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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hohlzylinderförmigen Koalescer für eine Filtereinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Filtereinrichtung mit einem Faltenstern aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial und einem solchen Koalescer.
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Filtersysteme für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftstofffilter, erfordern für eine langfristig ordnungsgemäße Funktion ein Abführen von in dem Filtersystem vorhandener Luft, damit ein Filtermaterial vollständig durchströmt werden kann und nicht ein Teil durch ein vorhandenes Luftpolster blockiert wird. Die Luft sammelt sich dabei immer in geodätisch oberen Bereichen und muss deshalb von dort abgeführt bzw. abgezogen werden. Bei derartigen Filtersystemen wird oftmals auch ein Koalescer eingesetzt, welcher in dem zu filternden Medium vorhandenes Wasser koalesciert und dabei Wassertröpfchen für eine spätere Abscheidung vergrößert. Auch im Bereich eines solchen Koalescers kann sich dabei Luft ansammeln und muss deshalb abgeschieden werden. Ein derartiger Koalescer kann dabei Bestandteil eines mehrteiligen Filtersystems sein, welches neben dem Koalescer noch einen Partikelfilter mit einem Faltenstern aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial und einen Endabscheider aufweist. Ein Durchströmen eines solchen Filtersystems erfolgt dabei in der Reihenfolge Partikelfilter, Koalescer und Endabscheider, wobei sich Luft auch zwischen diesen einzelnen Komponenten sammeln und dementsprechend abgeführt werden muss.
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Um Druckspitzen am Partikelfilter abfangen zu können, besitzt der Koalescer, welcher üblicherweise innerhalb des von außen nach innen durchströmten Partikelfilters angeordnet ist, eine Stützstruktur aus Kunststoff mit mehreren in Axialrichtung beabstandeten Ringen und diese Ringe in Axialrichtung verbindenden Streben. Sammelt sich nun Luft zwischen dem Partikelfilter und dem Koalescer an, so kann diese durch die Streben bzw. die Ringe an einem Aufsteigen gehindert werden, wodurch langfristig nicht mehr die gesamte Fläche eines innerhalb der Stützstruktur angeordneten Koalescermaterials zum Koalescieren von Wassertröpfchen zur Verfügung steht und dadurch die koalescierende Wirkung des Koalescers beeinträchtigt wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Koalescer eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine zuverlässige Entlüftung gewährleistet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Stützstruktur eines Koalescers derart auszubilden, dass unabhängig vom Ort der auftretenden Luft diese problemlos nach oben zu einer Entlüftungsstelle abgeführt werden kann und nicht von beispielsweise Ringen oder Streben der Stützstruktur an einem Aufsteigen gehindert wird. Der erfindungsgemäße Koalescer für eine Filtereinrichtung, beispielsweise für ein Kraftstofffilter eine Brennkraftmaschine, ist dabei hohlzylinderförmig ausgebildet mit einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Koalescermaterial und einer außenliegenden Stützstruktur mit einem oberen Ring, einem unteren Ring und zumindest einem dazwischenliegenden weiteren Ring, wobei die einzelnen Ringe über axiale Streben miteinander verbunden sind. Die Begrifflichkeit „oben“ und „unten“ beziehen sich dabei auf den Einbauzustand des Koalescers in einer Filtereinrichtung. In einem Kreuzungsbereich zumindest einer axialen Strebe mit einem weiteren Ring, das heißt also einem zwischen dem oberen und dem unteren Ring liegenden Ring, ist ein nach außen offener, nutenförmigen Luftkanal vorgesehen, der in die Strebe und den weiteren Ring eingelassen und der zumindest teilweise von Stegen oder Nuten begrenzt ist, wobei zumindest einer dieser Stege oder Nuten axial beabstandet zu dem weiteren Ring und parallel zu diesem in Umfangsrichtung verläuft. Die Stege oder die Nuten können dabei eine geringere Tiefe besitzen als der Luftkanal und diesen somit beranden. Die Stege stehen dabei nicht über einen Außenradius der Streben bzw. der Ringe über, verhindern jedoch durch ihre Anordnung, dass im Betrieb der Filtereinrichtung ein außerhalb des Koalescers angeordnetes Filtermaterial in den durch die Stege oder Nuten begrenzten, nutenförmigen Luftkanal gedrückt wird und diesen dadurch verschließt. Mit dem erfindungsgemäßen Luftkanal kann somit ein zuverlässiges Abführen von zwischen dem Koalescermaterial und einem außenliegenden Filtermaterial angesammelter Luft auch über den zumindest einen zwischen dem oberen und dem unteren Ring liegenden Ring nach oben gewährleistet werden, so dass die Luft im Betriebszustand zuverlässig nach oben zu einer Entlüftungsstelle, beispielsweise einer Entlüftungsbohrung, abgeführt werden kann und dadurch die gesamte Fläche des Koalescermaterials langfristig zur Koalescierung von Wassertröpfchen zur Verfügung steht.
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Zweckmäßig ist der nutenförmige Kanal L-förmig ausgebildet, wobei ein erster L-Schenkel parallel und axial beabstandet zum weiteren Ring verläuft, während ein zweiter L-Schenkel den weiteren Ring in Axialrichtung quert. Hierdurch ist es für zwischen dem Filtermaterial und dem Koalescermaterial gesammelter Luft möglich, zunächst unterhalb des zumindest einen weiteren Rings bis zum ersten L-Schenkel des Luftkanals zu gelangen und über diesen die axiale Strebe unterhalb des Kreuzungsbereichs mit dem weiteren Ring zu queren. Anschließend gelangt die Luft in den im Einbauzustand nach oben gerichteten zweiten L-Schenkel des Luftkanals, der den weiteren Ring Axialrichtung quert und dadurch die abzuführende Luft über den weiteren Ring nach oben leitet. Von dort kann die Luft über ein weiteres Feld, welches durch das innenliegende Koalescermaterial, ein außenliegendes Filtermaterial des Partikelfilter und in Umfangsrichtung durch zwei axiale Streben begrenzt ist, nach oben gelangen. Von dort wird es über einen weiteren Luftkanal, der in den nachfolgenden Absätzen beschrieben wird, über den oberen Ring zu beispielsweise einer Entlüftungsbohrung geführt. Ist oberhalb des weiteren Rings noch mal ein weiterer Ring angeordnet, so ist auch an diesem der zuvor beschriebene L-förmige Luftkanal angeordnet. Mittels des L-förmigen Luftkanals im Kreuzungsbereich zwischen einer axialen Strebe und einem weiteren Ring kann somit ein zuverlässiges Entlüften eines darunter angeordneten Bereichs bewirkt werden.
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Der obere Ring weist in dem Anbindungsbereich an die Strebe eine radial nach innen versetzte Ausnehmung auf, in die die Strebe mit einem Längsendbereich eingreift. Die Ausnehmung kann dabei in Umfangsrichtung breiter ausgebildet sein, als der darin eingreifende Längsendbereich der Strebe, wodurch ein weiterer nach außen offenen Luftkanal zwischen axialer Strebe und oberem Ring gebildet wird. Die von unten nach oben aufsteigende Luft kann somit über die Ausnehmung nach oben über den oberen Ring geführt und von dort über beispielsweise eine Entlüftungsbohrung abgeführt bzw. abgezogen werden. Hierdurch ist auch eine zuverlässige Entlüftung eines zwischen dem oberen Ring und dem darunter angeordneten weiteren Ring gelegenen Koalescerfeld möglich.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind an dem weiteren Ring an der Außenseite zahnradähnliche Nuten angeordnet. In diese Nuten können dabei einzelne Falten eines außenliegenden Faltensterns eingreifen, wodurch die Falten in Umfangsrichtung fixiert und ein zuverlässiges Verhindern eines auf Blockgehen der einzelnen Falten erreicht werden können. Durch das Fixieren der einzelnen Falten kann die Filterleistung des Partikelfilters langfristig hochgehalten werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Stützstruktur als Kunststoffspritzgussteil, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige und zugleich qualitativ hochwertige Ausbildung der Stützstruktur, wobei das Koalescermaterial von innen an die Stützstruktur angebracht werden kann. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Stützstruktur von außen auf das Koalescermaterial aufgespritzt wird.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Filtereinrichtung mit einem Partikelfilter mit einem Faltenstern aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial sowie einem darin angeordneten Koalescer entsprechend den vorherigen Absätzen auszustatten, wobei dieser Koalescer mit seiner Stützstruktur das Filtermaterial des Partikelfilters nach innen abstützt. Eine derartige Filtereinrichtung ermöglicht ein zuverlässiges Abführen von sich zwischen dem Filtermaterial und dem Koalescermaterial gesammelter Luft, wodurch die gesamte Fläche des Koalescermaterials langfristig für die Wasserabscheidung zur Verfügung steht.
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Zweckmäßig ist innerhalb des Koalescers ein Endabscheider angeordnet. Über einen derartigen Endabscheider kann eine nochmalige Wasserabscheidung und damit ein erhöhter Wasserabscheidegrad erreicht werden. Die Filtereinrichtung kann dabei beispielsweise als Kraftstofffilter ausgebildet sein.
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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, sondem 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 Komponenten beziehen.
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Figurenliste
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- 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen hohlzylinderförmigen Koalescer,
- 2 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Koalescer,
- 3 ein Detail aus 2 im Kreuzungsbereich zwischen einer axialen Strebe und einem weiteren Ring,
- 4 eine Detaildarstellung aus 2 im Anbindungsbereich der axialen Strebe an den oberen Ring,
- 5 eine Ansicht von schräg oben auf den erfindungsgemäßen Koalescer mit darin eingesetztem Endabscheider,
- 6 eine Ansicht auf den Endabscheider gemäß der 5.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäß Filtereinrichtung 1, welche beispielsweise als Kraftstofffilter, als Hydraulikfilter oder als Ölfilter ausgebildet sein kann, ein Partikelfilter 2 mit einem Faltenstern aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial 3 sowie einen darin angeordneten, erfindungsgemäßen hohlzylinderförmigen Koalescer 4 auf. Der Koalescer 4 ist dabei zusätzlich nochmals in den 2 und in Details in den 3 und 4 dargestellt. Der Koalescer 4 besitzt eine außenliegende Stützstruktur 5 sowie ein innenliegendes Koalescermaterial 6, welches zwischen dem Filtermaterial 3 und dem Koalescer 4 auftretende Wassertröpfchen koalescieren, das heißt vergrößern und dadurch deren Abscheidung verbessern sollen. Die Stützstruktur 5 besitzt einen oberen Ring 7, einen unteren Ring 8 sowie einen dazwischenliegenden weiteren Ring 9, wobei die einzelnen Ringe 7, 8 und 9 über axiale Streben 10 miteinander verbunden sind. Gemäß den 1 und 2 weist dabei der jeweils dort gezeigte Koalescer 4 lediglich einen weiteren Ring 9 auf, wobei je nach Höhe des Koalescers 4, selbstverständlich auch zwei oder mehr derartige weitere Ringe 9 vorgesehen sein können.
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In einem Kreuzungsbereich 11 zumindest einer axialen Strebe 10 mit dem weiteren Ring 9 ist ein nach außen offener, nutenförmiger Luftkanal 12 (vergleiche insbesondere auch die 3) vorgesehen, der nutenartig in die Strebe 10 und den weiteren Ring 9 eingelassen und der zumindest teilweise von Stegen 13a, 13b, 13c oder Nuten 27a, 27b, 27c begrenzt ist, wobei zumindest einer dieser Stege 13c oder Nuten 27c axial beabstandet zu dem weiteren Ring 9 und parallel zu diesem in Umfangsrichtung verläuft. Dieser Steg 13c bzw. die Nut 27c bewirkt bei in die Filtereinrichtung 1 eingebautem Koalescer 4, dass einzelne Falten des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials 3 nicht in den Luftkanal 12 eindringen und diesen dadurch blockieren können. Durch den nutenförmig durch die Strebe 10 und den weiteren Ring 9 laufenden Luftkanal 12 kann somit eine zuverlässige Entlüftung eines im Einbauzustand unterhalb des weiteren Rings 9 gelegenen Bereichs 14 zwischen dem Filtermaterial 3 und dem Koalescermaterial 6 bewirkt werden.
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Betrachtet man den Kreuzungsbereich 11 näher, insbesondere entsprechend den 2 und 3, so kann man erkennen, dass der nutenförmige Luftkanal 12 L-förmig ausgebildet ist, wobei ein erster L-Schenkel 15, parallel und axial beabstandet zum weiteren Ring 9 unterhalb desselben verläuft, während ein zweiter L-Schenkel 16 den weiteren Ring 9 in Axialrichtung 17 quert. Der erste L-Schenkel 15 ist dabei kommunizierend mit dem zweiten L-Schenkel 16 verbunden, wobei der erste L-Schenkel 15 im Einbauzustand horizontal und der zweite L-Schenkel 16 im Einbauzustand vertikal verläuft. Entsprechend der 2 ist dabei nach oben aufsteigende Luft 18 beim Übergang durch den Luftkanal 12 gezeigt. Der zweite L-Schenkel 16 verläuft zudem parallel zur Strebe 10.
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Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen nutenförmigen Luftkanal 12 ist somit ein Übertritt von im Einbauzustand unterhalb des weiteren Rings 9 gesammelter Luft 18 nach oben in ein darüber angeordnetes und zwischen dem Filtermaterial 3 und dem Koalescermaterial 6 liegendes Feld 19 möglich.
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Betrachtet man nun einen Anbindungsbereich 20 einer axialen Strebe 10 an den oberen Ring 7 (vergleiche die 1, 2 und 4), so kann man erkennen, dass der obere Ring 7 in dem Anbindungsbereich 20 eine radial nach innen versetzte Ausnehmung 21 aufweist, in die die Strebe 10 mit einem Längsendbereich 22 eingreift. Die Ausnehmung 21 ist dabei in Umfangsrichtung breiter ausgebildet als der darin eingreifende Längsendbereich 22 der Strebe 10, wodurch ein weiterer nach außen offener Luftkanal 23 zwischen oberem Längsendbereich 22 der Strebe 10 und dem oberen Ring 7 gebildet ist. Hierdurch kann Luft 18 auch aus dem Feld 19 nach oben abgeführt bzw. abgezogen werden.
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Betrachtet man die 1 bis 3, so kann man erkennen, dass an einer Außenseite des weiteren Rings 9 zahnradähnliche Nuten 24 angeordnet sind, in welche einzelne Falten des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials 3 eingreifen können, wodurch ein unerwünschtes auf Blockgehen derselben zuverlässig verhindert werden kann. Hierdurch kann die Filterleistung des Filtermaterials 3 langfristig aufrechterhalten werden. Die Stützstruktur 5 ist vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, insbesondere sogar als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, wodurch diese nicht nur kostengünstig, sondern auch qualitativ hochwertig hergestellt werden kann. Selbstverständlich ist auch eine separate Ausbildung der Ringe 7, 8, 9 und der Streben 10 denkbar, die anschließend zur Stützstruktur miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt werden.
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Innerhalb des Koalescers 4 kann darüber hinaus ein Endabscheider 25 angeordnet sein, über welchen nochmals Wasser, aber auch Luft 18 abgeschieden werden kann. Über einen oben am Endabscheider 25 angeordneten Ringspalt 26 (vergleiche 6) kann Luft gesammelt und abgeführt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Koalescer 4 und der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 1 ist es möglich, sich zwischen dem Koalescermaterial 6 und dem Filtermaterial 3 gesammelte Luft abzuführen, wodurch ein Verkleinern der zu koalescierenden Wirkung zur Verfügung stehenden Fläche durch nicht abgeführte Luft vermieden und dadurch die koalescierende Wirkung des Koalescers 4 langfristig aufrechterhalten werden kann. Durch den erfindungsgemäß nutenförmig ausgebildeten Luftkanal 9 und insbesondere den Steg 13 kann zudem ein unerwünschtes Eindringen einer Falte des faltenförmigen Filtermaterials 3 in den Luftkanal 12 vermieden und dadurch dessen luftführende Wirkung langfristig aufrechterhalten werden. Auch über den weiteren Luftkanal 23 im Bereich des oberen Rings 7, der ebenfalls nutenförmig ausgebildet ist, kann ein zuverlässiges Abführen von Luft 18 nach oben bewirkt werden. Ein derartiger Luftkanal 12 bzw. weiterer Luftkanal 23 kann dabei selbstverständlich noch an weiteren Kreuzungsbereichen 11 bzw. Anbindungsbereichen 20 angeordnet sein, so dass beispielsweise über den Umfang verteilt zumindest zwei, drei oder noch mehr derartiger Kreuzungsbereiche 11 bzw. Anbindungsbereiche 20 je Koalescer 4 vorgesehen sind, wodurch eine besonders zuverlässige Entlüftung der Felder 19 bzw. der Bereiche 14 ermöglicht wird. Durch die Ausbildung der Stützstruktur 5 als Kunststoffspritzgussteil ist es zudem möglich, sowohl den Luftkanal 12 als auch die Stege 13 oder die Nuten Nuten 27 bzw. den weiteren Luftkanal 23 kostengünstig herzustellen.
