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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoff- oder Schmierstofffilter für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem, ein derartiges Kraftstoff- oder Schmierstofffilter aufweisenden Verbrennungsmotor.
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Kraftstoff-/Schmierstofffilter sind in modernen Kraftfahrzeugen weit verbreitet und dienen zur Reinigung der Kraft- bzw. Schmierstoffe. Dabei ist allen üblichen Kraft-/Schmierstoffen gemein, dass diese einen, wenn auch nur unwesentlichen, Anteil an Wasser enthalten, welcher einerseits den Kraft-/Schmierstoff bezüglich seiner Funktion beeinträchtigt und andererseits ein Korrosionsrisiko für den Verbrennungsmotor erhöht. Aus diesem Grund sind bereits eine Vielzahl von sogenannten Wasserabscheidern/Endabscheidern bekannt, mit welchen versucht wird, den noch im Kraft-/Schmierstoff enthaltenen Wasseranteil soweit wie möglich herauszufiltern bzw. zu separieren. Je höher dabei ein erreichbarer Wasserabscheidegrad ist, umso geringer ist das auftretende Korrosionsrisiko bzw. die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktionsweise des Verbrennungsmotors durch den Wasseranteil.
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Auch aus der
DE 32 15 161 C1 ist ein Kraftstoff- oder Schmierstofffilter mit einem auf einer Reinseite eines Filterelementes angeordneten Endabscheider bekannt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform eines gattungsgemäßen Kraftstoff- oder Schmierstofffilters anzugeben, welche sich insbesondere durch eine hohe Wasserabscheiderate auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Strömungsverlauf in einem an sich bekannten Kraftstoff- oder Schmierstofffilter derart zu beeinflussen, dass der gereinigte Kraftstoff nicht senkrecht, sondern im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche auf einen Wasserabscheider, hier einen sogenannten Endabscheider gelangt, wodurch im Vergleich zu einem vertikalen Auftreffen auf den Wasserabscheider eine deutlich erhöhte Wasserabscheiderate erzielt werden kann. Der erfindungsgemäße Kraftstoff- oder Schmierstofffilter ist dabei für die Verwendung in einem Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und besitzt ein Filtergehäuse sowie ein darin angeordnetes und in Radialrichtung von einer Rohseite zu einer Reinseite durchströmbares Ringfilterelement. Auf der Reinseite dieses Ringfilterelements ist dabei der zuvor erwähnte Endabscheider angeordnet, der eine von radial außen nach radial innen für Kraft-/Schmierstoffe durchgängige, hydrophobe und ringförmige Membran aufweist. Der Endabscheider zum Abscheiden von Wasser ist dabei koaxial innerhalb des Ringfilterelements angeordnet, ebenso wie koaxial innerhalb eines sogenannten Koaleszers, welcher zwischen dem Ringfilterelement und dem Endabscheider angeordnet ist. Zwischen dem Koaleszer und dem Endabscheider ist darüber hinaus zumindest ein Strömungsleitelement angeordnet, das den in im Wesentlichen radialer Richtung aus dem Koaleszer austretenden Kraftstoff-/Schmierstoffstrom in Umfangsrichtung des Endabscheiders umlenkt und dadurch die Wasserabscheiderate deutlich erhöht. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff- oder Schmierstofffilter handelt es sich um einen sogenanntes dreistufiges Filter, bei welchem eine Wasserabscheidung zuerst am Ringfilterelement, anschließend am Koaleszer und zuletzt an dem Endabscheider erfolgt. Selbstverständlich dient dabei der Koaleszer in erster Linie zu einer Agglomeration der im Kraft-/Schmierstoff vorhandenen Wassertröpfchen, um diese später besser am Endabscheider abscheiden zu können. Das zumindest eine erfindungsgemäß vorgesehene Strömungsleitelement verleiht dem in radialer Richtung aus dem Koaleszer austretenden Kraftstoff-/Schmierstoffstrom einen Drall, wodurch dieser nicht senkrecht auf den Endabscheider auftrifft, sondern in Umfangsrichtung um diesen zirkuliert. Dadurch können die koaleszierten Wassertröpfchen außen am Endabscheider entlang nach unten geführt und dort in einem Wassersammelraum gesammelt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-/Schmierstofffilter kann eine besonders hohe Wasserabscheiderate erzielt werden, was nicht nur einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zur Folge hat, sondern auch das mit dem Wasser verbundene Korrosionsrisiko deutlich absenkt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung lenkt das zumindest eine Strömungsleitelement den aus dem Koaleszer austretenden Kraftstoff-/Schmierstoffstrom zusätzlich in Axialrichtung des Ringfilterelements, insbesondere am Endabscheider nach unten um. Hierdurch wird nicht nur die Wasserabscheiderate erhöht, sondern zudem das abgeschiedene Wasser auch unmittelbar dem unten angeordneten Wassersammelraum zugeführt. Bei einer Umlenkung des Kraftstoff-/Schmierstoffstroms nach oben kann der Strömungsweg verlängert und damit die Abscheidestrecke verlängert werden.
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Zweckmäßig ist das zumindest ein Strömungsleitelement einstückig mit dem Koaleszer ausgebildet. Der Koaleszer kann beispielsweise ein Koaleszergewebe und eine diese stützende Stützstruktur in der Art einer Zarge aufweisen, wobei das zumindest eine Strömungsleitelement in diesem Fall einstückig mit dieser Zarge ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, das zumindest eine Strömungsleitelement zusammen mit der Zarge und damit nicht nur fertigungstechnisch einfach, sondern auch kostengünstig herstellen zu können, insbesondere sofern die Zarge und das zumindest eine Strömungsleitelement aus Kunststoff, beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet sind.
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Eine alternative zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, den Koalescer mit dem Strömungsleitelement zweiteilig zu gestalten. Um Gleichteile zu nutzen, kann hierbei der Koalescer mit der Zarge als ein Bauteil gefertigt werden. Das Strömungsleitelement kann als eigenständiges Bauteil gefertigt werden und anschließend für verschiedene Koalescer im Bedarfsfall integriert werden. Das Strömungsleitelement kann ebenso aus mehreren einzelnen Komponenten bestehen. Bei einer zweiteiligen Ausführung des Koalescers und der Strömungsleitelemente kann das Strömungsleitelement als eine sich senkrecht über den Koalescer ersteckende Rippe eingeschoben bzw. verclippst werden. Dabei sind unter anderem folgende Ausführungsbeispiele über den Innenumfang denkbar: 2 Rippen mit einem Abstand von 180°, 4 Rippen mit einem Abstand von 90° bzw. 6 Rippen mit einem Abstand von 60° zueinander. Die Aufzählung ist nicht abschließend zu sehen, sondern nur exemplarisch.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das zumindest eine Strömungsleitelement beabstandet zum Endabscheider angeordnet, das heißt, dass es diesen nicht berührt. Hierdurch entsteht ein zumindest geringfügiger freier Ringraum zwischen den Spitzen der Strömungsleitelemente und der Oberfläche des Endabscheiders, wodurch eine komplette Zirkulation um den Endabscheider herum und damit eine verbesserte Wasserabscheiderate möglich sind.
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Zweckmäßig sind mehrere Strömungsleitelemente vorgesehen, die auf unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet sind, insbesondere auf einer Schraubenlinie. Durch eine solche Schraubenlinie entsteht ein Dralleffekt sowohl nach außen als auch nach unten. Damit werden die Wassertropfen nach unten abgeleitet. Dies bewirkt eine bessere Entwässerung. Bei einer komplett durchgängigen Wendel würden auch weniger Turbulenzen entstehen. Eine durchgängige Wendel wäre auf der Innenseite zwar nicht mehr mit einem klassischen Spritzgießverfahren herstellbar, jedoch mit dem sog. Rapid Manufactoring. Aufgrund der Reduzierung der Turbulenzen kann auch eine bessere Entwässerung erreicht werden, da die Wassertropfen nicht wieder aufbrechen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Membran des Endabscheiders als hydrophobes Sieb oder als Draht-Gestrick ausgebildet. Ähnlich wie bei einem Koaleszer können dabei für den Endabscheider poröse Materialien, wie beispielsweise das zuvor erwähnte Drahtgestrick oder Füllkörper eingesetzt werden, welche von dem Kraftstoff-/Schmierstoff durchströmt werden. Ein Durchtritt durch den Endabscheider, wie sie für den Kraftstoff-/Schmierstoff möglich ist, ist für Wasser erheblich erschwert, da der Endabscheider bzw. dessen Membran hydophob, das heißt also wasserabweisend ausgebildet ist. Eine ähnliche Durchgangssperre bildet auch der Koaleszer, an welchem kleine Wassertröpfchen hängen bleiben und sich nach und nach zu größeren Einheiten verbinden (koalieren). Erreichen die koalescierten Tropfen eine bestimmte, vordefinierte Größe, so können sie aufgrund der Schwerkraft am Koaleszer nach unten ablaufen und dort gesammelt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoff- oder Schmierstofffilter,
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2 eine Teilansicht auf einen Koaleszer von innen mit erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsleitelementen,
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3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit zweifach gebogenen Strömungsleitelementen,
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4 eine Querschnittsdarstellung durch den erfindungsgemäßen Kraftstoff- oder Schmierstofffilter.
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Entsprechend den 1 und 4, weist ein erfindungsgemäßer Kraftstoff- oder Schmierstofffilter 1 für einen Verbrennungsmotor eines im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeuges, ein Filtergehäuse 2 auf und ein in diesem angeordnetes und in Radialrichtung von einer außenliegenden Rohseite 4 zu einer innenliegenden Reinseite 3 durchströmbares Ringfilterelement 5. Auf der Reinseite 3 des Ringfilterelementes 5 sind ein Koaleszer 6 sowie ein Endabscheider 7 mit einer radial von außen nach innen für Kraftstoff- /Schmierstoff durchgängigen, hydrophoben Membran 8 angeordnet. Der Endabscheider 7 ist somit koaxial innerhalb des Ringfilterelements 5 angeordnet, wobei zwischen dem Ringfilterelement 5 und dem Endabscheider 7 der zuvor erwähnte Koaleszer 6 angeordnet ist. Zwischen dem Koaleszer 6 und dem Endabscheider 7 ist zumindest ein Strömungsleitelement 9 angeordnet, das den in im Wesentlichen radialer Richtung aus dem Koaleszer 6 austretenden Kraftstoff-/Schmierstoffstrom 11 in Umfangsrichtung des Endabscheiders 7 umlenkt und dadurch entlang dessen Oberfläche bzw. entlang der Membran 8 zirkulieren lässt. Hierdurch kann eine deutlich erhöhte Wasserabscheiderate erzielt werden, die nicht nur den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht, sondern insbesondere auch das mit dem Wasser verbundene Korrosionsrisiko deutlich senkt.
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Dabei kann das zumindest eine Strömungsleitelement 9, wie beispielsweise in 2 gezeigt ist, ausschließlich in Umfangsrichtung, das heißt um eine Hochachse gebogen sein und somit den Kraftstoff-/Schmierstoffstrom 11 in Umfangsrichtung umlenken, wobei selbstverständlich alternativ auch vorstellbar ist, dass das zumindest eine Strömungsleitelement 9, wie in 3 gezeigt wird, den aus dem Koaleszer 6 austretenden Kraftstoff-/Schmierstoffstrom 11 nach unten umlenkt. Selbstverständlich ist auch eine Kombination beider solcher Strömungsleitelemente 9 an einem einzigen Koaleszer 6 denkbar.
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Um die Herstellung des zumindest einen Strömungsleitelements 9 zu vereinfachen und insbesondere kostengünstiger zu gestalten, kann dieses einstückig mit dem Koaleszer 6, insbesondere mit einer Stützstruktur 10, beispielsweise einer Zarge 10, desselben ausgebildet sein. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Stützstruktur/Zarge 10 zusammen mit dem zumindest einen Strömungsleitelement 9 aus Kunststoff, insbesondere als einstückiges und kostengünstiges Kunststoffspritzgussteil, auszubilden.
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Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass das zumindest eine Strömungsleitelement 9, im günstigsten Fall sogar sämtliche Strömungsleitelemente 9, beabstandet zum Endabscheider 7 angeordnet sind und dadurch einen zumindest geringfügigen ringförmigen Raum zwischen den Spitzen der Strömungsleitelemente 9 und der Membran 8 des Endabscheiders 7 freilassen, in welchem der Kraftstoff/Schmierstoffstrom 11 um den Endabscheider 7 zirkulieren kann. Die einzelnen Strömungsleitelemente 9 können dabei auf gleicher Höhe oder aber auch auf unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet sein, insbesondere auf einer Art Schraubenlinie, wie dies beispielsweise gemäß den 2 und 3 gezeigt ist. Rein theoretisch kann das zumindest eine Strömungsleitelement 9 auch als schräge, durchgezogene Rippe, ähnlich einem Gewinde, ausgebildet sein. Alternativ dazu können die Strömungsleitelemente 9 auch parallel zueinander auf einer zur Filterachse 12 parallelen Achse angeordnet sein, wie dies beispielsweise in 1 dargestellt ist. In diesem Fall wären die Strömungsleitelemente 12 dann senkrecht übereinander angeordnet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-/Schmierstofffilter 1 lässt sich somit eine dreistufige Wasserabscheidung erreichen, wobei das Ringfilterelement 5 mit seinem Filtermaterial die erste Stufe bildet, während der Koaleszer 6 die zweite und der Endabscheider 7 die dritte Stufe bilden. Hierdurch kann eine besonders hohe Wasserabscheiderate erzielt werden, die die zuvor genannten Vorteile hinsichtlich Wirkungsgrad und Korrosionsverhalten schafft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038160 A1 [0003]
- DE 3215161 C1 [0004]