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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidfilter mit einem durch einen Topf und einen Deckel gebildeten Filtergehäuse, in welchem ein radial durchströmtes Ringfilterelement angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Fluidfilter bekannt, welche beispielsweise als Kraftstofffilter oder Harnstofflösungsfilter ausgebildet sind. Insbesondere beim Einsatz von Dieselkraftstoff bzw. Harnstofflösung als Fluid weisen derartige Filter üblicherweise zusätzlich eine Heizeinrichtung auf, um ein Eindicken des Kraftstoffs, im Falle von Diesel, oder ein Einfrieren im Falle von Harnstofflösung, bei kalten Außentemperaturen zu vermeiden und dadurch die Filterfunktion des Fluidfilters über einen weiten Temperaturbereich aufrecht erhalten zu können. Ein Aufheizen des zu filternden Fluides ist zwar für die Erhaltung der Filterfunktion unumgänglich, birgt jedoch aber auch Schwierigkeiten, wie beispielsweise nur schwer kontrollierbare interaktive Prozesse zwischen der Heizeinrichtung und dem zu filternden Fluid, beispielsweise Ablagerungsprozesse oder Korrosionsprozesse an der Heizeinrichtung.
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Aus der
DE 10 2010 033 682 A1 ist ein gattungsgemäßes Fluidfilter mit einem durch einen Topf und einen Deckel gebildeten Filtergehäuse bekannt, in welchem ein radial durchströmendes Ringfilterelement angeordnet ist. Ebenfalls vorgesehen ist eine elektrische Heizeinrichtung, die eine Erwärmung des zu filternden Fluides ermöglicht, wobei diese Heizeinrichtung in einer am Filtergehäuse angeordneten Aufnahme einsteckbar ist. Die Aufnahme trennt dabei jedoch die Heizeinrichtung von dem zu erwärmenden Fluid, was insbesondere bei der Ausbildung des Fluidfilters als Harnstofffilter von großem Vorteil ist, da sich hierdurch die Korrosion der Heizeinrichtung vermeiden lässt.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fluidfiltern ist insbesondere bei der Verwendung einer elektrischen Heizeinrichtung auch das Auftreten von sogenannten Hotspots, also lokal überhitzte Stellen, die insbesondere bei der Ausbildung als Harnstofffilter die Harnstofflösung zersetzen können, wenn die örtlichen Temperaturen mehr als 60° betragen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Fluidfilter der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugehen, die insbesondere das Auftreten von sogenannten Hotspots vermeidet und zudem eine besonders große Flexibilität hinsichtlich des Einsatzes bietet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine großflächige Wärmeübertragung einer elektrischen Heizeinrichtung an ein zu filterndes Fluid dadurch zu bewirken, dass die elektrische Heizeinrichtung von einer Wärmeleitpaste umgeben ist. Über die Wärmeleitpaste kann somit ein vergleichsweise großer Bereich gleichmäßig erwärmt werden, so dass zur Aufrechterhaltung der Funktionalität des Fluidfilters die Heizeinrichtung insgesamt weniger stark erhitzt werden muss. Durch das weniger starke Erhitzen können insbesondere auch sogenannte Hotspots zuverlässig vermieden werden. Das erfindungsgemäße Fluidfilter, welches beispielsweise als Harnstofffilter ausgebildet ist, weist hierbei ein durch einen Topf und einen Deckel gebildetes Filtergehäuse auf, in dem ein radial durchströmtes Ringfilterelement angeordnet ist. Dieses Ringfilterelement trennt in bekannter Weise einen Rohraum von einem Reinraum. Zur Erwärmung des zu filternden Fluides, beispielsweises des zu filternden Harnstoffs, ist eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, die in einer am Filtergehäuse vorgesehenen Aufnahme eingesteckt ist. Diese Aufnahme trennt dabei die Heizeinrichtung von dem zu erwärmenden Fluid, so dass die Heizeinrichtung nicht direkt in Kontakt mit dem zu beheizenden Fluid tritt, was insbesondere bei Harnstoff, der in erhitztem Zustand stark aggressiv wirkt, von großem Vorteil ist. In der Aufnahme am Filtergehäuse ist nun eine die Heizeinrichtung umgebende und diese wärmeübertragend mit dem Filtergehäuse verbindende Wärmeleitpaste angeordnet, die bewirkt, dass die Heizeinrichtung großflächig wärmeübertragend an das Filtergehäuse und damit auch großflächig wärmeübertragend an das zu beheizende Fluid angebunden ist. Durch die vergleichsweise große wärmeübertragende Kontaktfläche muss die Heizeinrichtung selbst weniger stark erhitzt werden, wodurch das Auftreten von sogenannten Hotspots zuverlässig vermieden werden kann. Dies ist insbesondere bei einem Harnstofffilter von großer Bedeutung, da sich Harnstoff bei Temperaturen von > 60° bereits zu zersetzen beginnt. Von weiterem großem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Fluidfilter ist, dass dieses prinzipiell mit oder ohne Heizeinrichtung betrieben werden kann, so dass bei einem Fluidfilter ohne Heizeinrichtung die Aufnahme am Filtergehäuse einfach leer bleibt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Filtergehäuse aus Kunststoff oder Edelstahl oder einem anderen harnstofflösungsbeständigen Material ausgebildet und die Aufnahme an das Filtergehäuse, insbesondere an den Topf desselben angeformt. Vorzugsweise ist der Topf des Filtergehäuses einteilig ausgebildet, die Aufnahme kann jedoch auch fluidisch dicht in den Boden oder an den Seitenwänden des Topfes des Filtergehäuses angebracht sein. Eine derartige in der Art einer Tasche ausgebildete Aufnahme lässt sich somit kostengünstig und fertigungstechnisch einfach, in einem einzigen Spritzgussvorgang, zusammen mit dem Filtergehäuse, bzw. zusammen mit dem Topf des Filtergehäuses herstellen. Die Aufnahme kann dabei nach außen offen ausgebildet sein, so dass die Heizeinrichtung generell von außen in die Aufnahme eingesteckt bzw. aus dieser herausgezogen werden kann, ohne dass hierbei das Filtergehäuse an sich geöffnet werden müsste. Selbstverständlich ist dabei der für die Aufnahme gewählte Kunststoff derartig temperaturbeständig, dass er die von der Heizeinrichtung erzeugten Temperaturen auch langfristig schadlos aufnehmen kann. Um den Wirkungsgrad der Temperaturübertragung von Heizeinrichtung zum zu heizenden Fluid zu verbessern, können im Kunststoffgehäuse gut wärmeleitende Bauteile, insbesondere Metallplatten, eingearbeitet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Heizeinrichtung in der Aufnahme über einen Bajonettverschluss, eine Rastverbindung, ein Federelement, eine Klemmverbindung oder ein Sicherungselement, insbesondere einen Sicherungsstift, fixiert. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten der Fixierung der Heizeinrichtung in der Aufnahme bestehen. Besonders bevorzugt sind dabei Lösungen, die ein schnelles Einstecken und wieder Herausziehen der Heizeinrichtung ermöglichen, da diese bei einem Austausch des Fluidfilters einfach in die Aufnahme eines neuen Fluidfilters wieder eingesteckt werden kann.
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Zweckmäßig ist die Aufnahme durch die eingesteckte Heizeinrichtung abgedichtet. Um ein unerwünschtes Austreten der Wärmeleitpaste aus der Aufnahme zuverlässig verhindern zu können, muss diese bei eingesteckter Heizeinrichtung abgedichtet sein. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Dichtkontur an der Heizeinrichtung erfolgen, die sich dichtend an die Aufnahme anlegt, sofern die Heizeinrichtung in die Aufnahme eingesteckt ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Heizeinrichtung zumindest ein PTC-Heizelement auf. Ein derartiges PTC-Heizelement ist ein sogenannter Kaltleiter, dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur variiert. Je höher die Temperatur dabei ist, umso höher ist auch der elektrische Widerstand und umso schlechter der elektrische Stromdurchfluss. Derartige PTC-Heizelemente ermöglichen auch eine selbstregulierende Heizung ohne Wartungsaufwand, was insbesondere im modernen Kraftfahrzeugbau von großem Vorteil ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Filtergehäuse oder einen Filtergehäusetopf für ein zuvor beschriebenes Fluidfilter mit einer Aufnahme zum Aufnehmen einer Heizeinrichtung auszustatten und diese Aufnahme teilweise mit einer Wärmeleitpaste zu befüllen und mit einem Verschlusselement zu verschließen. Ein derartig vorbereiteter Filtergehäusetopf ist somit fertig für den Zusammenbau, so dass bei einem Fluidfilter mit gewünschter Heizeinrichtung lediglich noch die Heizeinrichtung in die Aufnahme eingesteckt werden muss. Das Verschlusselement ist dabei vorzugsweise als von der Heizeinrichtung durchstoßbare Folie oder als abnehmbarer Deckel ausgebildet, wobei insbesondere das Anordnen der Heizeinrichtung in der Aufnahme im ersten Fall besonders einfach ist, da die Heizeinrichtung lediglich durch die Folie hindurchgesteckt und in die Aufnahme eingeschoben werden muss.
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Die Menge an Wärmeleitpaste ist dabei in der Aufnahme so bemessen, dass diese bei eingeschobener Heizeinrichtung die Aufnahme vollständig ausfüllt und die Heizeinrichtung vollständig umgibt. Wird somit ein Fluidfilter mit Heizeinrichtung gewünscht, muss diese lediglich in die Aufnahme eingeschoben bzw. eingesteckt werden, wobei die vergleichsweise weiche Wärmeleitpaste ausweicht und dabei dem zwischen der Aufnahme und der Heizeinrichtung liegenden Hohlraum ausfüllt. Ein separates Befüllen der Aufnahme mit Wärmeleitpaste und verbunden mit den damit einhergehenden Qualitätsanforderungen bzw. Maßgenauigkeiten ist dadurch entbehrlich, so dass die Heizeinrichtung theoretisch auch von einem ungelernten Werker eingesteckt und dadurch montiert werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Fluidfilter,
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2 eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Fluidfilter mit Heizeinrichtung,
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3 eine Schnittdarstellung wie in 2, jedoch ohne eingesteckte Heizeinrichtung.
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Entsprechend den 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßes Fluidfilter 1, welches insbesondere als Harnstofffilter ausgebildet ist, ein durch einen Topf 2 und einen Deckel 3 gebildetes Filtergehäuse 4 auf, in welchem ein radial durchströmtes Ringfilterelement 5 angeordnet ist (vgl. 2), welches einen Rohraum von einem Reinraum trennt. Ebenfalls vorgesehen ist eine elektrische Heizeinrichtung 6, welche beispielsweise PTC-Heizelemente aufweist, und welche eine Erwärmung des zu filternden Fluides, beispielsweise des Harnstoffs, ermöglicht. Zur Aufnahme der elektrischen Heizeinrichtung 6 ist eine Aufnahme 7 vorgesehen, in welche die Heizeinrichtung 6 einsteckbar ist. Die Aufnahme 7 trennt dabei die Heizeinrichtung 6 von dem zu erwärmenden Fluid, was insbesondere bei Harnstoff von großem Vorteil ist, da dieser in erwärmtem Zustand besonders aggressiv ist.
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Erfindungsgemäß ist nun in der Aufnahme 7 eine die Heizeinrichtung 6 umgebende und diese wärmeübertragend mit dem Filtergehäuse 4 verbindende Wärmeleitpaste 8 angeordnet. Über die die Wärmeleitpaste 8 ist somit eine großflächige wärmetechnische Anbindung der elektrischen Heizeinrichtung 6 an das Filtergehäuse 4, insbesondere an den Filtergehäusetopf 2, und damit ein großflächiger und gleichmäßiger Wärmeübertrag an das zu erwärmende Fluid möglich.
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Das Filtergehäuse 4 selbst kann aus Kunststoff oder aus Edelstahl oder einem anderen harnstofflösungsbeständigen Material ausgebildet sein, wogegen die Aufnahme 7 als Tasche am Filtergehäusetopf 2 ausgebildet ist. Die Ausbildung des Filtergehäuses 4 bzw. des Filtergehäusetopfes 2 aus Edelstahl sorgt für einen besonders guten Wärmeübertrag von der Heizeinrichtung 6 an das zu erwärmende Fluid, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, dass der Filtergehäusetopf 2 aus Kunststoff ausgebildet ist und beispielsweise im Bereich der Aufnahme 7 eine metallische Wand besitzt, die mit einer Dichtung in den Filtergehäusetopf 2 eingesetzt oder von dessen Kunststoff umspritzt ist. Eine Fixierung der Heizeinrichtung 6 in der Aufnahme 7 kann dabei beispielsweise über einen Bajonettverschluss, eine Rastverbindung, ein Federelement, eine Klemmverbindung (vgl. 2) oder ein Sicherungselement, insbesondere einen Sicherungsstift erfolgen. Ist die elektrische Heizeinrichtung 6 in die Aufnahme 7 eingesteckt, so ist die Aufnahme 7 abgedichtet, wodurch ein unerwünschtes Austreten der Wärmeleitpaste 8 vermieden werden kann. Hierzu kann die elektrische Heizeinrichtung 6 beispielsweise einen Boden mit einer Dichtkontur 9 aufweisen, die sich dichtend an eine Innenoberfläche der Aufnahme 7 anlegt und dadurch das Austreten der Wärmeleitpaste 8 verhindert.
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Gemäß der 3 ist ein Filtergehäuse 4, bzw. speziell ein Filtergehäusetopf 2 dargestellt, mit ebenfalls einer Aufnahme 7 zum Aufnehmen einer nicht gezeigten Heizeinrichtung 6, die teilweise mit der Wärmeleitpaste 8 befüllt und von einem Verschlusselement 10 verschlossen ist. Das Verschlusselement 10 ist dabei als von der Heizeinrichtung 6 durchstoßbare Folie oder als abnehmbarer Deckel ausgebildet. Die Menge an Wärmeleitpaste 8, die in der Aufnahme 7 vorgesehen ist, ist dabei so bemessen, dass diese bei eingeschobener Heizeinrichtung 6 die Aufnahme 7 vollständig ausfüllt und die Heizeinrichtung 6 vollständig umgibt. Nur hierdurch ist eine vollflächige und damit optimale Wärmeübertragung möglich. Das gemäß der 3 dargestellte Filtergehäuse 4 bietet den großen Vorteil, dass eine bei einem alten Fluidfilter 1 genutzte Heizeinrichtung 8 weiterverwendet werden kann und einfach in die durch das Verschlusselement 10 verschlossene Aufnahme 7 eingesteckt werden kann. Rein theoretisch kann selbstverständlich das Filtergehäuse 4 und insbesondere der Filtergehäusetopf 2 auch ohne derartige Heizeinrichtung 6 verwendet werden, insbesondere sofern das zu filternde Fluid keiner Beheizung bedarf.
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Die eingesetzte elektrische Heizeinrichtung 6 kann dabei – wie Eingangs erwähnt – zumindest ein PTC-Heizelement aufweisen, welches rein theoretisch der Kontur des Filtergehäusetopfes 2 anpassen kann. Die Heizeinrichtung 6 könnte somit als Heizmatte ausgebildet werden. Über die Wärmeleitpaste 8 ist darüber hinaus eine flexible Anbindung an den Filtergehäusetopf 2 möglich, wodurch auch Temperatur- und Druckdehnungen ausgleichbar sind.
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Generell bietet das erfindungsgemäße Fluidfilter 1 folgende Vorteile:
Das Filtergehäuse 4 bzw. das Fluidfilter 1 kann mit oder ohne Heizeinrichtung 6 in gleicher Weise betrieben werden. Die Heizeinrichtung 6 ist dabei getrennt vom Filtermedium, was vor allem bei aggressiven Medien für eine lange Lebensdauer sorgt. Durch die Wärmeleitpaste 8 entstehen darüber hinaus keine Hotspots für den Wärmeübertrag, sondern es wird eine gleichmäßige Wärmeübertragung erreicht, was insbesondere bei der Erwärmung von Harnstoff von großem Vorteil ist, da die Harnstofflösung bereits bei einer Temperatur von oberhalb von 60° C zersetzt und damit unbrauchbar wird. Durch die großflächige wärmeübertragende Anbindung der Heizeinrichtung 6 muss diese auch nicht so stark erhitzt werden, was zusätzlich das Auftreten von Hotspots unterbindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010033682 A1 [0003]
