteten, ringförmigen Coalescer-Element (3) in einem Filtergehäuse (2), wobei das Hauptfilterelement (4) und das Coalescer-Element (3) jeweils in Radialrichtung zu durchströmen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Hauptfilterelement (4) und das ringförmige Coalescer-Element (3) konzentrisch ineinander gesetzt sind, wobei zwischen dem Hauptfilterelement (4) und dem Coalescer-Element (3) ein Ringspalt (8) gebildet ist, und dass das Coalescer-Element (3) und das Hauptfilterelement (4) die gleiche radiale Durchströmungsrichtung aufweisen.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Coalescer-Element (3) radial außen liegt und das Hauptfilterelement (4) ringförmig einschließt.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmrichtung radial von außen nach innen erfolgt.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ringspalt (8) eine Ablassöffnung zum Ablassen von abgeschiedenem Wasser zugeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt mehrere, einzelne Ablassöffnungen vorgesehen sind.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassöffnung ringförmig ausgebildet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassöffnung mit einem Ablassstutzen (10, 11) kommuniziert.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite sowohl des Coalescer-Elements (3) als auch des Hauptfilterelements (4) von einer gemeinsamen Endscheibe (6, 7) abgedeckt ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass einteilig mit der Endscheibe mindestens ein Ablassstutzen (10, 11) im Bereich des Ringspalts (8) für abgeschiedenes Wasser bzw. im Bereich des Innenraums des Hauptfilterelements (4) für die gereinigte Flüssigkeit ausgebildet ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablassstutzen (10, 11) in eine zugeordnete Gegenkontur im Gehäuse (2) des Flüssigkeitsfilters (1) eingreift.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stirnseiten von je einer Endscheibe (6, 7) abgedeckt sind.