WO2020120073A1 - Filtereinrichtung - Google Patents

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WO2020120073A1
WO2020120073A1 PCT/EP2019/081596 EP2019081596W WO2020120073A1 WO 2020120073 A1 WO2020120073 A1 WO 2020120073A1 EP 2019081596 W EP2019081596 W EP 2019081596W WO 2020120073 A1 WO2020120073 A1 WO 2020120073A1
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filter
filter device
fluid
suction point
filter element
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PCT/EP2019/081596
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Inventor
Guenter Keusen
Juergen Hanneke
Jan Semet
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a filter device according to the type of the independent claim.
  • exhaust gas aftertreatment systems are used downstream of the internal combustion engine, the aim of which is to reduce the particle and nitrogen oxide concentration in the exhaust gas.
  • the filters and catalysts used for this require that certain oxidizing / reducing agents be introduced into the exhaust system.
  • agents are typically hydrocarbons or urea-water solutions for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in an SCR catalytic converter.
  • a urea-water solution used as a reducing agent is conveyed from a tank to a metering module with the aid of a delivery module, which dispenses the necessary flow of reducing agent into the exhaust line as a spray.
  • Filter material is achieved by pleating the materials used.
  • Pleated filter materials for fuel filters are already known from DE 157 63 48.
  • the use of pleated filter materials in filter devices for aqueous urea solutions has already been described in DE 10 2012 201 434 Al and in DE 10 2013 217 333 Al.
  • Concepts with pleated filter material have the disadvantage that this involves integrating the filter material into the
  • Plastic injection molding tool used filter arrangement must be matched exactly to the number of pleated pleats and thus the filter area does not vary as desired and inexpensive for the respective application
  • the filter device according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage of filtering a fluid with only slight pressure fluctuations. Another advantage is that no pleated filter material is required and a scalable filter device can thus be provided in a simple manner.
  • a modular filter unit can be provided, in which the filter area can be varied almost arbitrarily without different ones
  • filter material can be processed, which can be extrusion-coated but not pleated.
  • Injection mold for a predefined geometry of a filter element in order to provide different overall filter areas of the filter device required in each case.
  • FIG. 1 shows a filter device
  • FIG. 2 shows a filter element with a filter disk
  • FIG. 3 shows a further filter device
  • FIG. 4 shows a detailed view of a filter element
  • FIG. 5 shows a further detailed view of a filter element
  • FIG. 6 shows a further detailed view of a filter element
  • FIG. 7 shows a further detailed view of a filter element
  • Figure 8 shows a reservoir for a fluid
  • Figure 9 shows another reservoir for a fluid.
  • FIG. 1 shows a filter device 1 that can be immersed in a storage container (not shown here) for storing a fluid for filtering the fluid when it is sucked out of the tank in the form of a modular filter unit 2. It has a plurality of filter elements 7, each with a filter disk 17, which are each rotated through 180 degrees to the next filter element and connected to it. A pair of such filter elements rotated relative to one another by 180 degrees forms a filter space module 23, which has an opening at the top and bottom. Such an opening either forms a connection channel 9 to an adjacent filter space module, or it is included closed a closure 11, or it forms a suction point 13.
  • the bottom opening is closed with the closure 11, for example in the form of a cover, and the top opening as Suction point 13 is formed by attaching an intake line 15.
  • the remaining openings are connected to one another and thus form
  • Connection channels 9 for coupling the individual filter space modules, which together via the suction line 15 with a suction force
  • the connected conveyor can be loaded. If, alternatively, only one filter space module is provided, the upper opening serves as a suction point and the lower opening is closed. Alternatively, but less preferred, both can be used in a filter device with only one
  • Filter room module as well as in a filter device with several
  • a reverse procedure can also be provided for filter space modules, that is to say attaching the closure 11 to the upper end and attaching an intake line to the lower end of the single filter space module or the filter column 25 consisting of at least two filter space modules.
  • the clean side of the filter device that is to say the interior 21 of the filter device, is separated from the raw side of the filter device by the closure 11, and the filtered fluid or the cleaned liquid can be fed via the suction line 15, for example, via a not shown
  • Any number of filter elements 7 can be connected to one another in order to increase the size of the total available filter area of the filter device or the filter column to the desired size.
  • the filter device thus has a body 19, the interior 21 of which forms a filter space 5. Fluid to be filtered can only enter or leave the interior 21 via the filter elements 7 or filter disks 17 and via the suction point 13.
  • the suction point and the filter elements are components of the body 19.
  • Figure 2 shows an isolated representation of a single filter element 7, as it is installed in the filter device according to Figure 1. In drawing a) is one
  • the filter element contains a filter disk 17 made of filter-effective material, which on its inner edge in the region of the opening 13, 9, which, depending on the installation location of the filter element in the
  • Filter device serves as a suction point 13 or as a connecting channel 9, and is mechanically stiffened on its outer edge in each case by an edge web 4.
  • Four struts 6 extend across the filter disk 17 and connect the two edge webs to one another and contribute to the mechanical stability of the filter element.
  • the struts can be mechanically firmly connected to the filter disc.
  • the filter disc can only rest on the struts or rest on the struts.
  • Edge webs and struts are preferably designed as a plastic frame.
  • the opening 13, 9 is arranged centrally.
  • FIG. 2 shows the filter element with a rotationally symmetrical, conically tapering filter disk 17.
  • the conicity serves on the one hand to create better ventilation behavior and on the other hand to create a space for the extracted liquid.
  • a cone as shown in particular in Figures 1 and 2, is the preferred solution from a manufacturing point of view, but generally it is about inclined surfaces that are flatter with larger radii and steeper with smaller radii.
  • the concept would also work with convex / concave bulging / bulging as long as the gas bubbles contained in the fluid or arising in the fluid during a pumping operation or suction operation or filtering operation only go upward.
  • the filter disk is preferably not pleated in order to ensure easy scalability of the filter device.
  • the filter elements, the cover and the suction line can be connected, for example, by welding, locking, gluing and / or screwing. The design of the filter elements or
  • Filter discs can be designed flexibly depending on the available space. In addition to a round design, as described in FIG. 2, a polygonal or free-form design can also be provided.
  • the material of the filter disks 17 can be made of sieve cloth, depth filtration material, cellulose, Wire mesh, coated filter material or other substances suitable as filter material.
  • the plastic frame of the filter element or the edges or the webs can be made of electrically conductive material, in particular of electrically conductive plastic.
  • Reinforcement can be produced by an encapsulation process, in particular by structured encapsulation with in particular electrically conductive
  • the filter disk that is to say the filter material itself, can also be made of electrically conductive material, so that an electrical heating current can flow directly through the filter material.
  • FIG. 3 An alternative filter device is shown in FIG. 3. It is assumed here that the modular filter unit is installed vertically in a tank storing the liquid to be cleaned, and thus the lower area of the filter device is more heavily loaded with dirt. In this case, a larger area is needed over the life span of one
  • larger filter space modules 230 are used at the bottom and smaller filter space modules 23 are used at the top.
  • FIG. 4 shows a detail in cross-sectional side view of a filter element 7 with an opening 13, 9, especially here a suction point 13, and one
  • Filter disc 17 shown from filter material 170. Also shown is fluid 3 inside the filter device. The outside of the filter disc 17
  • Fluid located in the tank, not shown, filter device is not shown for simplicity.
  • gas or air bubbles 30 can arise in the interior of the filter device. The gas bubbles rise in the liquid and are removed from the filter disc or
  • Filter material 170 passed directly to the suction point 13 without adhering to it. This is with a strictly monotonously upward path 32 of the gas bubbles guaranteed along the filter material, which has an angle of attack a
  • FIG. 5 shows how, in the case of a setting angle ⁇ of less than 7 °, the air bubbles are no longer conducted directly to the suction point 13, but instead adhere to the filter material. As a result, they are accumulated until they reach a critical size and then reach the suction point as larger bubbles and lead to undesired pressure drops in the delivery line leading to the destination of the fluid.
  • FIG. 6 shows a detailed view of a further filter element, in which different filter materials are used in different areas.
  • filter material with different mesh sizes and / or different coatings is provided in the two circular areas A and B, which are also superimposed and also carried by a plastic frame.
  • the air bubbles enlarge on their way up or form larger air bubbles so that their tendency to adhere to the filter material is reduced. It is thus possible to provide a filter disk made of a coarser fabric, that is to say a fabric with a larger mesh size or larger pores, in area B, that is to say at the top, in comparison to area A at the bottom.
  • a suitably coated fabric can be used for the low and / or high filter disc of the filter element.
  • Fiber composites made of paper and / or plastic or fabrics made of metal, glass fibers and / or plastic, for example polyamide, can be used as filter materials.
  • the fabric By coating the fabric with polytetrafluoroethylene, for example, the wettability of the filter material is to be reduced to such an extent that the rising air bubbles do not stick to it and are quick
  • FIG. 7 shows a detailed view of a further filter element, in which different angles of attack y and d are provided in different areas.
  • the low-lying area C has an angle of attack y
  • the high-lying filter disk in area D has an angle of attack d, where y is greater than d.
  • the two filter disks in C and D consist of the same Filter fabric.
  • the angle of attack is selected depending on the mesh size of the filter material and / or any internal support structure that may be present so that the desired bubble rise effect is reliably achieved.
  • this can mean that a support fabric with a mesh size of 30 pm has an angle of attack greater than 7 degrees, a similar one
  • Support fabric with a mesh size of 50 pm but requires an angle of attack greater than 50 degrees.
  • FIG. 8 shows a plan view of a storage container 154 for a fluid or a liquid, which can be pumped out of the storage container by means of a conveyor device 152.
  • the conveying device is connected to a plurality of filter columns 25 or filter space modules 23 which are laterally offset from one another via a common suction line 150, so that the fluid flows through the
  • Filter columns or filter space modules can be sucked in and filtered before being forwarded to areas outside the storage container.
  • Such an arrangement can be used in particular with large-area storage containers of low height in order to provide the largest possible filter area.
  • FIG. 9 shows a similar arrangement to that of FIG. 8 in a cross-sectional side view, in which individual filter space modules 23 are laterally offset from one another and are connected to the conveyor device 152 via the common suction line 150.
  • the conveyor has here as well
  • the suction line or the common suction line 150 can also be connected to a conveying module or a conveying device which is arranged above the storage container or mounted on the tank top thereof.
  • aqueous urea solution as a fluid and the use of the invention in the context of a selective catalytic reduction of nitrogen oxides in exhaust gases from internal combustion engines is mentioned by way of example.
  • Alternative applications are the injection of water and / or fuel into the combustion chamber and / or into the exhaust tract.
  • the invention can also in
  • Filter cartridges can be used detached from a tank arrangement.
  • the filter concept described can be used wherever liquids or gases are to be filtered. It is particularly advantageous in the case of liquid fluids that the filter elements or the filter disks are shaped or arranged in such a way that gas bubbles 30 appearing in the conveying operation of the conveying device can rise along the filter elements 7 in a strictly monotonically upward path 32 in the filter space 5, in particular, climb up to the suction point and can be suctioned off there.

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Abstract

Filtereinrichtung (1) zur Filterung eines Fluids (3), insbesondere zum Abscheiden von festen Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit oder aus einem Gas, mit mindestens einem Filterraum (5), wobei der mindestens eine Filterraum (5) zumindest teilweise von einem für das Fluid (3) durchlässigem Filterelement (7) umgeben ist, und mit mindestens einer Ansaugstelle (13) zum Anschluß einer Fördereinrichtung (152), insbesondere einer elektrisch betreibbaren Förderpumpe für das Fluid (3), insbesondere über eine einenends mit der Ansaugstelle (13) und andernends mit der Fördereinrichtung verbindbare Ansaugleitung (15), wobei das Filterelement (7) mindestens eine Filterscheibe (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe (17) derart geformt und angeordnet ist, daß im Förderbetrieb der Fördereinrichtung aufscheinende Gasblasen (30) im Filterraum (5) entlang des Filterelements (7) auf einem streng monoton nach oben gerichteten Weg (32) bis zur Ansaugstelle aufsteigen und an der Ansaugstelle zusammen mit dem Fluid abgesaugt werden können.

Description

Beschreibung
Titel
Filtereinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Filtereinrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aufgrund gesetzlicher Vorgaben muss das Abgas von Kraftfahrzeugen bestimmte Grenzwerte einhalten. Zur Erfüllung dieser Grenzwerte kommen stromabwärts des Verbrennungsmotors Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, deren Ziel es ist, die Partikel- und Stickoxidkonzentration im Abgas zu senken. Die hierfür verwendeten Filter und Katalysatoren erfordern, dass bestimmte Oxidations-/Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht werden. Solche Mittel sind typischerweise Kohlenwasserstoffe oder Harnstoff-Wasser- Lösungen zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem SCR- Katalysator. Eine als Reduktionsmittel verwendete Harnstoff- Wasser- Lösung wird hierzu mit Hilfe eines Fördermoduls aus einem Tank zu einem Dosiermodul gefördert, welches den notwendigen Mengenstrom an Reduktionsmittel als Spray in den Abgasstrang abgibt.
Es ist hierbei beispielsweise schon aus der DE 10 2011 087 532 Al bekannt, einen Tank für ein solches Reduktionsmittel mit einer Filtereinrichtung zu versehen.
Filtereinrichtungen skalierbar auszugestalten ist aus der US 2009/0184064 Al bekannt.
Bei heutigen SCR-Systemen werden Filter verbaut, bei denen Papier,
Siebgewebe und/oder Vielschichtmaterialien als Filtermaterial zum Einsatz kommt. Eine Erhöhung der Schmutzaufnahmekapazität bei gegebenem
Filtermaterial wird durch die Plissierung der eingesetzten Materialien erreicht. Plissierte Filtermaterialien sind bei Kraftstofffiltern bereits aus der DE 157 63 48 bekannt. Die Verwendung plissierter Filtermaterialen bei Filtereinrichtungen für wässrige Harnstofflösungen sind bereits in DE 10 2012 201 434 Al und in DE 10 2013 217 333 Al beschrieben. Konzepte mit plissiertem Filtermaterial haben den Nachteil, dass das hierbei zur Einbindung des Filtermaterials in die
Filteranordnung verwendete Kunststoffspritzgusswerkzeug genau auf die Anzahl der plissierten Falten abgestimmt sein muss und somit die Filterfläche nicht beliebig variiert und auf den jeweiligen Anwendungsfall kostengünstig
zugeschnitten werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer Filterung eines Fluids mit nur geringen Druckschwankungen. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß kein plissiertes Filtermaterial benötigt wird und somit in einfacher Weise eine skalierbare Filtereinrichtung bereitgestellt werden kann. Eine modulare Filtereinheit kann bereitgestellt werden, bei der die Filterfläche nahezu beliebig variiert werden kann, ohne hierfür verschiedene
Ausführungsvarianten z.B. in Spritzgussformen einsetzen und diese jeweils unter sich verändernden Bedingungen bezüglich Beladungsverhalten, Haltbarkeit usw. testen zu müssen. Dies ergibt eine kurze Anpassungszeit und somit eine
Kostenersparnis. Des Weiteren ist vorteilhaft, daß Filtermaterial verarbeitet werden kann, welches sich zwar umspritzen, nicht jedoch plissieren lässt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen
Anspruch angegebenen Filtereinrichtung möglich.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß die Filtereinreichtung einzelne
Filterelemente mit jeweils mindestens einer Filterscheibe aufweist, wobei die Filterelemente modular miteinander, insbesondere direkt miteinander verbindbar, aufgebaut sind, so daß die Filtereinrichtung nahezu beliebig an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden kann. Es genügt also eine einzige
Spritzgussform für eine vordefinierte Geometrie eines Filterelements, um verschieden große Gesamtfilterflächen der jeweils benötigten Filtereinrichtung bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Filtereinrichtung,
Figur 2 ein Filterelement mit einer Filterscheibe,
Figur 3 eine weitere Filtereinrichtung,
Figur 4 eine Detailansicht eines Filterelements,
Figur 5 eine weitere Detailansicht eines Filterelements,
Figur 6 eine weitere Detailansicht eines Filterelements,
Figur 7 eine weitere Detailansicht eines Filterelements,
Figur 8 einen Vorratsbehälter für ein Fluid und
Figur 9 einen weiteren Vorratsbehälter für ein Fluid.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist eine in einen hier nicht näher dargestellten Vorratsbehälter zur Aufbewahrung eines Fluids eintauchbare Filtereinrichtung 1 zur Filterung des Fluids beim Absaugen aus dem Tank in Form einer modularen Filtereinheit 2 dargestellt. Sie weist mehrere Filterelemente 7 mit jeweils einer Filterscheibe 17 auf, die jeweils um 180 Grad zum nächsten Filterelement gedreht und mit diesem verbunden sind. Jeweils ein Paar solcher relativ zueinander um 180 Grad gedrehter Filterelemente bildet ein Filterraummodul 23, welches oben und unten jeweils eine Öffnung aufweist. Eine solche Öffnung bildet entweder einen Verbindungskanal 9 zu einem benachbarten Filterraummodul, oder sie ist mit einem Verschluss 11 verschlossen, oder sie bildet eine Ansaugstelle 13. Im Falle des Vorsehens mehrerer miteinander direkt verbundener Filterraummoduln 23, wie in Figur 1 dargestellt, wird hierbei die unterste Öffnung mit dem Verschluß 11 zum Beispiel in Form eines Deckels verschlossen und die oberste Öffnung als Ansaugstelle 13 durch Anbringen einer Ansaugleitung 15 ausgebildet. Die übrigen Öffnungen werden miteinander verbunden und bilden so
Verbindungskanäle 9 zur Kopplung der einzelnen Filterraummoduln, die gemeinsam über die Ansaugleitung 15 mit einer Saugkraft einer
angeschlossenen Fördereinrichtung beaufschlagt werden können. Wenn alternativ nur ein Filterraummodul vorgesehen ist, dann dient die obere Öffnung als Ansaugstelle und die untere Öffnung wird verschlossen. Alternativ, aber weniger bevorzugt, kann sowohl bei einer Filtereinrichtung mit nur einem
Filterraummodul als auch bei einer Filtereinrichtung mit mehreren
Filteraummoduln auch eine umgekehrte Vorgehensweise vorgesehen sein, also ein Anbringen des Verschlusses 11 am oberen Ende und ein Anbringen einer Ansaugleitung am unteren Ende des einzigen Filterraummoduls bzw. der Filtersäule 25 bestehend aus mindestens zwei Filterraummoduln.
Durch den Verschluss 11 wird die Reinseite der Filtereinrichtung, also der Innenraum 21 der Filtereinrichtung, von der Rohseite der Filtereinrichtung getrennt, und über die Ansaugleitung 15 kann das gefilterte Fluid bzw. die gereinigte Flüssigkeit beispielsweise über eine nicht näher dargestellte
Fördereinrichtung bzw. Pumpe abgesaugt werden.
Es können beliebig viele Filterelemente 7 miteinander verbunden werden, um die Größe der insgesamt zur Verfügung stehenden Filterfläche der Filtereinrichtung bzw. der Filtersäule auf das gewünschte Maß zu vergrößern.
Die Filtereinrichtung weist also einen Körper 19 auf, dessen Innenraum 21 einen Filterraum 5 bildet. Zu filterndes Fluid kann nur über die Filterelemente 7 bzw. Filterscheiben 17 und über die Ansaugstelle 13 in den Innenraum 21 eindringen bzw. den Innenraum verlassen. Die Ansaugstelle und die Filterelemente sind hierbei Bestandteile des Körpers 19. Figur 2 zeigt in isolierter Darstellung ein einzelnes Filterelement 7, wie es in der Filtereinrichtung gemäß Figur 1 verbaut ist. Im Teilbild a) ist eine
Querschnittsseitenansicht gezeigt, im Teilbild b) eine Draufsicht. Das
Filterelement enthält als wesentliches, filterwirksames Bauteil eine Filterscheibe 17 aus filterwirksamem Material, welche an ihrem Innenrand im Bereich der Öffnung 13, 9, welche je nach Verbauort des Filterelements in der
Filtereinrichtung als Ansaugstelle 13 oder als Verbindungskanal 9 dient, und an ihrem Außenrand jeweils durch einen Berandungssteg 4 mechanisch versteift ist. Quer über die Filterscheibe 17 erstrecken sich vier Streben 6, welche die beiden Berandungsstege miteinander verbinden und zur mechanischen Stabilität des Filterelements beitragen. Die Streben können dabei mit der Filterscheibe mechanisch fest verbunden sein. Wahlweise kann die Filterscheibe auch nur auf den Streben aufliegen oder an den Streben anliegen. Berandungsstege und Streben sind vorzugsweise als Kunststoffrahmen ausgebildet. Die Öffnung 13, 9 ist zentrisch angeordnet.
In Figur 2 ist das Filterelement mit einer rotationssymmetrischen, konisch zulaufenden Filterscheibe 17 dargestellt,. Die Konizität dient einerseits dazu, ein besseres Entlüftungsverhalten und andererseits einen Raum für die abgesaugte Flüssigkeit zu schaffen. Ein Konus, wie insbesondere in Figur 1 und 2 dargestellt, ist fertigungstechnisch die bevorzugte Lösung, aber allgemein geht es um geneigte Flächen, die bei größeren Radien flacher, bei kleineren Radien steiler ausgerichet sind. Das Konzept würde auch mit konvexer/konkaver Aus- /Einbeulung funktionieren, solange es für im Rahmen eines Pumpvorgangs bzw. Saugvorgangs bzw. Filtervorgangs für im Fluid enthaltende bzw. im Fluid hierbei entstehende Gasblasen nur aufwärts geht. Die Filterscheibe ist vorzugsweise nicht plissiert ausgestaltet, um eine einfache Skalierbarkeit der Filtereinrichtung zu gewährleisten. Die Verbindung der Filterelemente, des Deckels und der Ansaugleitung kann zum Beispiel durch Verschweißen, Verrasten, Kleben und/oder Verschrauben erfolgen. Die Bauform der Filterelemente bzw.
Filterscheiben kann je nach vorhandenem Bauraum flexibel gestaltet werden. Neben einer runden Ausgestaltung, wie in Figur 2 beschrieben, kann also auch eine vieleckige oder Freiformausgestaltung vorgesehen sein. Das Material der Filterscheiben 17 kann aus Siebgewebe, Tiefenfiltrationsmaterial, Cellulose, Drahtgewebe, beschichtetem Filtermaterial oder anderen als Filtermaterial geeigneten Stoffen bestehen.
Um im Rahmen des Einsatzes bei gefriergefährdeten Flüssigkeiten ein sehr gutes Auftauverhalten zu gewährleisten, können der Kunststoffrahmen des Filterelements bzw. die Berandungen bzw. die Stege aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus elektrisch leitendem Kunststoff gefertigt sein. Dabei kann die durch die Berandungen bzw. die Stege erzielte mechanische
Verstärkung durch ein Umspritzungsverfahren hergestellt werden, insbesondere durch strukturiertes Umspritzen mit insbesondere elektrisch leitfähigem
Kunststoff. In Ergänzung oder alternativ hierzu kann auch die Filterscheibe, das heißt das Filtermaterial selbst, aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt sein, so daß ein elektrischer Heizstrom direkt durch das Filtermaterial fließen kann.
Eine alternative Filtereinrichtung ist in Figur 3 gezeigt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die modulare Filtereinheit vertikal in einen die zu reinigende Flüssigkeit bevorratenden Tank eingebaut ist und damit der untere Bereich der Filtereinrichtung, stärker mit Schmutz beladen wird. In diesem Fall wird unten eine größere Fläche über die Lebensdauer benötigt wird, um einen
gleichmäßigen Druckverlust über die gesamte Filtereinheit sicherzustellen. Um diese größere Filterfläche im unteren Bereich zu bilden, werden unten größere Filterraummoduln 230 und oben kleinere Filterraummoduln 23 verwendet.
In Figur 4 ist ausschnittsweise in Querschnittsseitenansicht ein Filterelement 7 mit einer Öffnung 13, 9, speziell hier einer Ansaugstelle 13, und einer
Filterscheibe 17 aus Filtermaterial 170 dargestellt. Dargestellt ist ferner im Innenraum der Filtereinrichtung befindliches Fluid 3. Das außerhalb der
Filtereinrichtung im nicht dargestellten Tank befindliche Fluid ist der Einfachheit halber nicht abgebildet. Während des Betriebs der Filtereinrichtung, das heißt bei angeschlossener und in Betrieb befindlicher Fördereinrichtung, können Gas- bzw. Luftblasen 30 im Innenraum der Filtereinrichtung entstehen. Die Gasblasen steigen in der Flüssigkeit auf und werden von der Filterscheibe bzw. dem
Filtermaterial 170, ohne anzuhaften, direkt zur Ansaugstelle 13 weitergeleitet. Dies ist bei einem streng monoton nach oben gerichteten Weg 32 der Gasblasen entlang des Filtermaterials gewährleistet, der einen Anstellwinkel a zur
Horizontalen von größer oder gleich 7 Grad aufweist.
In Figur 5 ist gezeigt, wie im Falle eines Anstellwinkels ß von kleiner als 7° die Luftblasen nicht mehr direkt zur Ansaugstelle 13 geleitet werden, sondern am Filtermaterial anhaften. Dadurch werden sie angesammelt, bis sie eine kritische Größe erreichen und dann als größere Blasen zur Ansaugstelle gelangen und zu ungewollten Druckeinbrüchen in der zum Bestimmungsort des Fluids führenden Förderleitung führen.
In Figur 6 ist eine Detailansicht eines weiteren Filterelements gezeigt, bei dem in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Filtermaterialien verwendet werden.
Im dargestellten Beispiel ist in den zwei übereinanderliegenden, ebenfalls von einem Kunststoffrahmen getragenen, kreisringförmigen Bereichen A und B Filtermaterial mit unterschiedlicher Maschenweite und/oder unterschiedlicher Beschichtung vorgesehen. Die Luftblasen vergrößern sich auf ihrem Weg nach oben bzw. schließen sich zu größeren Luftblasen zusammen, so daß sich ihre Neigung, am Filtermaterial anzuhaften, verringert. Somit ist es möglich, im Bereich B, also oben, im Vergleich zu unten, dem Bereich A, eine Filterscheibe aus einem gröberen Gewebe, also einem Gewebe mit größerer Maschenweite bzw. größeren Poren, vorzusehen. Alternativ oder in Kombination kann ein geeignet beschichtetes Gewebe bei der tief- und/oder bei der hochgelegenen Filterscheibe des Filterelements eingesetzt werden. Als Filtermaterialien können Faserverbünde aus Papier und/oder Kunststoff oder Gewebe aus Metall, Glasfasern und/oder Kunststoff, zum Beispiel Polyamid, zum Einsatz kommen. Durch eine Beschichtung des Gewebes zum Beispiel mit Polytetrafluorethylen soll die Benetzbarkeit des Filtermaterials soweit herab gesetzt werden, dass die aufsteigenden Luftblasen nicht daran haften bleiben und ein zügiges
„Hochperlen“ sichergestellt wird.
In Figur 7 ist eine Detailansicht eines weiteren Filterelements gezeigt, bei dem in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Anstellwinkel y und d vorgesehen sind. Hierbei weist der niedriggelegene Bereich C einen Anstellwinkel y und die hochgelegene Filterscheibe im Bereich D einen Anstellwinkel d auf, wobei y größer als d ist. Die beiden Filterscheiben in C und D bestehen aus dem gleichen Filtergewebe. Alternativ ist es möglich, zusätzlich zur Anstellwinkelvariation die Maschenweite analog zur Ausführung gemäß Figur 6 zu variieren.
Der Anstellwinkel wird in Abhängigkeit von der Maschenweite des Filtermaterials oder/und einer eventuell vorhandenen, innenliegenden Stützstruktur so gewählt, dass der gewünschte Blasenaufstiegseffekt sicher erzielt wird. Beispiel: Bei ein und demselben Filtermaterial kann dies bedeuten, dass ein Stützgewebe mit 30 pm Maschenweite einen Anstellwinkel größer als 7 Grad, ein ähnliches
Stützgewebe mit 50 pm Maschenweite aber einen Anstellwinkel größer als 50 Grad erfordert.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf einen Vorratsbehälter 154 für ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit, welche mittels einer Fördereinrichtung 152 aus dem Vorratsbehälter herausgepumpt werden kann. Hierzu ist die Fördereinrichtung mit mehreren, lateral zueinander versetzten Filtersäulen 25 bzw. Filterraummoduln 23 über eine gemeinsame Ansaugleitung 150 verbunden, so daß das Fluid über die
Filtersäulen bzw. Filterraummoduln angesaugt und vor der Weiterleitung in Bereiche außerhalb des Vorratsbehälters gefiltert werden kann. Eine solche Anordnung kann insbesondere bei großflächigen Vorratsbehältern mit geringer Höhe zum Einsatz kommen, um eine möglichst große Filterfläche bereitzustellen.
Figur 9 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Figur 8 in Querschnittsseitenansicht, bei der einzelne Filterraummoduln 23 lateral versetzt zueinander angeordnet und über die gemeinsame Ansaugleitung 150 mit der Fördereinrichtung 152 verbunden sind. Die Fördereinrichtung weist hierbei wie auch die
Fördereinrichtung in Figur 8 einen nicht näher dargestellten Pumpenausgang auf, der auf der äußeren Unterseite des Vorratsbehälters mit einer Druckleitung zur Weiterleitung des herausgeförderten Fluids verbunden werden kann.
Alternativ zu den Anordnungen gemäß Figur 8 oder 9 kann die Ansaugleitung bzw. die gemeinsame Ansaugleitung 150 auch mit einem Fördermodul bzw. einer Fördereinrichtung verbunden sein, welche oberhalb des Vorratsbehälters angeordnet bzw. auf dessen Tankdecke montiert ist. Die Verwendung von wässriger Harnstofflösung als Fluid und der Einsatz der Erfindung im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Brennkraftmaschinen ist beispielhaft genannt. Alternative Anwendungen sind die Einspritzung von Wasser und/oder Kraftstoff in die Brennkammer und/oder in den Abgastrakt. Die Erfindung kann auch in
Filterkartuschen losgelöst von einer Tankanordnung zum Einsatz kommen. Allgemein lässt sich das beschriebene Filterkonzept überall dort einsetzen, wo Flüssigkeiten oder Gase gefiltert werden sollen. Dabei ist insbesondere bei flüssigen Fluiden von Vorteil, daß die Filterelemente bzw. die Filterscheiben derart geformt bzw.angeordnet sind, daß im Förderbetrieb der Fördereinrichtung aufscheinende Gasblasen 30 im Filterraum 5 entlang der Filterelemente 7 auf einem streng monoton nach oben gerichteten Weg 32 aufsteigen können, insbesondere bis zur Ansaugstelle aufsteigen und dort abgesaugt werden können.

Claims

Ansprüche
1. Filtereinrichtung (1) zur Filterung eines Fluids (3), insbesondere zum Abscheiden von festen Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit oder aus einem Gas, mit mindestens einem Filterraum (5), wobei der mindestens eine Filterraum (5) zumindest teilweise von mindestens einem für das Fluid (3) durchlässigem Filterelement (7) umgeben ist, und mit mindestens einer Ansaugstelle (13) zum Anschluß einer Fördereinrichtung(152), insbesondere einer elektrisch betreibbaren Förderpumpe für das Fluid (3), insbesondere über eine einenends mit der Ansaugstelle (13) und andernends mit der Fördereinrichtung verbindbare Ansaugleitung (15), wobei das Filterelement (7) mindestens eine Filterscheibe (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe (17) derart geformt und angeordnet ist, daß im Förderbetrieb der Fördereinrichtung aufscheinende Gasblasen (30) im Filterraum (5) entlang des Filterelements (7) auf einem streng monoton nach oben gerichteten Weg (32) bis zur Ansaugstelle aufsteigen und an der Ansaugstelle zusammen mit dem Fluid abgesaugt werden können.
2. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filterelement modular mit mindestens einem weiteren Filterelement verbindbar aufgebaut ist.
3. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filterelement modular mit mindestens zwei weiteren Filterelementen verbindbar aufgebaut ist.
4. Filtereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, daß die Filterelemente direkt
miteinander verbindbar aufgebaut sind.
5. Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Filterraum (5) durch den Innenraum eines Körpers (19) gebildet ist, wobei das Fluid (3) nur über das Filterelement (7) und über die Ansaugstelle (13) in den Innenraum (21) eindringen bzw. den Innenraum (21) verlassen kann und das Filterelement (7) und die Ansaugstelle (13) Bestandteile des Körpers (19) sind.
6. Filtereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (19) derart geformt und angeordnet ist, daß die Gasblasen (30) entlang sämtlicher dem Innenraum (21) zugewandter Flächen des Körpers auf einem streng monoton nach oben gerichteten Weg (32) aufsteigen können.
7. Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansaugstelle (13) geodätisch oben angeordnet ist, insbesondere, daß die Ansaugstelle an der geodätisch höchstgelegenen Stelle des Filterraums (5) angeordnet ist.
8. Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Filterraum (5) allseitig von einem oder mehreren Filterelementen (7) umgeben ist.
9. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (19) mindestens ein Filterraummodul (23) aufweist.
10. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filterraummodul (23) mindestens zwei im Wesentlichen baugleiche
Filterelemente (7) aufweist, welche spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
11. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden baugleichen Filterelemente (7) oben angeordnet und die andere der beiden baugleichen Filterelemente (7) unten angeordnet ist, wobei die
Filterelemente jeweils eine Öffnung (13, 9) aufweisen, wobei die Öffnung des oberen Filterelements als Ansaugstelle (13) dient und die Öffnung (9) des unteren Filterelements insbesondere mit einem Deckel (11) verschlossen oder wahlweise mit einem weiteren Filterraummodul (23) verbindbar ist.
12. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterraum (5) mindestens zwei Filterraummoduln (23) aufweist, welche lateral zueinander versetzt anordenbar und über eine gemeinsame
Ansaugleitung (150) mit der Fördereinrichtung (152) verbindbar sind.
13. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterraum (5) mindestens zwei Filterraummoduln (23) aufweist, wobei die Filterraummoduln eine Filtersäule (25) bilden und das obere Filterraummodul die Ansaugstelle (13) aufweist.
14. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filterraummoduln (23, 230) unterschiedlich große Fluidvolumina beherbergen können.
15. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
beherbergbaren Fluidvolumina von unten nach oben abnehmen.
16. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Filtersäulen (25) vorgesehen sind, welche lateral zueinander versetzt anordenbar und über eine gemeinsame Ansaugleitung (150) mit der Fördereinrichtung (152) verbindbar sind.
17. Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Filterelement bzw. die mindestens eine Filterscheibe konisch oder konvex oder konkav geformt ist.
18. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer konischen Ausformung des Filterelements (7) ein Anstellwinkel (a) der konischen Ausformung zur Horizontalen mindestens 7 Grad beträgt.
19. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filterelement (7) gestuft konisch mit mindestens zwei unterschiedlichen
Anstellwinkeln (g, d) ausgeformt ist.
20. Filtereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß beide
Anstellwinkel (g, d) jeweils mindestens 7 Grad betragen.
21. Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß die für das Fluid (3) durchlässigen Bereiche des mindestens einen Filterelements (7) eine höhenabhängige Variation des Materials aufweisen, aus dem diese Bereiche bestehen.
22. Filtereinrichtung (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
Variation aus einer Variation einer Maschenweite (A, B) und/oder einer chemischen Zusammensetzung einer Beschichtung des Materials (C, D) und/oder einer Variation der chemischen Zusammensetzung des Materials (C, D) selbst besteht.
23. Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Filterelement (7) beheizbar ausgebildet ist.
24. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Filterelement (7) neben der mindestens einen Filterscheibe (17) Berandungsstege (4) aufweist, wobei die Berandungsstege die Filterscheibe an ihren Rändern umgibt, wobei wahlweise die Berandungsstege (4) über mindestens eine Strebe (6) relativ zueinander in ihrer Position stabilisiert sind.
25. Verfahren zur Herstellung einer Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe (17) derart geformt und angeordnet wird, daß im Förderbetrieb der Fördereinrichtung aufscheinende Gasblasen (30) im Filterraum (5) entlang des Filterelements (7) auf einem streng monoton nach oben gerichteten Weg (32) bis zur Ansaugstelle aufsteigen und an der Ansaugstelle zusammen mit dem Fluid abgesaugt werden können.
26. Behälter (154) zur Aufbewahrung eines Fluids(3) mit einer Filtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mit einer Fördereinrichtung (152) zum Herauspumpen des Fluids (3) aus dem Behälter über die
Filtereinrichtung verbunden ist.
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