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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem und ein Filterelement zum Filtern eines Fluids. Das Filtersystem und das Filterelement sind vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Filtern von Kraftstoff, einsetzbar.
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Stand der Technik
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Aus der
US 6,096,212 A ist ein Filterelement für Flüssigkeiten und Gase bekannt geworden. Das Filterelement weist ein Filtermedium auf, das zwischen zwei Endscheiben des Filterelements angeordnet ist und das in bekannter Weise sternförmig gefaltet ist. Das Filtermedium ist als ein Sinterkörper ausgebildet, der aus einer Vielzahl von Metallfasern gebildet ist.
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Die
EP 1 000 649 A1 offenbart einen Wasserkreislauf mit einer Filterstufe. Die Filterstufe weist eine Kartusche mit einer Sperrschicht aus gesintertem Kunststoff auf.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2011 003 645 A1 eine Filtereinrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt geworden. Die Filtereinrichtung weist ein Filtergehäuse und ein in dem Filtergehäuse angeordnetes Filterelement auf. Um bei einem Filterelementwechsel ein Austreten von Restschmutz aus einem Auslass des Filtergehäuses zu reduzieren, ist im Bereich des Auslasses ein Zusatzfilterelement angeordnet. Das Zusatzfilterelement weist einen Filterkörper aus Sintermetall auf.
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Schließlich sind Filtersysteme und Filterelemente bekannt geworden, die ein Glasfaserfiltermedium aufweisen. Glasfaserfiltermedien sind chemisch beständig und besonders effizient beim Filtern von Fremdkörpern, insbesondere beim Filtern von Fremdkörpern aus Kraftstoffen.
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Die Glasfasern eines solchen Glasfaserfiltermediums sind bekanntlich hart und spröde. Beim Einbau des Glasfaserfiltermediums in ein Filterelement bzw. im Betrieb des Filtersystems bzw. des Filterelements können sich deshalb Glasfaserbestandteile vom Glasfaserfiltermedium ablösen und das gefilterte Fluid verunreinigen. Insbesondere bei einer Hochdruckeinspritzung eines Fluids in Form eines Kraftstoffes in eine Verbrennungskammer eines Kraftfahrzeugmotors kann es durch derartige Glasfaserteile bzw. Glasfaserbruchstücke zu einer Beschädigung einer Hochdruckpumpe bzw. der Einspritzdüse kommen.
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Zur Vermeidung einer solchen Verunreinigung des Fluids durch Glasfaserteile und einer daraus resultierenden Beschädigung anderer Bauteile bzw. Baugruppen könnte beispielsweise ein zusätzliches Filtermedium zum Zurückhalten der sich eventuell lösenden Bestandteile des Glasfaserfiltermediums vorgesehen werden. Hierzu muss das zusätzliche Filtermedium allerdings aufgrund der scharfkantigen Bestandteile des Glasfaserfiltermediums eine ausreichend dicke Celluloselage oder feinste synthetische Fasern aufweisen. Ein derart aufgebautes zusätzliches Filtermedium erhöht jedoch den Strömungswiderstand des Filtersystems bzw. des Filterelements in nachteiliger Weise. Weiterhin kann sich durch das zusätzliche Filterelement die Standzeit des Filtersystems bzw. des Filterelements verringern. Schließlich kann es durch Fehler in der Verarbeitung des zusätzlichen Filtermediums, insbesondere beim Prägen und Falten, zu einem Ausfall der Sperrfunktion des Zusatzfiltermediums kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filtersystem bzw. ein Filterelement zu schaffen, das ein Zurückhalten von Bestandteilen eines Glasfaserfiltermediums des Filtersystems bzw. des Filterelements sicher verhindert, ohne eine zusätzliche Lage in das Filtermedium integrieren zu müssen.
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Die das Filtersystem betreffende Aufgabe wird durch ein Filtersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 8 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Filtersystems. Ein erfindungsgemäßes Filterelement weist die in Patentanspruch 9 angegebenen Merkmale auf.
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Die erfindungsgemäße Lösung umfasst somit ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids, mit einem Filtergehäuse und einem im Filtergehäuse angeordneten Filterelement, wobei das Filterelement ein Glasfaserfiltermedium aufweist und das Filtersystem einen dem Glasfaserfiltermedium fluidisch nachgeordneten Sinterkörper zum Zurückhalten von Bestandteilen des Glasfaserfiltermediums im Fluid aufweist.
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Der Sinterkörper erhöht den Strömungswiderstand nur unwesentlich. Dennoch kommt es im Falle eines Lösens eines Bestandteils des Glasfaserfiltermediums zu einem Verkeilen dieses Bestandteils im Sinterkörper. Eine Beschädigung eines dem Filtersystem fluidisch nachgeschalteten Bauteils kann dadurch zuverlässig vermieden werden. Um den Strömungswiderstand des Sinterkörpers möglichst gering zu halten, ist die Porengröße bzw. die mittlere Porengröße des Sinterkörpers nach der Erfindung vorzugsweise größer als der Querschnitt der zurückzuhaltenden Bestandteile des Glasfaserfiltermediums. Die Poren können dabei eine lichte Weite zwischen 15 μm und 115 μm, insbesondere zwischen 20 μm und 110 μm, vorzugsweise zwischen 25 μm und 105 μm, besonders bevorzugt zwischen 30 μm und 100 μm aufweisen.
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Der Sinterkörper kann erfindungsgemäß in Richtung seiner Längsachse und/oder quer zu seiner Längsachse durchströmbar sein. Der Sinterkörper kann dabei im Wesentlichen quaderförmig, scheibenförmig oder auch rohrförmig ausgebildet sein. Im Fall eines scheibenförmig oder rohrförmig ausgebildeten Sinterkörpers ist dieser vorzugsweise axial und/oder radial durchströmbar.
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Der Sinterkörper kann im Wesentlichen aus Kunststoff oder einem Kunststoffgemisch ausgebildet sein. Der Kunststoff bzw. das Kunststoffgemisch können dabei zusätzlich einen Fremdstoffzuschlag aufweisen. Durch die Verwendung eines Kunststoffs oder eines Kunststoffgemischs können die Kosten für die Fertigung des Sinterkörpers äußerst niedrig gehalten werden.
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Der Sinterkörper kann alternativ auch im Wesentlichen aus Metall ausgebildet sein. Das Metall, insbesondere Edelstahl oder Bronze, kann dabei noch zumindest einen geringen Fremdstoffzuschlag aufweisen. Die Verwendung von Metall bietet den Vorteil, dass die Porengröße und die Form des Sinterkörpers sehr präzise definiert werden können.
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Weiterhin kann der Sinterkörper aus Keramik oder im Wesentlichen aus Keramik ausgebildet sein. Sinterkörper aus Keramik sind chemisch weitestgehend inert und weisen eine hohe Härte auf.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke des Fluidkörpers in dessen Durchströmungsrichtung zwischen 0,1 mm und 30 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 10 mm. Der Sinterkörper kann dadurch platzsparend in dem Filtersystem angeordnet werden.
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Eine konstruktiv einfache und kostengünstige Fertigung des Sinterkörpers kann erreicht werden, wenn der Sinterkörper Sinterkugeln aufweist. Die Sinterkugeln weisen dabei vorzugsweise alle im Wesentlichen den gleichen Durchmesser auf. Hierdurch können gleichmäßige, definierte Porengrößen erzielt werden.
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Die Dicke des Sinterkörpers in dessen Durchströmungsrichtung kann größer als der dreifache mittlere Durchmesser der Sinterkugeln, insbesondere größer als der vierfache mittlere Durchmesser der Sinterkugeln, vorzugsweise größer als der fünffache mittlere Durchmesser der Sinterkugeln, besonders bevorzugt größer als der sechsfache mittlere Durchmesser der Sinterkugeln sein. Mit anderen Worten weist der Sinterkörper in Durchströmungsrichtung vorzugsweise mehrere Lagen (mehr als 3, 4, 5, 6 ...) Sinterkugeln auf. Je mehr Lagen der Sinterkörper enthält, umso effektiver erfolgt die Blockade eines sich lösenden Bestandteils des Glasfaserfiltermediums.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Poren des Sinterkörpers zumindest teilweise quer zur Durchströmungsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Die starren, sich lösenden Bestandteile des Glasfasermediums verfangen sich in diesem Fall besonders gut in den insgesamt „zick-zack-förmig” ausgebildeten bzw. angeordneten Poren bzw. durchströmbaren Kanälen des Sinterkörpers. Die Poren bzw. Durchgangsausnehmungen können in diesem Fall eine lichte Weite von mehreren 10 μm aufweisen. Da die lichte Weite gemäß dem Gesetz von Hagen-Poiseuille mit der vierten Potenz in den Strömungswiderstand eingeht, wird durch eine Vergrößerung der lichten Weite der Poren eine drastische Senkung des Strömungswiderstandes erreicht. Eine solche Anordnung kann auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise dadurch erreicht werden, dass der Sinterkörper Sinterkugeln aufweist, die in dichtester Kugelpackung angeordnet sind.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Sinterkörper in ein Filtergehäuse des Filtersystems integriert. Der Sinterkörper kann dadurch einerseits platzsparend in dem Filtersystem angeordnet werden. Andererseits kann der Sinterkörper individuell nach Erreichen seiner Standzeit, die ggf. die Einsatzdauer des Filterelements um ein mehrfaches übersteigt, ausgetauscht werden. Vorzugsweise ist er als Lebensdauerbauteil ausgelegt und muss nicht beim Wechseln des Filterelements ausgetauscht werden.
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Der Sinterkörper kann erfindungsgemäß aber auch in dem Filterelement, insbesondere in eine Endscheibe oder ein Mittelrohr des Filterelements, integriert sein. Durch einen Austausch des Filterelements wird in diesem Fall zwangsweise auch der Sinterkörper erneuert.
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Das erfindungsgemäße Filterelement zum Filtern eines Fluids weist ein Glasfaserfiltermedium und einen dem Glasfaserfiltermedium fluidisch nachgeordneten Sinterkörper zum Zurückhalten von Bestandteilen des Glasfaserfiltermediums im Fluid auf.
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Der Sinterkörper kann erfindungsgemäß in einer Endscheibe des Filterelements integriert sein. Alternativ kann der Sinterkörper auch in einem Mittelrohr des Filterelements angeordnet sein.
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Der Sinterkörper kann die zuvor beschriebenen bevorzugten Merkmale aufweisen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt sowie aus den Ansprüchen.
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Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Filtersystems mit einem ersten Filterelement;
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2 eine schematische Seitenansicht eines zweiten Filterelements; und
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3 einen schematischen, perspektivisch dargestellten, stark vergrößerten Ausschnitt aus dem Sinterkörper gemäß 1.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Filtersystem 10. Das Filtersystem 10 umfasst ein Filtergehäuse 12. In dem Filtergehäuse 12 ist ein austauschbares erstes Filterelement 14 angeordnet.
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Das Filtergehäuse 12 umfasst einen Einlass 16 und einen Auslass 18 für ein zu filterndes Fluid, insbesondere für Kraftstoff. Das Filtergehäuse 12 ist somit – wie durch Pfeile 20, 22 angedeutet – durchströmbar, wobei der Filtervorgang im Wesentlichen in dem ersten Filterelement 14 erfolgt.
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Das erste Filterelement 14 weist ein Filtermedium 24 auf. Das Filtermedium 24 ist zwischen einer ersten Endplatte 26 und einer zweiten Endplatte 28 des Filterelements 14 angeordnet und ist als ein Glasfaserfiltermedium 24 ausgebildet. Einzelne Glasfasern können aus dem Glasfaserfiltermedium 24 herausbrechen und das Fluid verunreinigen. Der Bestandteil 32 des Glasfaserfiltermediums 24 ist zu Illustrationszwecken in 1 besonders groß dargestellt. Realistische Bestandteile 32 des Glasfaserfiltermediums 24 weisen in Längsrichtung eine Länge von bis zu mehreren Millimetern und eine (mittlere) Dicke – gemessen quer zur Längsrichtung – von mehreren 10 μm auf.
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Um zu verhindern, dass der Bestandteil 32 des Glasfaserfiltermediums 24 aus dem Auslass 18 des Filtersystems 10 gelangt, weist das Filtergehäuse 12 einen Sinterkörper 34 auf. Der Sinterkörper 34 ist dem ersten Filterelement 14 fluidisch nachgeordnet. Im vorliegenden Fall ist der Sinterkörper 34 in das Filtergehäuse 12 integriert. Der Sinterkörper 34 ist im Wesentlichen roatationssymmetrisch zu seiner Längsachse ausgebildet und in Richtung seiner Längsachse durchströmbar.
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2 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Filterelement 36. Das zweite Filterelement 36 weist eine erste Endplatte 38 auf, in der ein Glasfaserfiltermedium 40 eingebettet ist. Das zweite Filterelement 36 weist weiterhin eine zweite Endplatte 42 auf. Ein Sinterkörper 44 ist in die zweite Endplatte 42 integriert. Der Sinterkörper 44 ist im Wesentlichen identisch zu dem Sinterkörper 34 (siehe 1) ausgebildet. Der Sinterkörper 44 ist in Richtung seiner Längsachse durchströmbar.
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3 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt 46 des Sinterkörpers 34 aus 1. Aus 3 wird ersichtlich, dass der Sinterkörper 34 eine Vielzahl von Sinterkugeln aufweist, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine erste Sinterkugel 48, eine zweite Sinterkugel 50 und eine dritte Sinterkugel 52 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Sinterkugeln sind bei der Herstellung des Sinterkörpers 34 teilweise miteinander verpresst und/oder verschmolzen worden.
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Die erste Sinterkugel 48 ist Teil einer ersten Lage von Sinterkugeln, die in 3 als oberste Lage dargestellt ist.
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Die zweite Sinterkugel 50 ist Teil einer zweiten Lage von Sinterkugeln, die in 3 als Lage unter der ersten Lage dargestellt ist. Die dritte Sinterkugel 52 ist Teil einer dritten Lage von Sinterkugeln, die sich unter der zweiten Lage befindet. Die zweite Lage Sinterkugeln befindet sich somit auf der dritten Lage Sinterkugeln und die erste Lage Sinterkugeln auf der zweiten Lage Sinterkugeln. Die Lagen sind in Bezug auf die Durchströmungsrichtung des Sinterkörpers 34 übereinanderliegend angeordnet. Die Lagen sind dabei quer zur Durchströmungsrichtung versetzt zueinander angeordnet, d. h. die Sinterkugeln zweier aneinander angrenzender Lagen sind jeweils auf Lücke zueinander angeordnet. Die Poren des Sinterkörpers 34 sind dadurch quer zur Durchströmungsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Obwohl die Poren – relativ zum mittleren Durchmesser der zurückzuhaltenden Glasfaserpartikel – verhältnismäßig groß sind, kann dadurch ein starrer Bestandteil 32 (siehe 1) des Glasfaserfiltermediums 24 den Sinterkörper 34 nicht passieren. Der starre Bestandteil 32 kann aufgrund seiner ihm innewohnenden Biegesteifigkeit selbst bei einer hohen Strömungsrate des zu filtrierenden Fluids nicht derart verformt werden, dass dieser die versetzt angeordneten Poren der einzelnden Sinterkörperlagen passieren könnte.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Filtersystem mit einem Filterelement und einem Glasfaserfiltermedium. Weiterhin umfasst das Filtersystem einen Sinterkörper, der verhindert, dass ungewollt gelöste Bestandteile des Glasfaserfiltermediums das Filtersystem verlassen. Hierzu weist der Sinterkörper vorzugsweise quer zur Durchströmungsrichtung des Sinterkörpers zueinander versetzte Durchgänge, d. h. Poren, auf, sodass sich die Bestandteile des Glasfaserfiltermediums in den Poren des Sinterkörpers verkeilen. Die Durchgangsausnehmungen können eine durchschnittliche lichte Weite von mehr als 10 μm, insbesondere von mehr als 20 μm, vorzugsweise von mehr als 30 μm und besonders bevorzugt von mehr als 40 μm aufweisen, um den Strömungswiderstand des Sinterkörpers gering zu halten. Ein Sinterkörper kann im Filterelement und/oder außerhalb des Filterelements im Filtersystem angeordnet sein. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Filterelement mit einem Glasfaserfiltermedium und einem dem Glasfaserfiltermedium fluidisch nachgeordneten Sinterkörper.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6096212 A [0002]
- EP 1000649 A1 [0003]
- DE 102011003645 A1 [0004]
