DE102011010667A1

DE102011010667A1 - Filteranordnung und Filterverfahren

Info

Publication number: DE102011010667A1
Application number: DE201110010667
Authority: DE
Inventors: Michael Wolf; Martin Postel
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-08-09
Also published as: WO2012107260A1; DE112012000711A5

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Filteranordnung (1) mit einer Aufnahme (2) für einen Kraftstofffilter (3) und mit einem Kraftstofffilter (3), welcher ein gewickeltes Filtermaterial (7) und ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial (6), welches das gewickelte Filtermaterial (7) uschließt. Die Filteranordnung (1) ist derart ausgestaltet ist, dass ein zu filternder Kraftstoff (11) zuerst das gefaltete Filtermaterial (6) und anschließend das gewickelte Filtermaterial (7) durchströmt. Bei einem Verfahren zum Filtern von Kraftstoff wird ein zu filternder Kraftstoff (11) zuerst durch ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial (6) und anschließend durch ein gewickeltes Filtermaterial (7) geleitet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung, wie zum Beispiel zum Filtern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Kraftstoff.
Stand der Technik
Fluidfilter in der Art von Kraftstofffiltern zum Reinigen von Verbrennungskraftstoff für Brennkraftmaschinen, müssen zuverlässig Schwebstoffe und andere Verschmutzungen aus dem Verbrennungskraftstoff herausfiltern. Insbesondere bei modernen Dieselbrennkraftmaschinen, die mit Direkteinspritzung arbeiten, ist ein besonders reiner Dieselkraftstoff bereitzustellen. In der Vergangenheit wurden zum Beispiel Kraftstofffilter vorgeschlagen, die Flüssigkeiten von emulgierten Flüssigkeiten oder Gasen reinigen. Beispielsweise zeigt die DE 31 24 602 A1 einen Filtereinsatz zum Filtrieren, Zusammenballen und Abscheiden von Partikeln, Flüssigkeiten und Gasen aus einem Fluid. Darin wird ein Zusammenballungsabschnitt vorgesehen, welcher emulgiertes Wasser oder andere Fluide mit einem anderen spezifischen Gewicht als der eigentliche Kraftstoff zu Tröpfchen zusammenballen lässt. Die zusammengeballten Fluidtröpfchen lassen sich dann abscheiden.
Die EP 0 648 524 A1 offenbart eine zweistufige Filterkartusche, bei der zunächst eine erste Filterstufe aus gewickeltem Tiefenfiltermaterial durchströmt wird und anschließend eine zweite Stufe aus gefaltetem Material.
Es ist wünschenswert, die Filterleistung insbesondere bei der Verwendung als Dieselkraftstofffilter zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Filteranordnung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Filteranordnung und ein Filterverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Demgemäß wird eine Filteranordnung vorgeschlagen, welche eine Aufnahme für ein Filterelement und ein Filterelement umfasst. Das Filterelement weist ein gewickeltes Filtermaterial und ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial, welches das gewickelte Filtermaterial umschließt, auf. Die Filteranordnung ist dabei derart ausgestaltet, dass ein zu filterndes Fluid zuerst das gefaltete Filtermaterial und anschließend das gewickelte Filtermaterial durchströmt.
Ferner wird ein Filterelement vorgeschlagen, welches ein gewickeltes Filtermaterial und ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial, welches das gewickelte Filtermaterial umschließt, umfasst, vorgeschlagen.
Bei einem vorgeschlagenen Verfahren zum Filtern von Fluid wird ein zu filterndes Fluid zuerst durch ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial und anschließend durch ein gewickeltes Filtermaterial geleitet.
Außerdem wird die Verwendung eines wie vorbeschriebenen Filterelementes zum Filtern von Fluid vorgeschlagen, wobei ein zu filterndes Fluid zuerst durch das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial und anschließend durch das gewickelte Filtermaterial geleitet wird.
Das Filterelement ist insbesondere ein Kraftstofffilter, wie beispielsweise für Benzin oder Dieselkraftstoff für Brennkraftmaschinen. Das zu filternde Fluid ist insbesondere zu filternder Kraftstoff.
Die Filteranordnung, das Filterelement, das Verfahren zum Filtern sowie die Verwendung des Filterelementes oder Kraftstofffilters ermöglichen eine effiziente Filterung und Reinigung des Fluids oder Kraftstoffs von Schwebepartikeln. Da zunächst gefaltetes Filtermaterial durchströmt wird, kann eine gute erste Vorabscheidung erfolgen, so dass eine Feinfilterung durch das gewickelte Filtermaterial oder Filtermedium erfolgen kann. Vorzugsweise lassen sich bis zu 4 μm große Partikel zu 99% filtern. Dazu kann das gewickelte Filtermaterial und/oder das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial entsprechend angepasst werden.
Es ist von Vorteil, zunächst das zu filternde Fluid durch das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial zu führen, da so eine große Oberfläche und eine gute Vorfilterung erzielt werden kann. Fluidströmungsabwärts ist dann der Flachfilterbereich aus gewickeltem Filtermaterial vorgesehen.
Bei einer Ausführungsform der Filteranordnung oder des Filterelements bildet das gewickelte Filtermaterial eine innere zylinderförmige Filterstufe aus. Das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial bildet vorzugsweise einen Endlosfaltenbalg als äußere Filterstufe aus. Im Wesentlichen zylinderförmige Filteranordnungen lassen sich leicht herstellen und verbauen.
Vorzugsweise strömt das zu filternde Fluid radial zu einer Filterelementachse durch die beiden Filterstufen. Die zylinderförmige Filterstufe und der Endlosfaltenbalg und/oder die Filteraufnahme sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Bei einer Ausführungsform der Filteranordnung oder des Filterelements liegen Innenfalten des Endlosfaltenbalgs auf dem gewickelten Filtermaterial direkt an. Vorteilig ist zum Beispiel, dass nur ein einzelner Stützkörper, beispielsweise innerhalb des zylinderförmigen gewickelten Filtermaterials vorliegt. Die zylinderförmige Filterstufe kann auch selbst als Stützelement für den Endlosfaltenbalg ausgeführt sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Filteranordnung oder des Filterelements ist zwischen Innenfalten des Endlosfaltenbalgs und dem gewickelten Filtermaterial ein Abstandhalter abgeordnet. Dadurch wird ein Zwischenraum zwischen dem gefalteten Filtermaterial und dem gewickelten Filtermaterial geschaffen, so dass Fluid, welches bereits vorgereinigt ist, über die gesamte Fläche des gewickelten Materials anströmen kann.
In einer Weiterbildung ist der Abstandhalter als Schrumpfgitter zum Komprimieren des gewickelten Filtermaterials ausgebildet. Durch ein Schrumpfgitter, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, kann die Dichte des Filtermaterials erhöht werden und damit eine Porengröße verringert werden. Dadurch wird eine feinere Filterung erzielt und die Filterleistung verbessert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das gewickelte Filtermaterial auf einem formstabilen Stützkörper gewickelt. Der Stützkörper stabilisiert dabei das eingesetzte Filterelement.
Das Filtermaterial oder Filtermedium umfasst zum Beispiel Papier, Vlies, Kunststoff oder Glasfasermaterialien. In einer Ausführungsform sind das gefaltete Filtermaterial und das gewickelte Filtermaterial aus demselben Filtermedium gebildet. Insbesondere kann das gefaltete Filtermaterial Zellulose aufweisen, und mit einer Melt-Blown-Auflage versehen sein. Das gewickelte Filtermaterial ist vorzugsweise zumindest teilweise aus Glasfaser, Kunststoff oder anderen synthetischen Geweben oder Gelegen gebildet.
Insbesondere das gefaltete Filtermaterial kann dabei mehrlagig ausgeführt sein. Insofern umfasst das gefaltete Filtermaterial mehrere flächige Filtermateriallagen, die gemeinsam gefaltet sind. Zwischen den Filtermateriallagen können zusätzlich Adsorberpartikel zur verbesserten Filterung vorgesehen sein.
Die Filteranordnung oder das Filterelement umfasst in einer Ausführungsform zwei Filterendscheiben, welche fluiddicht auf ein sternförmiges Faltenprofil des gefalteten Filtermaterials und auf kreisförmigen Endquerschnitten des gewickelten Filtermaterials angebracht sind. Die Filterendscheiben bilden beispielsweise die Deckflächen eines Zylinders aus, welcher von dem gefalteten und gewickelten Filtermaterial ausgebildet ist. Eine Endscheibe hat dabei vorzugsweise eine Öffnung zum Austritt von gereinigtem Fluid.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen des Filterelements oder der Filteranordnung. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt dabei:
1: eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung;
2: eine perspektivische schematische Ansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform eines Kraftstofffilters;
3: eine Querschnittsansicht der Ausführungsform des Kraftstofffilters.
4: eine Längsschnittansicht der Ausführungsform des Kraftstofffilters; und
5: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Endlosfaltenbalgs.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die 1 zeigt eine Filteranordnung zum Filtern von Kraftstoff, beispielsweise für eine Brennkraftmaschine. Die Filteranordnung 1 umfasst dabei ein Filtergehäuse 2, das als Aufnahme für ein Filterelement 3 dient. Das Filtergehäuse 3 schafft einen Innenraum mit einer Fluideintrittsöffnung 4, beispielsweise zum Einströmen von zu reinigendem Kraftstoff 11. In dem Innenraum des Gehäuses 2 ist ein Filterelement 3 vorgesehen. Das Filterelement 3 ist zylinderförmig ausgeführt und umfasst eine innere Filterstufe 7, welche aus gewickeltem flächigem Filtermaterial gebildet ist. Um die innere Filterstufe aus gewickeltem Filtermaterial 7 ist ein Endlosfaltenbalg 6 aus zickzackförmig gefaltetem Filtermaterial angebracht. Dabei ist auf Faltprofile des zickzackförmig gefalteten Filtermediums 6 und kreisförmigen Endprofilen des gewickelten Filtermaterials 7 kopfseitig jeweils eine Endscheibe 8, 9 angebracht. Die Verbindung zwischen den Endscheiben und dem Filtermaterial 6, 7 erfolgt fluiddicht. Beispielsweise kann eine Verklebung oder Verschmelzung miteinander erfolgen. In der Orientierung der 1 in der oberen Endscheibe 9 ist eine Fluidaustrittsöffnung 10 zentral vorgesehen. Die Fluidaustrittsöffnung ist über einen Kanal zu einem Fluidaustritt 5 für gereinigtes Fluid oder Kraftstoff 13 des Gehäuses 2 gekoppelt.
Die Filteranordnung 1 ermöglicht ein Verfahren zum Filtern von Fluid oder Kraftstoff, bei dem zunächst zu reinigendes Fluid 11 durch die Eintrittsöffnung 4 des Gehäuses 2 in den Innenraum bzw. den Zwischenraum zwischen dem Filterelement und der Wandung des Gehäuses 2 strömt. Zunächst strömt das zu reinigende Fluid in etwa radial, wie durch die Pfeile 12 angedeutet, durch das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial 6 und wird dadurch vorgereinigt. Grobe Schwebstoffe können bereits aus dem Fluid entfernt werden. In der Feinfilterstufe aus gewickeltem Filtermaterial 7 erfolgt eine weitere verbesserte Reinigung bzw. ein Filtern von Schwebstoffen. Das gereinigte Fluid gelangt in den Innenraum des Filterelements 3 und kann als Reinfluid 12 beispielsweise als Dieselkraftstoff einer Brennkraftmaschine zugeführt werden.
Durch die Anzahl der Wicklungen in der inneren Filterstufe 7 kann eine optimale Abstimmung der Feinfilterschicht 7 im Verhältnis zur Vorfilterschicht 6 ermöglicht werden.
In den 2, 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines Filterelements in der Art eines Kraftstofffilters näher dargestellt. Die 2 zeigt dabei eine perspektivische schematische Ansicht eines Ausschnitts, die 3 eine Querschnittsansicht und die 4 eine Längsschnittansicht.
Das Filterelement 100 umfasst dabei einen inneren Stützkörper 14, der fluiddurchlässig ist und beispielsweise in der Art eines Gitters oder einer unterbrochenen oder gelöcherten Stange ausgeführt ist. Als Material dient beispielsweise Kunststoff oder auch Metall. Auf den Stützkörper 14 ist ein Filterwickel 7 aufgetragen, wobei in der Darstellung der 2, 3 und 4 das gewickelte flache Filtermaterial dreimal um den Stützkörper 14 gewickelt ist. Das heißt, es ergeben sich drei Lagen 15, 16, 17 von flächigem Filtermaterial als innere Filterstufe 7.
Um das flächige und gewickelte Filtermaterial 7 herum ist ein Schrumpfgitter 18 aufgesetzt, welches durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise Erhitzen, schrumpft und somit die zwischen dem Stützkörper 14 und dem Schrumpfgitter 18 vorliegenden Filtermaterialwicklungen komprimiert. Dadurch lassen sich die Poren der Feinfilterstufe aus dem gewickelten Filtermaterial 7 verkleinern.
Insbesondere in den 3 und 4 erkennt man, dass um eine Filtermaterialachse 21, welche die Längsachse des zylinderförmigen Filterelementes 100 bildet, koaxial das zickzackförmig gefaltete Filtermedium 6 angeordnet ist. Das zickzackförmige Filtermedium 6 ist in der Art eines Endlosfaltenbalgs um den Zylinder aus innerem um den Stützkörper 14 gewickeltem Filtermaterial 15, 16, 17 und dem Schrumpfgitter 18 angeordnet.
Unterseitig ist das Filterelement 100 fluiddicht über eine Filterendscheibe 8 abgeschlossen. Oberseitig ist das Filterelement 100 über eine mit einer Öffnung 10 versehenen Filterendscheibe 9 abgeschlossen. Zu filterndes Fluid tritt im Wesentlichen radial durch die zickzackförmigen Falten des Endlosfaltenbalgs 6 zu der zweiten Feinfilterstufe 7 aus gewickeltem Filtermaterial durch und tritt durch den Innenraum im Stützkörper 14 und die Öffnung 10 als Reinfluid aus. Beispielsweise kann das Filterelement 100 zwischen den Filterendscheiben 8, 9 in einem entsprechenden Gehäuse eingespannt werden.
In der 2 sieht man ferner, dass die nach innen gerichteten, also in Richtung zur Filterachse oder dem gewickelten Filtermaterial orientierten Innenfalten 19 auf dem Schrumpfgitter 18 anliegen. Nach außen weisen äußere Faltkanten 20 radial von dem zylinderförmigen Filterelement 100 weg.
Das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial kann insbesondere mehrlagig ausgeführt sein. Beispielsweise zeigt die 5 eine Ausführungsform eines Filtermaterials. Das Filtermaterial 6 hat dabei zwei Lagen 22, 23, die aufeinander gelegt sind. Zwischen den Lagen 22, 23 des Filtermaterials 6 sind zur Verbesserung der Filtereigenschaften Adsorberpartikel 24, wie beispielsweise Aktivkohlepartikel vorgesehen. Insofern lässt sich eine besonders gute Vorfilterung durch den Endlosfaltenbalg erzielen.
Durch die Verwendung eines mehrstufigen Filterelementes mit einem innen liegenden gewickelten Filtermedium und einem äußeren zickzackförmig gefalteten Filtermedium und bei einem Verfahren, bei dem das zickzackförmige Filtermedium zuerst durchströmt wird, kann eine effiziente und aufwandsgünstige Filterung, insbesondere von Dieselkraftstoff erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3124602 A1 [0002]
EP 0648524 A1 [0003]

Claims

Filteranordnung (1) mit einer Aufnahme (2) für einen Kraftstofffilter (3) und mit einem Kraftstofffilter (3), welcher ein gewickeltes Filtermaterial (7) und ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial (6), welches das gewickelte Filtermaterial (7) umschließt, umfasst, wobei die Filteranordnung (1) derart ausgestaltet ist, dass ein zu filternder Kraftstoff (11) zuerst das gefaltete Filtermaterial (6) und anschließend das gewickelte Filtermaterial (7) durchströmt.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das gewickelte Filtermaterial (7) des Kraftstofffilters (2) eine innere zylinderförmige Filterstufe bildet, und das zickzackförmig gefaltete Filtermaterial (6) einen Endlosfaltenbalg als äußere Filterstufe bildet.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 2, wobei die zylinderförmige Filterstufe (7) und der Endlosfaltenbalg (6) koaxial angeordnet sind.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei Innenfalten (19) des Endlosfaltenbalgs auf dem gewickelten Filtermaterial (17) direkt anliegen.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen Innenfalten (19) des Endlosfaltenbalgs und dem gewickelten Filtermaterial (17) ein Abstandhalter (18) abgeordnet ist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei der Abstandhalter (18) als Schrumpfgitter zum Komprimieren des gewickelten Filtermaterials (7) ausgebildet ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das gewickelte Filtermaterial (7) auf einem formstabilen Stützkörper (17) gewickelt ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das gefaltete Filtermaterial (6) mehrere flächige Filtermateriallagen (22, 23) umfasst.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Kraftstofffilter (3) zwei Filterendscheiben (8, 9) umfasst, welche fluiddicht auf ein sternförmiges Faltenprofil des gefalteten Filtermaterials (6) und kreisförmigen Endquerschnitten des gewickelten Filtermaterials (7) angebracht sind.
Verfahren zum Filtern von Kraftstoff, wobei ein zu filternder Kraftstoff (11) zuerst durch ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial (6) und anschließend durch ein gewickeltes Filtermaterial (7) geleitet wird.