WO2019042823A1 - Koaleszerstufe eines filtereinsatzes eines kraftstofffilters, filtereinsatz und kraftstofffilter - Google Patents

Koaleszerstufe eines filtereinsatzes eines kraftstofffilters, filtereinsatz und kraftstofffilter Download PDF

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WO2019042823A1
WO2019042823A1 PCT/EP2018/072544 EP2018072544W WO2019042823A1 WO 2019042823 A1 WO2019042823 A1 WO 2019042823A1 EP 2018072544 W EP2018072544 W EP 2018072544W WO 2019042823 A1 WO2019042823 A1 WO 2019042823A1
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WO
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filter
koaleszerstufe
stage
coalescing
hollow body
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PCT/EP2018/072544
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Inventor
Sieghard Pietschner
Moritz Dorschel
Marcus Wegmann
Andreas Schüttpelz
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Hengst Se
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/08—Thickening liquid suspensions by filtration
    • B01D17/10—Thickening liquid suspensions by filtration with stationary filtering elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/22—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system
    • F02M37/24—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by water separating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/22—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system
    • F02M37/32—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by filters or filter arrangements
    • F02M37/34—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by filters or filter arrangements by the filter structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous

Definitions

  • the invention relates to a Koaleszera filter insert of a fuel filter, in particular a diesel fuel filter, wherein the Koaleszercut consists of a hollow body of a fuel-permeable coalescing medium, in which small water droplets coalesced to larger water droplets and then delivered to the fuel flowing out of the hollow body at a flow with water droplet-containing fuel are.
  • the invention relates to a filter insert of a fuel filter, in particular a diesel fuel filter, with a particle filter stage, a Koaleszercut and a screening stage.
  • the invention relates to a fuel filter, in particular diesel fuel filter, with a filter insert, which has seen in the flow direction successively a particle filter stage, a Koaleszercut and a screening stage.
  • the document DE 10 201 1 120 647 A1 describes a fuel filter for fuel, in particular diesel fuel, an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, and a filter element of the same.
  • a housing has at least one fuel inlet for fuel to be purified, at least one fuel outlet for purified fuel, and at least one water outlet for water separated from the fuel.
  • the filter element is arranged, which separates the fuel inlet close to the fuel outlet.
  • the filter element has a filter medium designed as a hollow body, which can be flowed through to filter the fuel from the inside to the outside or from the outside to the inside.
  • the filter element has a coalescing medium designed as a hollow body for separating water contained in the fuel.
  • the coalescing medium is arranged in the flow path of the fuel behind the filter medium, surrounding it or in the interior space bounded by it.
  • the coalescing medium comprises at least one regenerated fiber coalescing layer of one of Coalescing water-suitable coalescing material having a weight fraction of at least 20% regenerated fibers, preferably at least 50%.
  • the regenerated fibers of the coalescing material of the at least one regenerated fiber coalescing layer are cellulose lyocell fibers or viscose fibers.
  • the task is to provide a Koaleszeris of the aforementioned type, which is inexpensive to produce and yet it ensures a high efficiency in the separation of water.
  • a corresponding filter insert of a fuel filter and a fuel filter should be specified.
  • the coalescing stage according to the invention need not be supported and supported by a supporting or supporting body to be produced separately and to be connected to the hollow body from the coalescing medium.
  • the coalescing medium is preferably a filter paper.
  • the coalescing medium according to the invention is a filter paper, a very compact design of the coalescing stage is made possible, since a filter paper is thin in comparison to conventional coalescing media.
  • suitable filter paper as a particulate filter material is available on the market at low cost, which contributes significantly to low production costs of Koaleszercut.
  • good efficiencies in water separation from the fuel are achieved with the coalescing medium consisting of filter paper according to the invention, which is achieved even with relatively high flow velocities of the fuel.
  • the main constituent of the coalescing medium with more than 50% by weight of the coalescing medium is cellulose fibers. These fibers provide a good coalescing effect and are well suited for the self-supporting design of the hollow body.
  • the coalescent medium preferably contains less than 50% by weight of polymer fibers which promote the coalescing action and contribute to the self-supporting design of the hollow body.
  • the fibers of the coalescing medium are wet-laid and resin-bound.
  • the coalescing medium be hydrophilic. Processing steps for the hydrophilic finish of the coalescing medium can be carried out with relatively little effort, for example in the form of spraying or dipping to form a suitable coating.
  • the filter paper as polymer fibers fibers from one or more of the plastics polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (PA), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyphenylene sulfide (PPS) and polyetheretherketone (PEEK).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • the fibers of the coalescing medium have a fiber diameter range of 0.1-50 ⁇ m, preferably 0.5-30 ⁇ m, particularly preferably 1-30 ⁇ m.
  • the fibers of the coalescing medium have a mean fiber diameter of 1 to 50 ⁇ m, preferably of 5 to 40 ⁇ m, particularly preferably of 10 to 30 ⁇ m.
  • the coalescing medium has a pore size range of 0.2-120 ⁇ m, preferably 1-100 ⁇ m, particularly preferably 2-90 ⁇ m.
  • a further embodiment provides that the coalescing medium has a mean pore size of 5 to 90 ⁇ m, preferably 10 to 70 ⁇ m, particularly preferably 20 to 60 ⁇ m.
  • the coalescing medium has an MFP value (average flow pore size) on the average of 1 to 1000 ⁇ m, preferably of 3 to 80 ⁇ m, particularly preferably of 40 to 70 ⁇ m.
  • the coalescing medium of the coalescing stage is hydrophilic.
  • the coalescing medium should have a hydrophobicity by water-tinting test (3M test, not standardized in accordance with the Olnot test DIN ISO 14419) with an isopropanol content of 15% by weight, preferably 20% by weight preferably from 25% by weight.
  • the invention proposes in that the coalescence medium has an air permeability of 1 to 3,000 l / m 2 s, preferably 5 to 2,500 l / m 2 s, particularly preferably 500 to 2,000 l / m 2 s, at a pressure difference of 200 Pa.
  • the coalescence medium may be multi-layered with up to five medium layers, preferably multi-layered with up to three medium layers, particularly preferably single-layer with a single medium layer.
  • the / each layer of the coalescing medium measured at a contact pressure of 100 kPa, has a thickness of 0.1-10 mm, preferably 0.2-5 mm, particularly preferably 0, 5-1.5mm.
  • a good suitability for the Koaleszerbone results when the coalescer has a basis weight of 10 - 400 g / m 2 , preferably from 50 to 300 g / m 2 , particularly preferably from 90 to 200 g / m 2 .
  • the coalescing medium has a bending resistance according to Gurley (Tappi T-543) of 8,000-150 mg, preferably of 5,000-150 mg, particularly preferably of 3,000. 150 mg.
  • Gurley Ta T-543
  • the bending resistance even in the wet state of the coalescing medium which occurs during operation, sufficiently large bending resistances still result for a self-supporting hollow body.
  • the coalescing medium should contain up to 49.9% by weight, preferably up to 30% by weight, more preferably up to between 5 and 10% by weight.
  • Glass fibers and / or metal fibers are preferred.
  • a further improvement of the coalescing effect of the coalescing stage in particular with regard to the separation of particularly fine water droplets from the fuel, can be achieved by rendering the coalescing medium hydrophobic on one side, the hydrophobically equipped side of the coalescing medium forming its inflow side in use. Furthermore, it is provided for the coalescing stage that the coalescing medium has a porosity with a gradient in the direction of flow, the porosity increasing in the direction of flow.
  • the porosity is advantageously adapted to the increasing in the flow direction of the coalescing medium size of the water droplets.
  • the hollow body of the coalescing stage is wrapped by a conventional coalescing fleece.
  • the coalescing stage formed from the hollow body of coalescing medium is a self-supporting hollow body which, in most applications, does not require an additional supporting body.
  • the coalescence stage formed from the hollow body of coalescing medium may have a lattice-shaped or perforated hollow-cylindrical support body on whose outer or inner circumference, according to the respective flow direction in operation, the hollow body is present and supported. Since the hollow body from the Koaleszermedium already has a certain stability, the optionally provided support body can be made comparatively easy and space-saving to accommodate large loads.
  • the solution of the second, the filter element part of the object succeeds according to the invention with a filter cartridge of a fuel filter, in particular a diesel fuel filter, with a particle filter stage, with a Koaleszercut and with a screening stage, which is characterized by a Koaleszercut according to any one of claims 1 to 23.
  • the coalescer stage and the particulate filter stage can beneficially interact in different ways.
  • the particle filter stage is formed by a filter material body folded in a star shape into a ring, that the Koaleszeris forming hollow body from the coalescing medium is round in cross-section, arranged in the filter body and tube with its outer circumference on the radially inner pleated tips of the filter cloth this supporting loosely abuts or fixed, in particular glued or thermally joined, and that the filter insert in Remaining non-supporting body is executed.
  • the coalescing stage advantageously performs at the same time a function as an inner support body for the filter material body of the particle filter stage and protects it during its flow radially from outside to inside against collapse, without the need for a separate support body.
  • the particulate filter stage is formed by a radially folded into a ring filter body, that the Koaleszeris forming hollow body from the Koaleszermedium is folded in a star shape with a same distance to the filter cloth body wrinkle and smaller fold depth that the radially inside lying pleat tips of the filter cloth body extending into radially outwardly facing Faltentäler of the Koaleszerissue forming hollow body and resting against the hollow body loosely or fixed to this, in particular glued or thermally joined, and that the filter insert is otherwise carried out supporting body free.
  • the Koaleszercut advantageous at the same time has a function as an inner support body for the particle filter stage.
  • the folds of the filter material body are fixed in their distance from one another in the circumferential direction, which prevents an undesirable, the filter surface shrinking juxtaposition of folds of the filter cloth body.
  • the particle filter stage is formed by a star shaped to a ring filter body, that the Koaleszeris forming hollow body from the Koaleszermedium congruent with the filter material body is folded in a star shape that the Koaleszerissue forming hollow body from the coalescing flat on the filter cloth this supporting rests and that the filter cartridge is otherwise carried out supportive body.
  • the coalescing stage advantageously supports the particle filter stage.
  • the materials for the particle filter stage and the Koaleszerlie can be stacked before folding in order to then transform them together in a single folding process to the star-shaped hollow body or ring.
  • the filter insert according to the invention can alternatively also be embodied such that the filter element is formed by a star shaped filter body, that the hollow body forming the coalescing stage is folded in a star shape from the coalescing medium with a reduced diameter relative to the filter body and that the filter body and the Koaleszeris forming hollow body of coalescing medium are arranged at a radial distance from each other.
  • This embodiment is particularly useful when the particle filter stage requires no support or has its own support body.
  • the thickness of the coalescing medium of Koaleszercut is not greater than the thickness of the filter cloth of the filter cloth body of the particle filter stage.
  • the coalescing stage can be formed from a filter paper, it is even possible for the coalescing stage to simultaneously form the particle filter stage of the filter insert.
  • the coalescing stage thus takes over two essential functions of the filter insert, which saves individual parts, installation space and production costs.
  • the filter cartridge For applications of the filter cartridge in which this is exposed to particularly high mechanical loads, it is provided that it has a lattice-shaped or perforated hollow cylindrical support body, seen in the radial direction rests supporting either on the inner circumference of the filter cloth of the particle filter stage or on the inner circumference of the hollow body of Koaleszernote.
  • An arrangement of the support body on the inner circumference of the filter material body of the particle filter stage is expedient if the Koaleszerhand is arranged at a radial distance from the particle filter stage.
  • An arrangement of the support body on the inner circumference of the hollow body of the Koaleszercuta is useful when the Koaleszerease is arranged without radial distance from the particle filter stage or radially supported there along pleat tips.
  • the flow direction of the filter insert extends radially from outside to inside.
  • the opposite direction of flow of the support body is then of course arranged radially outward of the filter material body of the particle filter stage or from the hollow body of Koaleszernote.
  • the screening stage forms a radially innermost part of the filter insert and that between the inner circumference of the hollow body of the Koaleszernote and the outer periphery of a hollow cylindrical screen of the screening stage, an annular space for gravity separation of water droplets is kept free.
  • the annular space expediently has such a large free flow cross-section that there is a relevant reduction in the flow velocity of the fuel in order to ensure sufficient residence time for an effective separation of the gravity of the water droplets which are now enlarged.
  • the flow direction of the filter insert as usual, extends radially from outside to inside.
  • the screening stage is then of course arranged radially on the outside of the hollow body of the coalescing stage.
  • the invention proposes a fuel filter, in particular diesel fuel filter, before with a filter insert, as seen in the flow direction successively a particle filter stage, a Koaleszerprocess and a screening stage and which is characterized by a filter cartridge according to one of claims 25 to 33rd
  • FIG. 1 shows a fuel filter with a filter insert in a schematic longitudinal section
  • FIGS. 16 and 17 show the filter insert without end disks in an eighth embodiment, once in longitudinal section and once in cross section,
  • FIGS. 18 and 19 show the filter insert without end disks in a ninth embodiment, once in longitudinal section and once in cross section,
  • FIGS 22 and 23 the filter element without end plates in an eleventh embodiment, once in longitudinal section and once in cross section.
  • FIG. 1 of the drawing shows a fuel filter 1, in particular a diesel fuel filter, with a filter element 2 accommodated interchangeably therein, in a schematic longitudinal section.
  • the fuel filter 1 here has a substantially hollow cylindrical housing 10 with a liquid-tight connected, but detachable housing lower part 10 '.
  • a raw fluid inlet 11 designed as a connecting piece through which, as indicated by the FIG. dashed arrow indicated, fuel to be filtered into the interior of the filter housing 10 can be introduced.
  • a tubular clean fluid outlet 12 Centrally connected to the upper side of the filter housing 10 is a tubular clean fluid outlet 12, which protrudes into the interior of the filter housing 10 as a pipe socket 14 and can be discharged by the fuel filtered, as indicated by a further dashed arrow, and fed, for example, to an internal combustion engine.
  • the fuel filter 1 serves to filter out of the fuel flowing through it for a dirt particles and to separate the other entrained in the fuel water droplets.
  • the filter element 2 has several, here three stages, namely in the flow direction of the fuel successively a particle filter stage 3, a Koaleszeris 4 and a screening stage 5. Between the Koales- shreds 4 and the screening stage 5 is an open towards the bottom annular space. 6
  • a water outlet 13 with an associated valve 13 'arranged at the lowest point of the housing lower part 10' if necessary the water collected in the water collecting chamber 15 can be drained off.
  • the particle filter stage 3 consists of a conventional, zigzag-shaped, star-shaped, hollow filter material body 30 made of a suitable filter material, such as filter paper.
  • the coalescing stage 4 arranged radially inward of the particle filter stage 3 consists of a hollow body 40 of an at least single-layer coalescing medium, which in this case has the shape of a tube which is round in cross-section. Other forms are possible, as will be explained later.
  • the coalescing medium has several specific and particular properties.
  • the coalescence medium here is a filter paper whose Main component with more than 50 wt .-% cellulose fibers.
  • the coalescent medium contains less than 50% by weight of polymer fibers.
  • the fibers of the coalescing medium are wet laid and resin bound and the coalescent medium is hydrophilic.
  • the coalescing medium has a bending resistance sufficient for a self-supporting hollow body in order to be able to execute the hollow body 40 on its own and the filter element 2 as a whole without a separate support body.
  • the screening stage 5 consists of a tubular sieve 50, which is arranged concentrically in the hollow body 40 of coalescing medium at a radial distance therefrom.
  • the screen 50 has the well-known property of allowing fuel to pass through, but being impermeable to the larger water droplets formed in the hollow body 40 of coalescing medium.
  • the tubular sieve 50 is closed.
  • the filter material body 30 and the hollow body 40 made of coalescent medium are bordered together at the end by a respective first, upper end disk 21 and a second, lower end disk 21. With the first, upper end plate 21, the screen 50 is also connected at its upper end side.
  • the first, upper end disk 21 has an outer diameter which is slightly larger than the outer diameter of the filter cloth body 30, and is liquid-tightly connected to the filter cloth body 30, the hollow body 40 of Koaleszermedium and the screen 50, for example, thermally welded. Furthermore, the first end plate 21 is annular and has in its center surrounded by a circumferential seal 21 'opening, by means of which the filter element 2 is sealingly attached to the inside of the filter housing 10, the clean liquid outlet 12 forming pipe socket 14.
  • second end plate 22 is also designed here annular and has an outer diameter which is slightly smaller than the inner diameter of the filter housing 10. Between the outer periphery of the second end plate 22 and the inner periphery of the filter housing 10 is a further circumferential seal 22 ' arranged. In this way, a raw side connected to the raw liquid inlet 1 1 and a clean side of the fuel filter 1 connected to the clean liquid outlet 12 are separated from one another. A flow of fuel from the raw side to the clean side is only possible by the successive arrangement of filter material body 30, hollow body 40 of coalescent medium and sieve 50.
  • the lower housing part 10 ' is released from the rest of the housing 10, after which the filter housing 10 is open on the underside.
  • a seal 16 running between them is used for sealing the connection point between the housing 10 and the housing lower part 10 '.
  • the fuel together with the water droplets entrained therein, flows through the hollow body 40 of the coalescing stage 4, during which coalescing stage 4 coalesces small water droplets into significantly larger water droplets due to their coalescing action, ie, they are combined.
  • These larger water droplets are guided with the fuel in the radial direction inwards from the hollow body 40 of the coalescing stage 4 into the annular space 6.
  • the annular space 6 lying between the inner circumference of the hollow body 40 made of coalescent medium and the outer circumference of the wire 50 is open at the bottom and is in free flow communication with the water collection chamber 15.
  • the annular space 6 has a free flow cross section, which is responsible for a significant slowing down of the flow rate of the fuel and thus ensures a greater residence time of the fuel and the entrained larger water droplets in the annular space 6.
  • an effective separation of the previously enlarged water droplets on the one hand by gravity separation and on the other by deposition on the outer circumference of the screen 50 done.
  • the separated water droplets fall under the influence of gravity due to their height ren specific weight in the fuel down and collect in the water collection chamber 15 in the lower housing part 10 'in the lower region of the filter housing 10th
  • the water collecting space 15 When the water collecting space 15 is filled with water, it can be discharged by opening the valve 13 'through the water outlet 13.
  • the filter insert 2 can be designed in different ways, which will be explained in more detail below with reference to several examples.
  • Figures 2 to 23 of the drawing show in pairs each eleven different versions of the filter element 2, each without end plates and each once in the longitudinal section below on the drawing page and once in cross section at the top of the drawing page.
  • the filter material body 30 of the particle filter stage 3 is folded in a star shape into a hollow body, as is known per se.
  • Centrally through the filter element 2 extends the longitudinal central axis 20, to which the filter insert 2 is rotationally symmetrical.
  • the hollow body 40 Radially inside of the filter material body 30 is the hollow body 40 made of the coalescing medium, which forms the coalescing stage 4.
  • the hollow body 40 is here single-layered and has the shape of a round tube in cross-section. Radially inwardly facing pleat tips 31 of the star-shaped folded filter material body 30 here lie loosely on the outer circumference of the hollow body 40 of coalescing medium.
  • the hollow body 40 is designed to be stable and self-supporting to such an extent that it can additionally assume a support function for the filter material body 30.
  • the second embodiment of the filter cartridge 2 according to Figures 4 and 5 differs from the first embodiment according to Figures 2 and 3, characterized in that now between the inwardly facing pleat tips 31 of the filter cloth 30 and the outer periphery of the hollow body 40 of Koaleszermedium a certain, relatively small radial distance exists.
  • the filter material body 30 is thus radially spaced from the hollow body 40 of coalescing medium.
  • the filter material body 30 can deform radially inwardly to a limited extent, concretely shrink in its inner diameter, whereby its pleat tips 31 then in contact with the outer periphery of the hollow body 40 arrive. Further deformation or even collapse of the filter cloth body 30 is then prevented by the supporting function of the self-supporting hollow body 40 of the coalescing stage 4.
  • the filter element 2 according to FIGS. 4 and 5 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter element 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the third embodiment of the filter cartridge 2 according to FIGS. 6 and 7 differs from the first exemplary embodiment of the filter cartridge 2 according to FIGS. 2 and 3 in that now the coalescing stage 40 has a hollow body 40 of coalescing medium consisting of two concentric media layers 41, 42. Due to the two-layered nature of the hollow body 40 of the coalescing stage 4, the coalescing effect of the coalescing stage 4 can be increased.
  • the radially inner medium layer 42 of the hollow body 40 may be a filter paper layer as a coalescing medium and the radially outer medium layer 41 may be a conventional coalescing web wound around the inner medium layer 42.
  • the filter insert 2 according to FIGS. 6 and 7 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 2 and 3, to whose description reference is made in this regard.
  • the fourth embodiment of the filter cartridge 2 according to Figures 8 and 9 differs from the first embodiment of the filter cartridge 2 according to Figures 2 and 3 and of the third embodiment of the filter cartridge 2 according to Figures 6 and 7 in that now the Koaleszercut 4 one has four concentric media layers 41, 42, 43 and 44 existing hollow body 40 coalescing medium.
  • the coalescing effect of the coalescing stage 4 can be further increased.
  • the media of the individual media layers 41 to 44 can thereby be identical with each other; Alternatively, two or more different media may be used for the media layers 41-44.
  • the filter insert 2 according to FIGS. 8 and 9 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the fifth exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 10 and 11 differs from the first exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 2 and 3 in that the radially inwardly pointing pleat tips 31 of the star-shaped folded filter material body 30 are here on the outer circumference of the hollow body 40 Koaleszermedium not loosely, but connected to this by means of bonds 32 and are fixed in position.
  • the hollow body 40 is also stable and self-supporting executed in such a degree that it can additionally take over a support function for the filter material body 30.
  • the star-shaped folded filter material body 30 is fixed in its shape and it is so a the filter surface available to reduce the application of adjacent folds of the filter cloth body 30 prevents each other.
  • the filter insert 2 according to FIGS. 10 and 11 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the sixth exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 12 and 13 differs from the first exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3 in that the hollow body 40 of coalescing medium is now folded in a star shape and that between the radially inwardly pointing pleat tips 31 of the star-shaped folded Filter material body 30 and the outer periphery of the hollow body 40 of coalescing medium is a relatively large radial distance.
  • the self-supporting hollow body 40 has a much larger compared to a round tube surface, but no support function for the filter material body 30th
  • the filter element 2 according to FIGS. 12 and 13 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter element 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the seventh embodiment of the filter cartridge 2 according to FIGS. 14 and 15 differs from the sixth exemplary embodiment according to FIGS. 12 and 13 in that the star-shaped folded hollow body 40 of coalescing medium now supports the radially inwardly pointing pleat tips 31 of the star-shaped folded filter material body 30.
  • the hollow body 40 is folded with an identical with the filter cloth body pleat spacing in the circumferential direction and has a diameter such that the radially inwardly facing pleat tips 31 of the filter cloth 30 protrude into radially outwardly open Faltentäler the hollow body 40 and there supported on the self-supporting hollow body 40 ,
  • the hollow body 40 has a much larger compared to a round tube surface and at the same time a support function and Faltenfixierfunktion for the filter material body 30th
  • the filter element 2 according to FIGS. 14 and 15 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter element 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the eighth exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 16 and 17 differs from the seventh exemplary embodiment according to FIGS. 14 and 15 in that now the filter material body 30 and the hollow body 40 of coalescing medium rest against each other over their entire surface and are folded together to form a star-shaped body in cross-section , Also in this embodiment, the hollow body 40 has a much larger compared to a round tube surface and at the same time a support function for the filter material body 30th
  • the filter insert 2 according to FIGS. 16 and 17 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the ninth exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 18 and 19 differs from the first exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3 in that a lattice-shaped hollow cylindrical support body 7, preferably an injection-molded part made of plastic or a metal lattice, is now directly radially inwardly of the hollow body 40 made of coalescent medium , is arranged.
  • the hollow body 40 rests with its inner circumference on the outer circumference of the support body 7.
  • the radially after inside facing pleat tips 31 of the filter material body 30 are here loosely on the outer circumference of the hollow body 40 at.
  • the filter element 2 according to FIGS. 18 and 19 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter element 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • the tenth embodiment of the filter cartridge 2 according to Figures 20 and 21 differs from the ninth embodiment of Figures 18 and 19 in that now between the inwardly facing pleat tips 31 of the filter cloth body 30 and the outer periphery of the hollow body 40 of Koaleszermedium a certain, relatively small radial distance exists.
  • an identical support body 7 is arranged here as in the example of FIGS. 18 and 19 described above.
  • the filter cloth body 30 is radially spaced from the hollow body 40 of coalescing medium.
  • the filter material body 30 can deform radially inwardly to a certain extent, concretely reduce in its inner diameter, whereby its pleat tips 31 then in contact with the outer periphery of the hollow body 40 arrive. Further deformation or even collapse of the filter material body 30 is then reliably prevented by the supporting function of the hollow body 40 of the coalescing stage 4 and of the support body 7.
  • the filter insert 2 according to FIGS. 20 and 21 corresponds to the first exemplary embodiment of the filter insert 2 according to FIGS. 2 and 3, to the description of which reference is made in this respect.
  • Figures 22 and 23 show the filter element 2 without end plates in an eleventh and last embodiment, once in longitudinal section and once in cross section.
  • character- teristic for this embodiment of the filter element 2 is that here consists of filter paper as a coalescing medium self-supporting hollow body 40 of the coalescing stage 4 at the same time the filter material body 30 of the particle filter stage 3.
  • the hollow body 40 is capable of exerting, in addition to the coalescing effect on the water droplets entrained in the fuel, also a filter function for dirt particles entrained in the fuel.
  • the filter element 2 has very few components and a particularly compact design.
  • the arranged in the interior of the combined Filterstoff- and hollow body 30, 40 sieve 50 corresponds to the previously described embodiments. Between the combined Filterstoff- and hollow body 30, 40 on the one hand and the sieve 50 on the other hand is also the annular gap 6 for the gravity separation of water droplets.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koaleszerstufe (4) eines Filtereinsatzes (2) eines Kraftstofffilters (1), insbesondere eines Dieselkraftstofffilters, wobei die Koaleszerstufe (4) aus einem Hohlkörper (40) aus einem kraftstoffdurchlässigen Koaleszermedium besteht, in welchem bei einer Durchströmung mit wassertröpfchenhaltigem Kraftstoff kleine Wassertröpfchen zu größeren Wassertröpfchen koaleszierbar und dann an den aus dem Hohlkörper (40) abströmenden Kraftstoff abgebbar sind. Die Koaleszerstufe (4) gemäß Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium als ein selbsttragender Hohlkörper (40) gestaltet ist und dass das Koaleszermedium einen für einen selbsttragenden Hohlkörper (40) ausreichenden Biegewiderstand aufweist. Weiter betrifft die Erfindung einen Filtereinsatz (2) mit einer solchen Koaleszerstufe (4) sowie einen Kraftstofffilter (1) mit einem derartigen Filtereinsatz (2).

Description

Beschreibung:
Koaleszerstufe eines Filtereinsatzes eines Kraftstofffilters, Filtereinsatz und Kraftstofffilter
Die Erfindung betrifft eine Koaleszerstufe eines Filtereinsatzes eines Kraftstofffilters, insbesondere eines Dieselkraftstofffilters, wobei die Koaleszerstufe aus einem Hohlkörper aus einem kraftstoffdurchlässigen Koaleszermedium besteht, in welchem bei einer Durchströmung mit wassertropfchenhaltigem Kraftstoff kleine Wassertröpfchen zu größeren Wassertröpfchen koaleszierbar und dann an den aus dem Hohlkörper abströmenden Kraftstoff abgebbar sind. Außerdem betrifft die Erfindung einen Filtereinsatz eines Kraftstofffilters, insbesondere eines Dieselkraftstofffilters, mit einer Partikelfilterstufe, einer Koaleszerstufe und einer Siebstufe. Schließlich betrifft die Erfindung einen Kraftstofffilter, insbesondere Dieselkraftstofffilter, mit einem Filtereinsatz, der in Durchströmungsrichtung gesehen aufeinanderfolgend eine Partikelfilterstufe, eine Koaleszerstufe und eine Siebstufe aufweist.
In dem Dokument DE 10 201 1 120 647 A1 werden ein Kraftstofffilter für Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und ein Filterelement eines solchen beschrieben. Ein Gehäuse weist wenigstens einen Kraftstoffeinlass für zu reinigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser auf. In dem Gehäuse ist das Filterelement angeordnet, das den Kraftstoffeinlass dicht von dem Kraftstoffauslass trennt. Das Filterelement weist ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium auf, das zur Filtrierung des Kraftstoffs von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmbar ist. Das Filterelement weist ein als Hohlkörper gestaltetes Koaleszenzme- dium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser auf. Das Koaleszenz- medium ist im Strömungsweg des Kraftstoffs hinter dem Filtermedium, dieses umgebend oder in dem von ihm begrenzten Innenraum, angeordnet. Das Koaleszenz- medium umfasst wenigstens eine Regeneratfaser-Koaleszenzlage aus einem zur Koaleszenz von Wasser geeigneten Koaleszenzmaterial, das einen Gewichtsanteil von wenigstens 20% Regeneratfasern, vorzugsweise wenigstens 50%, aufweist. Bevorzugt sind die Regeneratfasern des Koaleszenzmatenals der wenigstens einen Regeneratfaser-Koaleszenzlage aus Cellulose bestehende Lyocellfasern oder Viskosefasern.
Als nachteilig wird bei diesem bekannten Kraftstofffilter und Filterelement angesehen, dass das als Hohlkörper gestaltete Koaleszenzmedium ein relativ großes Ei- bauvolumen in Anspruch nimmt und dass das Material, aus dem das Koaleszenzmedium besteht, einen relativ hohen Kostenfaktor bei der Herstellung des Filterelements und des Kraftstofffilters darstellt. Diesem Nachteil liegt die Tatsache zugrunde, dass die bisher als Koaleszermedium eingesetzten Materialien weich und flexibel sind und dass sie deshalb auf einen Tragkörper aufgebracht, üblicherweise aufgewickelt, werden müssen. Dies ist produktionstechnisch recht aufwändig und entsprechend teuer, was sich merklich auf die Kosten der Koaleszerstufe und des Filtereinsatzes insgesamt auswirkt.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Koaleszerstufe der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und die dabei dennoch für einen hohen Wirkungsgrad bei der Wasserabscheidung sorgt. Außerdem sollen ein entsprechender Filtereinsatzes eines Kraftstofffilters sowie ein Kraftstofffilter angegeben werden.
Die Lösung des ersten, die Koaleszerstufe betreffenden Teils der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Koaleszerstufe der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Koaleszermedium als ein selbsttragender Hohlkörper gestaltet ist und dass das Koaleszermedium einen für einen selbsttragenden Hohlkörper ausreichenden Biegewiderstand aufweist.
Vorteilhaft muss die erfindungsgemäße Koaleszerstufe nicht von einem gesondert herzustellenden und mit dem Hohlkörper aus dem Koaleszermedium zu verbindenden Trag- oder Stützkörper getragen und unterstützt werden. Hierdurch kann vorteilhaft ein bei konventionellen Koaleszerstufen erforderliches Bauteil in Form des Trag- oder Stützkörpers eingespart werden, was zu einer merklichen Kosteneinsparung führt. Bevorzugt ist weiterhin das Koaleszermedium ein Filterpapier. Dadurch, dass erfindungsgemäß das Koaleszermedium ein Filterpapier ist, wird eine sehr kompakte Bauweise der Koaleszerstufe ermöglicht, denn ein Filterpapier ist im Vergleich zu konventionellen Koaleszermedien dünn. Zudem ist als Grundmaterial für die Koaleszerstufe geeignetes Filterpapier als Partikelfiltermaterial am Markt kostengünstig verfügbar, was merklich zu günstigen Herstellungskosten der Koaleszerstufe beiträgt. Zugleich werden, wie Versuche gezeigt haben, mit dem erfindungsgemäß aus Filterpapier bestehenden Koaleszermedium gute Wirkungsgrade bei der Wasserab- scheidung aus dem Kraftstoff erzielt, was auch bei relativ hohen Anströmgeschwindigkeiten des Kraftstoffs erreicht wird.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Hauptbestandteil des Koaleszermedi- ums mit mehr als 50 Gew.-% des Koaleszermediums Cellulosefasern sind. Diese Fasern bieten eine gute Koaleszenzwirkung und sind gut für die selbsttragende Ausgestaltung des Hohlkörpers geeignet.
Bevorzugt enthält das Koaleszermedium zu weniger als 50 Gew.-% Polymerfasern, welche die Koaleszenzwirkung unterstützen und zur selbsttragenden Ausgestaltung des Hohlkörpers beitragen.
Zwecks Erzielung einer ausreichend hohen Biegesteifigkeit des Koaleszermediums ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fasern des Koaleszermediums nassgelegt und harzgebunden sind.
Zur Steigerung der Koaleszenzwirkung des Koaleszermediums wird weiter vorgeschlagen, dass das Koaleszermedium hydrophil ausgerüstet ist. Bearbeitungsschritte für die hydrophile Ausrüstung des Koaleszermediums sind mit relativ geringem Aufwand durchführbar, beispielsweise in Form eines Besprühens oder Tauchens zur Bildung einer geeigneten Beschichtung.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Koaleszerstufe ist bevorzugt vorgesehen, dass das Filterpapier als Polymerfasern Fasern aus einem oder mehreren der Kunststoffe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyethylen- terephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyetheretherketon (PEEK) enthält. Derartige Polymerfasern unterstützen die koaleszierende Wirkung der Koaleszerstufe. Bevorzugt ist weiterhin für die Koaleszerstufe vorgesehen, dass das Koaleszermedium viskosefrei ist.
Nachfolgend werden weitere, konkretere Eigenschaften des Koaleszermediums angegeben, die zu einer guten Wasserabscheidefunktion beitragen.
So ist vorgesehen, dass die Fasern des Koaleszermediums einen Faserdurchmesserbereich von 0,1 - 50 μηη, vorzugsweise von 0,5 - 30 μηη, besonders bevorzugt von 1 - 30 μηη, aufweisen.
Weiter weisen die Fasern des Koaleszermediums einen mittleren Faserdurchmesser von 1 - 50 μηη, bevorzugt von 5 - 40 μηη, besonders bevorzugt von 10 - 30 μηη, auf.
Weiterhin weist das Koaleszermedium einen Porengrößenbereich von 0,2 - 120 μηη, bevorzugt von 1 - 100 μηη, besonders bevorzugt von 2 - 90 μηη, auf.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Koaleszermedium eine mittlere Porengröße von 5 - 90 μηη, bevorzugt von 10 - 70 μηη, besonders bevorzugt von 20 - 60 μηη, aufweist.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Koaleszermedium einen MFP-Wert (Mean flow pore size) im Mittel von 1 - 1000 μηη, bevorzugt von 3 - 80 μηη, besonders bevorzugt von 40 - 70 μηη, aufweist.
Wie oben erwähnt, ist das Koaleszermedium der Koaleszerstufe hydrophil ausgerüstet. Diesbezüglich ist weiter vorgesehen, dass das Koaleszermedium eine Hyd- rophilie nach Wassernotentest (3M-Test, nicht genormt in Anlehnung an Olnotentest DIN ISO 14419) mit einem Isopropanol-Anteil von 15 Gew.-%, bevorzugt von 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 25 Gew.-%, aufweist.
Zur Erzielung der gewünschten koaleszierenden Wirkung der Koaleszerstufe ist eine ausreichende Verweilzeit des mit Wassertröpfchen befrachteten Kraftstoffs im Koaleszermedium nötig, die unter anderem durch einen geeigneten Strömungswiderstand des Koaleszermediums beeinflussbar ist. Dazu schlägt die Erfindung vor, dass das Koaleszermedium bei einer Druckdifferenz von 200 Pa eine Luftdurchlässigkeit von 1 - 3.000 l/m2s, bevorzugt von 5 - 2.500 l/m2s, besonders bevorzugt von 500 - 2.000 l/m2s, aufweist.
Je nach den Erfordernissen des Einsatzfalls und der Größe der aus dem Kraftstoff abzuscheidenden Wassermenge kann das Koaleszermedium mehrlagig mit bis zu fünf Mediumlagen, bevorzugt mehrlagig mit bis zu drei Mediumlagen, besonders bevorzugt einlagig mit einer einzigen Mediumlage, ausgeführt sein.
Insbesondere zwecks einer kompakten Bauform der Koaleszerstufe ist vorgesehen, dass die/jede Lage des Koaleszermediums, gemessen bei einem Anpressdruck von 100 kPa, eine Dicke von 0,1 - 10 mm, bevorzugt von 0,2 - 5 mm, besonders bevorzugt von 0,5 - 1 ,5 mm, aufweist.
Eine gute Eignung für die Koaleszerstufe ergibt sich, wenn das Koaleszermedium ein Flächengewicht von 10 - 400 g/m2, bevorzugt von 50 - 300 g/m2, besonders bevorzugt von 90 - 200 g/m2, aufweist.
Damit die Koaleszerstufe eine für die vorgesehene Ausführung als selbsttragender Hohlkörper ausreichende Festigkeit sicher aufweist, ist vorgesehen, dass das Koaleszermedium einen Biegewiderstand nach Gurley (Tappi T-543) von 8.000 - 150 mg, bevorzugt von 5.000 - 150 mg, besonders bevorzugt von 3.000 - 150 mg, aufweist. Bei den genannten Werten für den Biegewiederstand ergeben sich auch in dem im Betrieb auftretenden nassen Zustand des Koaleszermediums noch für einen selbsttragenden Hohlkörper hinreichend große Biegewiderstände.
Zwecks weiterer mechanischer Stabilisierung und weiterer Verbesserung der Koa- leszenzwirkung der Koaleszerstufe wird vorgeschlagen, dass das Koaleszermedium bis zu 49,9 Gew.-%, bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu zwischen 5 und 10 Gew.-%, Glasfasern und/oder Metallfasern enthält.
Eine weitere Verbesserung der Koaleszenzwirkung der Koaleszerstufe, insbesondere im Hinblick auf eine Abscheidung besonders feiner Wassertröpfchen aus dem Kraftstoff, kann dadurch erreicht werden, dass das Koaleszermedium einseitig hydrophob ausgerüstet ist, wobei die hydrophob ausgerüstete Seite des Koaleszermediums im Einsatz dessen Anströmseite bildet. Weiter ist für die Koaleszerstufe vorgesehen, dass das Koaleszermedium eine Porosität mit einem Gradienten in Durchströmungsrichtung aufweist, wobei die Porosität in Durchströmungsrichtung zunimmt. Hiermit ist die Porosität vorteilhaft an die in Durchströmungsrichtung des Koaleszermediums zunehmende Größe der Wassertröpfchen angepasst.
Insbesondere für Anwendungsfälle, in denen besonders große Wassermengen aus dem Kraftstoff abzuscheiden sind, kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Hohlkörper der Koaleszerstufe von einem konventionellen Koaleszervlies umwickelt ist.
Erfindungsgemäß ist die aus dem Hohlkörper aus Koaleszermedium gebildete Koaleszerstufe ein selbsttragender Hohlkörper, der in den meisten Anwendungsfällen ohne einen zusätzlichen Stützkörper auskommt. Für Verwendungen mit besonders hohen mechanischen Belastungen kann die aus dem Hohlkörper aus Koaleszermedium gebildete Koaleszerstufe einen gitterformigen oder durchbrochenen hohlzylindrischen Stützkörper aufweisen, an dessen Außen- oder Innenumfang, entsprechend der jeweiligen Durchströmungsrichtung im Betrieb, der Hohlkörper anliegt und abgestützt ist. Da der Hohlkörper aus dem Koaleszermedium schon selbst eine gewisse Stabilität aufweist, kann der gegebenenfalls vorgesehene Stützkörper vergleichsweise leicht und platzsparend ausgeführt werden, um große Belastungen aufnehmen zu können.
Die Lösung des zweiten, den Filtereinsatz betreffenden Teils der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Filtereinsatz eines Kraftstofffilters, insbesondere eines Dieselkraftstofffilters, mit einer Partikelfilterstufe, mit einer Koaleszerstufe und mit einer Siebstufe, der gekennzeichnet ist durch eine Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 23. Mit dem erfindungsgemäßen Filtereinsatz werden die vorstehend schon dargelegten vorteilhaften Eigenschaften der Koaleszerstufe für den Filtereinsatz insgesamt erreicht.
Innerhalb des Filtereinsatzes können die Koaleszerstufe und die Partikelfilterstufe auf unterschiedliche Art und Weise nutzbringend zusammenwirken.
So ist beispielsweise in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Partikelfilterstufe durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe bildende Hohlkörper aus dem Koaleszermedium als im Querschnitt runde, im Filterstoffkörper angeordnete Röhre ausgebildet ist und mit seinem Außenumfang an den radial innen liegenden Faltenspitzen des Filterstoffkörpers diesen abstützend lose anliegt oder fixiert, insbesondere verklebt oder thermisch gefügt, ist und dass der Filtereinsatz im Übrigen stützkörperfrei ausgeführt ist. Hier übt die Koaleszerstufe also vorteilhaft zugleich eine Funktion als innerer Stützkörper für den Filterstoffkörper der Partikelfilterstufe aus und schützt diesen bei seiner Durchströmung radial von außen nach innen gegen ein Kollabieren, ohne dass dazu ein separater Stützkörper nötig ist.
In einer alternativen Ausgestaltung des Filtereinsatzes ist vorgesehen, dass die Partikelfilterstufe durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe bildende Hohlkörper aus dem Koaleszermedium mit einem zu dem Filterstoffkörper gleichen Faltenabstand und kleinerer Faltentiefe sternförmig gefaltet ist, dass die radial innen liegenden Faltenspitzen des Filterstoffkörpers sich in nach radial außen weisende Faltentäler des die Koaleszerstufe bildende Hohlkörpers erstrecken und sich am Hohlkörper abstützend an diesem lose anliegen oder fixiert, insbesondere verklebt oder thermisch gefügt, sind und dass der Filtereinsatz im Übrigen stützkörperfrei ausgeführt ist. Auch hier hat die Koaleszerstufe vorteilhaft zugleich eine Funktion als innerer Stützkörper für die Partikelfilterstufe. Zudem werden die Falten des Filterstoffkörpers in ihrem Abstand zueinander in Umfangsrichtung fixiert, was ein unerwünschtes, die Filterfläche verkleinerndes Aneinanderlegen von Falten des Filterstoffkörpers verhindert.
Eine weitere diesbezüglich alternative Ausgestaltung des Filtereinsatzes sieht vor, dass die Partikelfilterstufe durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe bildende Hohlkörper aus dem Koaleszermedium deckungsgleich mit dem Filterstoffkörper sternförmig gefaltet ist, dass der die Koaleszerstufe bildende Hohlkörper aus dem Koaleszermedium flächig an dem Filterstoffkörper diesen stützend anliegt und dass der Filtereinsatz im Übrigen stützkörperfrei ausgeführt ist. Auch hier stützt die Koaleszerstufe vorteilhaft die Partikelfilterstufe ab. Bei der Herstellung dieses Filtereinsatzes können die Materialien für die Partikelfilterstufe und die Koaleszerstufe schon vor dem Falten aufeinandergelegt werden, um sie dann in einem einzigen Faltvorgang gemeinsam zu dem sternförmigen Hohlkörper oder Ring umzuformen. Der erfindungsgemäße Filtereinsatz kann alternativ auch so ausgeführt sein, dass die Partikelfilterstufe durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe bildende Hohlkörper aus dem Koa- leszermedium sternförmig mit einem gegenüber dem Filterstoffkörper verkleinerten Durchmesser gefaltet ist und dass der Filterstoffkörper und der die Koaleszerstufe bildende Hohlkörper aus Koaleszermedium mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind. Diese Ausführung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Partikelfilterstufe keiner Abstützung bedarf oder einen eigenen Stützkörper aufweist.
Zwecks Gewährleistung einer kompakten Bauform des Filtereinsatzes ist weiter vorgesehen, dass die Dicke des Koaleszermediums der Koaleszerstufe nicht größer als die Dicke des Filterstoffs des Filterstoffkörpers der Partikelfilterstufe ist.
Da erfindungsgemäß die Koaleszerstufe aus einem Filterpapier gebildet sein kann, besteht sogar die Möglichkeit, dass die Koaleszerstufe zugleich die Partikelfilterstufe des Filtereinsatzes bildet. Hier übernimmt die Koaleszerstufe also zwei wesentliche Funktionen des Filtereinsatzes, was Einzelteile, Bauraum und Fertigungskosten einspart.
Für Einsatzfälle des Filtereinsatzes, bei denen dieser besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, ist vorgesehen, dass er einen gitterförmigen oder durchbrochenen hohlzylindrischen Stützkörper aufweist, der in Radialrichtung gesehen entweder am Innenumfang des Filterstoffkörpers der Partikelfilterstufe oder am Innenumfang des Hohlkörpers der Koaleszerstufe stützend anliegt. Eine Anordnung des Stützkörpers am Innenumfang des Filterstoffkörpers der Partikelfilterstufe ist dann zweckmäßig, wenn die Koaleszerstufe mit einem radialen Abstand zur Partikelfilterstufe angeordnet ist. Eine Anordnung des Stützkörpers am Innenumfang des Hohlkörpers der Koaleszerstufe ist dann zweckmäßig, wenn die Koaleszerstufe ohne radialen Abstand zur Partikelfilterstufe angeordnet oder an dieser entlang von Faltenspitzen radial abgestützt ist. Dabei ist hier vorausgesetzt, dass die Durchströmungsrichtung des Filtereinsatzes, wie gebräuchlich, radial von außen nach innen verläuft. Bei entgegengesetzter Durchströmungsrichtung ist der Stützkörper dann selbstverständlich radial außen vom Filterstoffkörper der Partikelfilterstufe oder vom Hohlkörper der Koaleszerstufe angeordnet. Für den erfindungsgemäßen Filtereinsatz ist weiterhin vorgesehen, dass die Siebstufe einen in Radialrichtung gesehen innersten Teil des Filtereinsatzes bildet und dass zwischen dem Innenumfang des Hohlkörpers der Koaleszerstufe und dem Außenumfang eines hohlzylindrischen Siebes der Siebstufe ein Ringraum für eine Schwerkraftseparation von Wassertröpfchen freigehalten ist. Der Ringraum hat dabei zweckmäßig einen so großen freien Strömungsquerschnitt, dass es zu einer relevanten Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs kommt, um die für eine wirksame Schwerkraftseparation der nun vergrößert vorliegenden Wassertröpfchen ausreichende Verweilzeit zu gewährleisten. Dabei ist auch hier vorausgesetzt, dass die Durchströmungsrichtung des Filtereinsatzes, wie gebräuchlich, radial von außen nach innen verläuft. Bei entgegengesetzter Durchströmungsrichtung ist die Siebstufe dann selbstverständlich radial außen vom Hohlkörper der Koaleszerstufe angeordnet.
Zur Lösung des dritten Teils der oben gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung einen Kraftstofffilter, insbesondere Dieselkraftstofffilter, vor mit einem Filtereinsatz, der in Durchströmungsrichtung gesehen aufeinanderfolgend eine Partikelfilterstufe, eine Koaleszerstufe und eine Siebstufe aufweist und welcher gekennzeichnet ist durch einen Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 25 bis 33.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Kraftstofffilter mit einem Filtereinsatz in einem schematischen Längsschnitt,
Figur 2 und 3 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer ersten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 4 und 5 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer zweiten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 6 und 7 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer dritten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt, Figur 8 und 9 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer vierten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 10 und 1 1 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer fünften Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 12 und 13 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer sechsten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 14 und 15 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer siebten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 16 und 17 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer achten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 18 und 19 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer neunten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt,
Figur 20 und 21 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer zehnten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt, und
Figur 22 und 23 den Filtereinsatz ohne Endscheiben in einer elften Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt.
In der folgenden Figurenbeschreibung sind gleiche Teile in den verschiedenen Zeichnungsfiguren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass nicht zu jeder Zeichnungsfigur alle Bezugszeichen erneut erläutert werden müssen.
Figur 1 der Zeichnung zeigt einen Kraftstofffilter 1 , insbesondere Dieselkraftstofffilter, mit einem darin auswechselbar aufgenommenen Filtereinsatz 2, in einem schematischen Längsschnitt. Der Kraftstofffilter 1 besitzt hier ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 10 mit einem damit flüssigkeitsdicht verbundenen, aber lösbaren Gehäuseunterteil 10'.
An einer Oberseite des Filtergehäuses 10 ist außermittig ein als Anschlussstutzen ausgebildeter Rohflüssigkeitseinlass 1 1 angeordnet, durch den, wie durch den ge- strichelten Pfeil angedeutet, zu filternder Kraftstoff in das Innere des Filtergehäuses 10 einleitbar ist.
Zentral mit der Oberseite des Filtergehäuses 10 ist ein rohrförmiger Reinflüssig- keitsauslass 12 verbunden, der als Rohrstutzen 14 in das Innere des Filtergehäuses 10 hineinragt und durch den, wie durch einen weiteren gestrichelten Pfeil angedeutet, gefilterter Kraftstoff abführbar und beispielsweise einer Brennkraftmaschine zuführbar ist.
Der Kraftstofffilter 1 dient dazu, aus dem ihn durchströmenden Kraftstoff zum einen Schmutzpartikel auszufiltern und zum anderen im Kraftstoff mitgeführte Wassertröpfchen abzuscheiden. Dazu besitzt der Filtereinsatz 2 mehrere, hier drei Stufen, nämlich in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gesehen aufeinanderfolgend eine Partikelfilterstufe 3, eine Koaleszerstufe 4 und eine Siebstufe 5. Zwischen der Koales- zerstufe 4 und der Siebstufe 5 liegt ein nach unten hin offener Ringraum 6.
Ein unterer, nicht von dem Filtereinsatz 2 eingenommenen Bereich des Filtergehäuses 10 in Höhe des Gehäuseunterteils 10' dient als Wassersammeiraum 15 für die Sammlung von aus dem Kraftstoff abgeschiedenem Wasser. Durch einen am tiefsten Punkt des Gehäuseunterteils 10' angeordneten Wasserauslass 13 mit einem zugeordneten Ventil 13' kann bei Bedarf das im Wassersammeiraum 15 gesammelte Wasser abgelassen werden.
Die Partikelfilterstufe 3 besteht aus einem konventionellen, zickzackformig zu einem Stern gefalteten, hohlen Filterstoffkörper 30 aus einem geeigneten Filtermaterial, wie Filterpapier.
Die radial innen von der Partikelfilterstufe 3 angeordnete Koaleszerstufe 4 besteht aus einem Hohlkörper 40 aus einem wenigstens einlagigen Koaleszermedium, der hier die Form einer im Querschnitt runden Röhre hat. Andere Formen sind, wie später noch erläutert wird, möglich.
Zur Erfüllung seiner ihm zugedachten Funktion, nämlich das Koaleszieren von im Kraftstoff mitgeführten kleinen Wassertröpfchen zu größeren Wassertröpfchen, hat das Koaleszermedium mehrere bestimmte und besondere Eigenschaften. Zur Erzielung geringer Materialkosten ist das Koaleszermedium hier ein Filterpapier, dessen Hauptbestandteil mit mehr als 50 Gew.-% Cellulosefasern sind. Das Koaleszerme- dium enthält dabei zu weniger als 50 Gew.-% Polymerfasern. Die Fasern des Koa- leszermediums sind nassgelegt und harzgebunden und das Koaleszermedium ist hydrophil ausgerüstet. Als wesentliche Eigenschaft weist das Koaleszermedium einen für einen selbsttragenden Hohlkörper ausreichenden Biegewiderstand auf, um den Hohlkörper 40 für sich und den Filtereinsatz 2 insgesamt auch ohne einen gesonderten Stützkörper ausführen zu können.
Die Siebstufe 5 schließlich besteht aus einem rohrförmigen Sieb 50, welches konzentrisch im Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium mit einem radialen Abstand zu diesem angeordnet ist. Das Sieb 50 hat die an sich bekannte Eigenschaft, Kraftstoff durchzulassen, aber für die im Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium gebildeten größeren Wassertröpfchen undurchlässig zu sein. Unterseitig ist das rohrförmige Sieb 50 geschlossen.
Der Filterstoffkörper 30 und der Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium sind gemeinsam stirnseitig von je einer ersten, oberen Endscheibe 21 und einer zweiten, unteren Endscheibe 21 eingefasst. Mit der ersten, oberen Endscheibe 21 ist außerdem das Sieb 50 an seiner oberen Stirnseite verbunden.
Die erste, obere Endscheibe 21 besitzt einen Außendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Filterstoffkörpers 30, und ist flüssigkeitsdicht mit dem Filterstoffkörper 30, dem Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium und dem Sieb 50 verbunden, beispielsweise thermisch verschweißt. Weiterhin ist die erste Endscheibe 21 ringförmig ausgeführt und besitzt in ihrem Zentrum eine von einer umlaufenden Dichtung 21 ' umgebene Öffnung, mittels welcher der Filtereinsatz 2 auf den in das Innere des Filtergehäuses 10 hineinragenden, den Reinflüs- sigkeitsauslass 12 bildenden Rohrstutzen 14 dichtend aufgesteckt ist.
Die in Figur 1 untere, zweite Endscheibe 22 ist hier ebenfalls ringförmig ausgeführt und besitzt einen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Filtergehäuses 10. Zwischen dem Außenumfang der zweiten Endscheibe 22 und dem Innenumfang des Filtergehäuses 10 ist eine weitere umlaufende Dichtung 22' angeordnet. Auf diese Weise werden eine mit dem Rohflüssigkeitseinlass 1 1 verbundene Rohseite und eine mit dem Reinflüssigkeitsauslass 12 verbundene Reinseite des Kraftstofffilters 1 voneinander getrennt. Eine Strömung von Kraftstoff von der Rohseite zur Reinseite ist nur durch die aufeinander folgende Anordnung von Filterstoffkörper 30, Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium und Sieb 50 möglich.
Zum Ein- und Ausbauen des Filtereinsatzes 2 wird hier das Gehäuseunterteil 10' vom übrigen Gehäuse 10 gelöst, wonach dann das Filtergehäuse 10 unterseitig offen ist. Zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen Gehäuse 10 und Gehäuseunterteil 10' dient eine zwischen diesen umlaufende Dichtung 16.
Im Betrieb des Kraftstofffilters 1 gemäß Figur 1 strömt zu filternder, Schmutzpartikel und feine Wassertröpfchen mitführender Kraftstoff durch den Rohflüssigkeitseinlass 1 1 in das Innere des Filtergehäuses 10 und gelangt dort zunächst zum Außenumfang des Filterstoffkörpers 30 der Partikelfilterstufe 3. Von dort aus strömt der Kraftstoff unter Zurücklassung von Schmutzpartikeln oberhalb einer vorgebbaren Partikelgröße in Radialrichtung von außen nach innen durch den Filterstoffkörper 30.
Im unmittelbaren Anschluss daran durchströmt der Kraftstoff zusammen mit den weiterhin darin mitgeführten Wassertröpfchen den Hohlkörper 40 der Koaleszerstufe 4, wobei während des Durchströmens der Koaleszerstufe 4 aufgrund von deren koaleszierender Wirkung kleine Wassertröpfchen zu deutlich größeren Wassertröpfchen koalesziert, also zusammengeführt, werden. Diese größeren Wassertröpfchen werden mit dem Kraftstoff in Radialrichtung nach innen aus dem Hohlkörper 40 der Koaleszerstufe 4 in den Ringraum 6 geführt.
Der zwischen dem Innenumfang des Hohlkörpers 40 aus Koaleszermedium und dem Außenumfang des Siebes 50 liegende Ringraum 6 ist nach unten hin offen und steht in freier Strömungsverbindung mit dem Wassersammeiraum 15. Der Ringraum 6 hat einen freien Strömungsquerschnitt, der für eine deutliche Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs und damit für eine größere Verweilzeit des Kraftstoffs und der mitgeführten größeren Wassertröpfchen im Ringraum 6 sorgt. Auf diese Weise kann im Ringraum 6 eine wirksame Abscheidung der zuvor vergrößerten Wassertröpfchen zum einen durch Schwerkraftseparation und zum anderen durch Abscheidung am Außenumfang des Siebes 50 erfolgen. Die abgeschiedenen Wassertröpfchen sinken unter Schwerkrafteinfluss aufgrund ihres höhe- ren spezifischen Gewichts im Kraftstoff nach unten und sammeln sich im Wassersammeiraum 15 im Gehäuseunterteil 10' im unteren Bereich des Filtergehäuses 10.
Wenn der Wassersammeiraum 15 mit Wasser gefüllt ist, kann dieses durch Öffnen des Ventils 13' durch den Wasserauslass 13 abgelassen werden.
Der Filtereinsatz 2 kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt sein, was nachfolgend an mehreren Beispielen näher erläutert wird. Die Figuren 2 bis 23 der Zeichnung zeigen dazu jeweils paarweise elf verschiedene Ausführungen des Filtereinsatzes 2, jeweils ohne Endscheiben und jeweils einmal im Längsschnitt unten auf der Zeichnungsseite und einmal im Querschnitt oben auf der Zeichnungsseite.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 2 und 3 ist der Filterstoffkörper 30 der Partikelfilterstufe 3 sternförmig zu einem Hohlkörper gefaltet, wie dies an sich bekannt ist. Zentral durch den Filtereinsatz 2 verläuft dessen Längsmittelachse 20, zu der der Filtereinsatz 2 rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Radial innen vom Filterstoffkörper 30 liegt der Hohlkörper 40 aus dem Koaleszer- medium, welcher die Koaleszerstufe 4 bildet. Der Hohlkörper 40 ist hier einlagig und hat die Form einer im Querschnitt runden Röhre. Radial nach innen weisende Faltenspitzen 31 des sternförmig gefalteten Filterstoffkörpers 30 liegen hier am Außenumfang des Hohlkörpers 40 aus Koaleszermedium lose an. Der Hohlkörper 40 ist in einem solchen Maß stabil und selbsttragend ausgeführt, dass er zusätzlich eine Stützfunktion für den Filterstoffkörper 30 übernehmen kann.
Radial innen vom Hohlkörper 40 liegt mit radialem Abstand zu diesem das Sieb 50 der Siebstufe 5. Zwischen dem Hohlkörper 40 und dem Sieb 50 liegt der Ringraum 6. Der im Inneren des Siebes 50 liegende Bereich steht mit dem in Figur 1 erläuterten Reinflüssigkeitsauslass 12 in Strömungsverbindung.
Das zweite Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 4 und 5 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 dadurch, dass nun zwischen den nach innen weisenden Faltenspitzen 31 des Filterstoffkörpers 30 und dem Außenumfang des Hohlkörpers 40 aus Koaleszermedium ein gewisser, relativ kleiner radialer Abstand besteht. In einem unbelasteten Zu- stand des Filterstoffkörpers 30, wie ihn die Figuren 4 und 5 darstellen, ist der Filterstoffkörper 30 also vom Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium radial beabstandet. In einem im Betrieb unter Umständen auftretenden Zustand mit in Radialrichtung von außen nach innen wirkender höherer Belastung kann sich der Filterstoffkörper 30 in Richtung radial nach innen um ein begrenztes Maß verformen, konkret in seinem Innendurchmesser verkleinern, wodurch seine Faltenspitzen 31 dann in Anlage an den Außenumfang des Hohlkörpers 40 gelangen. Ein weiteres Verformen oder sogar Kollabieren des Filterstoffkörpers 30 wird dann durch die stützende Funktion des selbsttragenden Hohlkörpers 40 der Koaleszerstufe 4 verhindert.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 4 und 5 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das dritte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 6 und 7 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach den Figuren 2 und 3 dadurch, dass nun die Koaleszerstufe 40 einen aus zwei konzentrischen Mediumlagen 41 , 42 bestehenden Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium besitzt. Durch die Zweilagigkeit des Hohlkörpers 40 der Koaleszerstufe 4 kann die koaleszierende Wirkung der Koaleszerstufe 4 gesteigert werden. Dabei kann beispielsweise die radial innere Mediumlage 42 des Hohlkörpers 40 eine Filterpapierlage als Koaleszermedium sein und die radial äußere Mediumlage 41 ein um die innere Mediumlage 42 herumgewickeltes konventionelles Koaleszervlies sein.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 6 und 7 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das vierte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 8 und 9 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach den Figuren 2 und 3 und von dem dritten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach den Figuren 6 und 7 dadurch, dass nun die Koaleszerstufe 4 einen aus vier konzentrischen Mediumlagen 41 , 42, 43 und 44 bestehenden Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium besitzt. Durch diese Mehrlagigkeit des Hohlkörpers 40 der Koaleszerstufe 4 kann die koaleszierende Wirkung der Koaleszerstufe 4 noch weiter gesteigert werden. Die Medien der einzelnen Mediumlagen 41 bis 44 können dabei untereinander identisch sein; alternativ können auch zwei oder mehr unterschiedliche Medien für die Mediumlagen 41 bis 44 verwendet werden.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 8 und 9 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das fünfte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 10 und 1 1 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach den Figuren 2 und 3 dadurch, dass die radial nach innen weisende Faltenspitzen 31 des sternförmig gefalteten Filterstoffkörpers 30 hier am Außenumfang des Hohlkörpers 40 aus Koaleszermedium nicht lose anliegen, sondern mit diesem mittels Verklebungen 32 verbunden und so in ihrer Lage fixiert sind. Der Hohlkörper 40 ist auch hier in einem solchen Maß stabil und selbsttragend ausgeführt, dass er zusätzlich eine Stützfunktion für den Filterstoffkörper 30 übernehmen kann. Zusätzlich wird hier der sternförmig gefaltete Filterstoffkörper 30 in seiner Form fixiert und es wird so ein die zur Verfügung stehende Filterfläche verkleinerndes Anlegen von benachbarten Falten des Filterstoffkörpers 30 aneinander verhindert.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 10 und 1 1 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das sechste Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 12 und 13 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 dadurch, dass nun auch der Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium sternförmig gefaltet ist und dass zwischen den radial nach innen weisenden Faltenspitzen 31 des sternförmig gefalteten Filterstoffkörpers 30 und dem Außenumfang des Hohlkörpers 40 aus Koaleszermedium ein relativ großer radialer Abstand besteht. In dieser Ausführung hat der selbsttragende Hohlkörper 40 eine im Vergleich zu einer runden Röhre wesentlich vergrößerte Fläche, aber keine Stützfunktion für den Filterstoffkörper 30.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 12 und 13 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird. Das siebte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 14 und 15 unterscheidet sich von dem sechsten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 12 und 13 dadurch, dass nun der sternförmig gefaltet Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium die radial nach innen weisenden Faltenspitzen 31 des sternförmig gefalteten Filterstoffkörpers 30 abstützt. Dazu ist der Hohlkörper 40 mit einem mit dem Filterstoffkörper identischen Faltenabstand in Umfangsrichtung gefaltet und besitzt einen solchen Durchmesser, dass die radial nach innen weisenden Faltenspitzen 31 des Filterstoffkörpers 30 in nach radial außen offene Faltentäler des Hohlkörpers 40 ragen und sich dort am selbsttragenden Hohlkörper 40 abstützen. In dieser Ausführung hat der Hohlkörper 40 eine im Vergleich zu einer runden Röhre wesentlich vergrößerte Fläche und zugleich eine Stützfunktion und Faltenfixierfunktion für den Filterstoffkörper 30.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 14 und 15 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das achte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 16 und 17 unterscheidet sich von dem siebten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 14 und 15 dadurch, dass nun der Filterstoffkörper 30 und der Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium vollflächig aneinander anliegen und gemeinsam zu einem im Querschnitt sternförmigen Körper gefaltet sind. Auch in dieser Ausführung hat der Hohlkörper 40 eine im Vergleich zu einer runden Röhre wesentlich vergrößerte Fläche und zugleich eine Stützfunktion für den Filterstoffkörper 30.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 16 und 17 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das neunte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 18 und 19 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 dadurch, dass nun unmittelbar radial innen vom Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium ein gitterförmiger hohlzylindrischer Stützkörper 7, vorzugsweise ein Spritzgussteil aus Kunststoff oder ein Metallgitter, angeordnet ist. Der Hohlkörper 40 liegt mit seinem Innenumfang am Außenumfang des Stützkörpers 7 an. Die radial nach innen weisenden Faltenspitzen 31 des Filterstoffkörpers 30 liegen hier lose am Außenumfang des Hohlkörpers 40 an. In einem im Betrieb auftretenden Zustand mit hoher Belastung bei der Durchströmung von radial außen nach radial innen gibt der Filterstoffkörper 30 über seine Faltenspitzen 31 die radial nach innen wirkenden Lasten über den hier als Röhre ausgeführten Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium an den formstabilen Stützkörper 7 weiter. Dadurch wird ein Kollabieren von Filterstoffkörper 30 und/oder Hohlkörper 40 selbst bei extremen Belastungen sicher ausgeschlossen.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 18 und 19 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Das zehnte Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 gemäß den Figuren 20 und 21 unterscheidet sich von dem neunten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 18 und 19 dadurch, dass nun zwischen den nach innen weisenden Faltenspitzen 31 des Filterstoffkörpers 30 und dem Außenumfang des Hohlkörpers 40 aus Koaleszermedium ein gewisser, relativ kleiner radialer Abstand besteht. Unmittelbar radial innen vom Hohlkörper 40 ist auch hier ein gleicher Stützkörper 7 wie beim zuvor beschriebenen Beispiel nach Figur 18 und 19 angeordnet. In einem unbelasteten Zustand des Filterstoffkörpers 30, wie ihn die Figuren 20 und 21 darstellen, ist der Filterstoffkörper 30 vom Hohlkörper 40 aus Koaleszermedium radial beabstandet. In einem im Betrieb unter Umständen auftretenden Zustand mit höherer Belastung in Richtung radial nach innen kann sich der Filterstoffkörper 30 in Richtung radial nach innen um ein gewisses Maß verformen, konkret in seinem Innendurchmesser verkleinern, wodurch seine Faltenspitzen 31 dann in Anlage an den Außenumfang des Hohlkörpers 40 gelangen. Ein weiteres Verformen oder sogar Kollabieren des Filterstoffkörpers 30 wird dann durch die stützende Funktion des Hohlkörpers 40 der Koaleszerstufe 4 und des Stützkörpers 7 sicher verhindert.
Im Übrigen entspricht der Filtereinsatz 2 gemäß Figur 20 und 21 dem ersten Ausführungsbeispiel des Filtereinsatzes 2 nach Figur 2 und 3, auf dessen Beschreibung insoweit verwiesen wird.
Die Figuren 22 und 23 zeigen den Filtereinsatz 2 ohne Endscheiben in einer elften und letzten Ausführung, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt. Charak- teristisch für diese Ausführung des Filtereinsatzes 2 ist, dass hier der aus Filterpapier als Koaleszermedium bestehende selbsttragende Hohlkörper 40 der Koaleszer- stufe 4 zugleich den Filterstoffkörper 30 der Partikelfilterstufe 3 bildet. Dies ist hier möglich, weil der Hohlkörper 40 in der Lage ist, neben der Koaleszenzwirkung auf die im Kraftstoff mitgeführten Wassertröpfchen auch eine Filterfunktion für im Kraftstoff mitgeführte Schmutzpartikel auszuüben. In dieser Ausführung hat der Filtereinsatz 2 besonders wenige Bauteile und eine besonders kompakte Bauform.
Das im Inneren des kombinierten Filterstoff- und Hohlkörpers 30, 40 angeordnete Sieb 50 entspricht den zuvor schon beschriebenen Ausführungen. Zwischen dem kombinierten Filterstoff- und Hohlkörpers 30, 40 einerseits und dem Sieb 50 andererseits liegt auch hier der Ringspalt 6 für die Schwerkraftseparation von Wassertröpfchen.
Bezugszeichenliste:
Zeichen Bezeichnung
1 Kraftstofffilter
10 Filtergehäuse
10' Gehäuseunterteil
1 1 Rohflüssigkeitseinlass
12 Reinflüssigkeitsauslass
13 Wasserauslass
13' Ventil in 13
14 Rohrstutzen
15 Wassersammeiraum
16 Dichtung
2 Filtereinsatz
20 Längsmittelachse von 2
21 erste, obere Endscheibe
21 ' Dichtung an 21
22 zweite, untere Endscheibe
22' Dichtung an 22
3 Partikelfilterstufe
30 Filterstoffkörper
31 radial innere Faltenspitzen von 30
32 Verklebungen
4 Koaleszerstufe
40 Hohlkörper aus Koaleszermedium
41 - 44 Mediumlagen
5 Siebstufe
50 Sieb
6 Ringraum zwischen 4 und 5
7 Stützkörper

Claims

Patentansprüche:
Koaleszerstufe (4) eines Filtereinsatzes (2) eines Kraftstofffilters (1 ), insbesondere eines Dieselkraftstofffilters, wobei die Koaleszerstufe (4) aus einem Hohlkörper (40) aus einem kraftstoffdurchlässigen Koaleszermedium besteht, in welchem bei einer Durchströmung mit wassertröpfchenhaltigem Kraftstoff kleine Wassertröpfchen zu größeren Wassertröpfchen koaleszier- bar und dann an den aus dem Hohlkörper (40) abströmenden Kraftstoff abgebbar sind,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t
dass das Koaleszermedium als ein selbsttragender Hohlkörper (40) gestaltet ist und dass das Koaleszermedium einen für einen selbsttragenden Hohlkörper (40) ausreichenden Biegewiderstand aufweist.
Koaleszerstufe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium ein Filterpapier ist.
Koaleszerstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbestandteil mit mehr als 50 Gew.-% des Koaleszermediums Cellulose- fasern sind.
Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium zu weniger als 50 Gew.-% Polymerfasern enthält.
Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Koaleszermediums nassgelegt und harzgebunden sind.
Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium hydrophil ausgerüstet ist.
7. Koaleszerstufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium als Polymerfasern Fasern aus einem oder mehreren der Kunststoffe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyethyl- enterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyetheretherketon (PEEK) enthält.
8. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium viskosefrei ist.
9. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Koaleszermediums einen Faserdurchmesserbereich von 0,1 - 50 μηη, vorzugsweise von 0,5 - 30 μηη, besonders bevorzugt von 1 - 30 μηη, aufweisen.
10. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Koaleszermediums einen mittleren Faserdurchmesser von 1 - 50 μηη, bevorzugt von 5 - 40 μηη, besonders bevorzugt von 10 - 30 μηη, aufweisen.
1 1. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium einen Porengrößenbereich von 0,2 - 120 μ m, bevorzugt von 1 - 100 μηη, besonders bevorzugt von 2 - 90 μηη, aufweist.
12. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium eine mittlere Porengröße von 5 - 90 μηη, bevorzugt von 10 - 70 μηη, besonders bevorzugt von 20 - 60 μηη, aufweist.
13. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium einen MFP-Wert (Mean flow pore size) im Mittel von 1 - 1000 μηη, bevorzugt von 3 - 80 μηη, besonders bevorzugt von 40 - 70 μηη, aufweist.
14. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium eine Hydrophilie nach Wassernotentest mit einem Isopropanol-Anteil von 15 Gew.-%, bevorzugt von 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 25 Gew.-%, aufweist.
15. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium bei einer Druckdifferenz von 200 Pa eine Luftdurchlässigkeit von 1 - 3.000 l/m2s, bevorzugt von 5 - 2.500 l/m2s, besonders bevorzugt von 500 - 2.000 l/m2s, aufweist.
16. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium mehrlagig mit bis zu fünf Mediumlagen (41 , 42), bevorzugt mehrlagig mit bis zu drei Mediumlagen (41 , 42), besonders bevorzugt einlagig mit einer einzigen Mediumlage (41 ), ausgeführt ist.
17. Koaleszerstufe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die/jede Lage (41 , 42) des Koaleszermediums, gemessen bei einem Anpressdruck von 100 kPa, eine Dicke von 0,1 - 10 mm, bevorzugt von 0,2 - 5 mm, besonders bevorzugt von 0,5 - 1 ,5 mm, aufweist.
18. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium ein Flächengewicht von 10 - 400 g/m2, bevorzugt von 50 - 300 g/m2, besonders bevorzugt von 90 - 200 g/m2, aufweist.
19. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium einen Biegewiderstand von 8.000 - 150 mg, bevorzugt von 5.000 - 150 mg, besonders bevorzugt von 3.000 - 150 mg, aufweist.
20. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium bis zu 49,9 Gew.-%, bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu zwischen 5 und 10 Gew.-%, Glasfasern und/oder Metallfasern enthält.
21. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium einseitig hydrophob ausgerüstet ist, wobei die hydrophob ausgerüstete Seite des Koaleszermediums im Einsatz dessen Anströmseite bildet.
22. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszermedium eine Porosität mit einem Gradienten in Durchströmungsrichtung aufweist, wobei die Porosität in Durchströmungsrichtung zunimmt.
23. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (40) der Koaleszerstufe (4) von einem konventionellen Koaleszervlies umwickelt ist.
24. Koaleszerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium gebildete Koaleszerstufe (4) ein selbsttragender, stützkörperfreier Hohlkörper (40) ist oder dass die aus dem Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium gebildete Koaleszerstufe (4) einen gitterförmigen oder durchbrochenen hohlzylindrischen Stützkörper (7) aufweist, an dessen Außen- oder Innenumfang der Hohlkörper (40) anliegt und abgestützt ist.
25. Filtereinsatz (2) eines Kraftstofffilters (1 ), insbesondere eines Dieselkraftstofffilters, mit einer Partikelfilterstufe (3), mit einer Koaleszerstufe (4) und mit einer Siebstufe (5),
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
eine Koaleszerstufe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 23.
26. Filtereinsatz nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterstufe (3) durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper (30) gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium als im Querschnitt runde, im Filterstoffkörper angeordnete Röhre ausgebildet ist und mit seinem Außenumfang an den radial innen liegenden Faltenspitzen (31 ) des Filterstoffkörpers (30) diesen abstützend lose anliegt oder fixiert, insbesondere verklebt oder thermisch gefügt, ist und dass der Filtereinsatz (2) im Übrigen stützkörperfrei ausgeführt ist.
27. Filtereinsatz nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterstufe (3) durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper (30) gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium mit einem zu dem Filterstoffkörper (30) gleichen Faltenabstand und kleinerer Faltentiefe sternförmig gefaltet ist, dass die radial innen liegenden Faltenspitzen (31 ) des Filterstoffkörpers (30) sich in nach radial außen weisende Faltentäler des die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörpers (40) erstrecken und sich am Hohlkörper (40) abstützend an diesem lose anliegen oder fixiert, insbesondere verklebt oder thermisch gefügt, sind und dass der Filtereinsatz (2) im Übrigen stützkörperfrei ausgeführt ist.
28. Filtereinsatz nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterstufe (3) durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper (30) gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium deckungsgleich mit dem Filterstoffkörper (30) sternförmig gefaltet ist, dass der die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium flächig an dem Filterstoffkörper (30) diesen stützend anliegt und dass der Filtereinsatz (2) im Übrigen stützkörperfrei ausgeführt ist.
29. Filtereinsatz nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterstufe (3) durch einen sternförmig zu einem Ring gefalteten Filterstoffkörper (30) gebildet ist, dass der die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium sternförmig mit einem gegenüber dem Filterstoffkörper (30) verkleinerten Durchmesser gefaltet ist und dass der Filterstoffkörper (30) und der die Koaleszerstufe (4) bildende Hohlkörper (40) aus dem Koaleszermedium mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind.
30. Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Koaleszermediums der Koaleszerstufe (4) nicht größer als die Dicke des Filterstoffs des Filterstoffkörpers (30) der Partikelfilterstufe (3) ist.
31. Filtereinsatz nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszerstufe (4) zugleich die Partikelfilterstufe (3) bildet.
32. Filtereinsatz nach Anspruch 25 oder nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass er einen gitterförmigen oder durchbrochenen hohlzylindrischen Stützkörper (7) aufweist, der in Radialrichtung gesehen entweder am Innenumfang des Filterstoffkörpers (30) der Partikelfilterstufe (3) oder am Innenumfang des Hohlkörpers (40) der Koaleszerstufe (4) stützend anliegt.
33. Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebstufe (5) einen in Radialrichtung gesehen innersten Teil des Filtereinsatzes (2) bildet und dass zwischen dem Innenumfang des Hohlkörpers (40) der Koaleszerstufe (4) und dem Außenumfang eines hohlzylindrischen Siebes (50) der Siebstufe (5) ein Ringraum (6) für eine Schwerkraftseparation von Wassertröpfchen freigehalten ist.
34. Kraftstofffilter (1 ), insbesondere Dieselkraftstofffilter, mit einem Filtereinsatz (2), der in Durchströmungsrichtung gesehen aufeinanderfolgend eine Partikelfilterstufe (3), eine Koaleszerstufe (4) und eine Siebstufe (5) aufweist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
einen Filtereinsatz (2) nach einem der Ansprüche 25 bis 33.
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