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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstofffiltereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In modernen Kraftstoffversorgungssystemen werden in den zugehörigen Kraftstofffiltereinrichtungen üblicherweise Wasserabscheider eingesetzt, um einen im Kraftstoff enthaltenen Wasseranteil soweit wie möglich abzusenken. Wird das im Kraftstoff enthaltene Wasser nicht separiert und abgeschieden, so kann es in den nachfolgenden Aggregaten zu unerwünschter Korrosion, Abrasion, Werkstoffversprödung sowie zu Kavitation führen. Ebenso führt ein erhöhter Wasseranteil im Kraftstoffversorgungssystem zu einer Wachstumsförderung von Mikroorganismen, welche eine Verschleimung der Kraftstofffiltereinrichtung bewirken sowie eine erhöhte Korrosion am Filtergehäuse hervorrufen kann. Zur Unterstützung der Wasserabscheidung werden dabei üblicherweise sogenannte Koaleszer eingesetzt, die kleinste Wasseranteile zu größeren Wassertröpfchen koaleszieren, so dass diese aufgrund der Schwerkraft aus der Kraftstoff-Wasser-Emulsion abgeschieden werden können. Sofern für die Wasserabscheidung notwendig, kann zudem ein sogenannter Endabscheider bestehend aus einem hydrohoben Gewebe die in der Kraftstoff-Wasser-Emulsion enthaltenen Wassertropfen herausfiltern. Gesammelt wird das derart abgeschiedene Wasser dann in separaten Wassersammelräumen, aus denen es periodisch oder spätestens beim Auswechseln eines Filterelements abgelassen wird.
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Aus der
DE 10 2015 203 687 A1 ist eine gattungsgemäße Kraftstofffiltereinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Ringfilterelement, das eine Rohseite von einer Reinseite trennt, und mit einem elektrischen Koaleszer, der auf der Reinseite innerhalb des Ringfilterelements angeordnet ist und zwei koaxial zur Filterachse angeordnete und vom Kraftstoff umflossene Elektroden aufweist.
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Aus der
DE 10 2013 218 889 A1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Koaleszer bekannt, der an oder in einer Komponente des Kraftstoffversorgungssystems angeordnet ist.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstofffiltereinrichtungen ist jedoch, dass deren Koaleszer elektrische Störfelder verursachen können oder von solchen beeinflusst sind und einen nicht zu unterschätzenden Platzbedarf benötigen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Kraftstofffiltereinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen elektrischen Koaleszer zum Koaleszieren von in Kraftstoff enthaltenem Wasser in einer Kraftstofffiltereinrichtung komplett neu aufzubauen und auszubilden, wodurch sowohl die Gefahr von elektrischen Störfeldern minimiert als auch neue Bauräume erschlossen werden können, die bislang zur Anordnung eines derartigen Koaleszer nicht zur Verfügung standen. Die erfindungsgemäße Kraftstofffiltereinrichtung für eine Brennkraftmaschine weist dabei ein Ringfilterelement auf, das eine Rohseite von einer Reinseite trennt. Ebenfalls vorgesehen ist ein elektrischer Koaleszer zum Koaleszieren von im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen. Erfindungsgemäß weist nun dieser elektrische Koaleszer ringförmig aneinander gereihte Elektrodeneinheiten auf, mit jeweils einer hochspannungsführenden Zentrumselektrode und einer diese, insbesondere mantelförmig, umgebenden Masseelektrode. Durch die ringförmig aneinander gereihten Elektrodeneinheiten des erfindungsgemäßen elektrischen Koaleszers ist es erstmals möglich, diesen in bislang für einen derartigen Koaleszer nicht nutzbaren Ringräumen in der Kraftstofffiltereinrichtung anzuordnen und diese dadurch für einen solchen Koaleszer zu erschließen, ohne die bislang hierbei zu befürchtenden elektrischen/magnetischen Störfelder in Kauf nehmen zu müssen. Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung liegt darin, dass aufgrund der vergleichsweise kleinen Abstände zwischen der jeweiligen Zentrumselektrode und der diese umgebenden Massenelektrode eine vergleichsweise hohe Koaleszenzwirkung erreicht werden kann. Je näher sich die Masseelektrode am gedachten Achsenzentrum, das heißt an der Zentrumselektrode, befindet, desto höher ist die mittlere Feldstärke im jeweils betrachteten Ringspalt - bei gleichbleibender Spannungsamplitude. Durch die außenliegende Masseelektrode kommt es darüber hinaus weder zu einer Beeinträchtigung von den elektrischen Koaleszer umgebenden elektronischen Komponenten durch eventuell auftretende elektrische oder magnetische Störfelder der elektrischen Koaleszer, noch kann der Betrieb des elektrischen Koaleszers durch eventuell umliegende elektrische oder magnetische Störfelder negativ beeinträchtigt werden. Insgesamt können so mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Koaleszer und der erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung eine deutlich verbesserte Funktion sowie eine deutlich verbesserte Koaleszenzwirkung erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Elektrodeneinheiten des elektrischen Koaleszers zylinderförmig ausgebildet und weisen eine rohrförmige Außenelektrode bzw. Masseelektrode auf. Eine derartige Ausführungsform der Elektrodeneinheiten stellt dabei eine vergleichsweise kostengünstige Möglichkeit der Fertigung des elektrischen Koaleszers dar, da die rohrförmige Masseelektrode beispielsweise als Metallrohr oder als Gitterzarge bzw. Lochblechzarge ausgeführt und insbesondere als Endlosware hergestellt und auf Bedarf abgelängt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung weisen die Elektrodeneinheiten jeweils eine kreissegmentförmige Außenelektrode bzw. Masseelektrode auf. Durch die kreissegmentförmige Masseelektrode können insbesondere die bei rohrförmigen Masseelektroden auftretenden Zwickel, die für die Koaleszenzwirkung nicht zur Verfügung standen, nunmehr mit einbezogen und dadurch optimal genutzt werden. Durch die kreissegmentförmig ausgebildeten Masseelektroden entsteht somit ein ringförmig vollständig geschlossener elektrischer Koaleszer.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weisen die Elektrodeneinheiten jeweils eine sechseckförmige, das heißt beispielsweise wabenförmige, Außenelektrode bzw. Masseelektrode auf. Durch eine derartige Ausführungsform der Masseelektrode ist ebenfalls eine besonders enge Anordnung der einzelnen Elektrodeneinheiten in ringförmiger Art und Weise aneinander möglich, wobei durch die wabenförmig ausgestaltete Masseelektrode zudem keine Zwickel zwischen einzelnen, benachbarten Elektrodeneinheiten freibleiben, die im Folgenden für eine Koaleszenzwirkung ungenutzt wären. In den sechs Ecken der wabenförmigen Außenelektrode bzw. Masseelektrode kommt es zur Ausbildung von feldlinienfreien Bereichen. Dadurch wird die Inhomogenität des elektrischen Feldes im Ringspalt erhöht, was sich positiv auf das Koaleszenzergebnis auswirkt.
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Zweckmäßig ist die Zentrumselektrode als 2-Komponenten-Spritzguss-Elektrode mit einem leitfähigen Kunststoff ausgebildet, der von einem nicht leitfähigen Kunststoff ummantelt ist. Durch die Herstellung der Zentrumselektrode als 2-Komponenten-Spritzguss-Elektrode lässt sich diese fertigungstechnisch einfach, qualitativ hochwertig und zugleich kostengünstig herstellen. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Zentrumselektrode als Carbonelektrode ausgebildet ist und demzufolge einen Stift aus Kohlenstoff bzw. Kohlefasern aufweist. Wiederum alternativ ist auch denkbar, dass die Zentrumselektrode der jeweiligen Elektrodeneinheit als Metall-Kunststoff-Spritzguss-Elektrode mit einem leitfähigen Metallstift ausgebildet ist, der von einem nichtleitfähigen Kunststoff ummantelt ist. Auch eine derartige Zentrumselektrode kann vergleichsweise einfach in einem Kunststoffspritzgussvorgang hergestellt werden, wobei zunächst in das Kunststoffspritzgusswerkzeug ein leitfähiger Metallstift eingelegt und anschließend mit Kunststoff umspritzt wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der elektrische Koaleszer als Aussteifungselement zur Aussteifung des Ringfilterelements ausgebildet. In diesem Fall könnte somit der elektrische Koaleszer radial innerhalb des Ringfilterelements angeordnet sein, sofern dieses beispielsweise von außen nach innen durchströmt ist und in diesem Fall zur Aussteifung in der Art einer Innenzarge dienen. Bei einer derartigen Ausführungsform könnte somit der elektrische Koaleszer mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen, nämlich zum Einen die Funktion des Koaleszers und zum Anderen die Funktion der Innenzarge, so dass im vorliegenden Fall auf die Innenzarge verzichtet werden könnte, was zu einer Reduzierung der Teilevielfalt und damit verbunden auch zu einer Reduzierung der Lager- und Logistikkosten sowie zu einer Reduzierung eines Montageaufwands beitragen könnte.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung ist die Masseelektrode/Außenelektrode als Gitterzarge oder Lochblechzarge, als Gewebe aus Metall, als Gewebe mit Metallfäden oder als Metallgestrick ausgebildet. Sämtlichen aufgeführten Ausführungsformen ist dabei gemein, dass diese eine Herstellung der erfindungsgemäßen Masseelektrode bzw. Außenelektrode kostengünstig und qualitativ hochwertig ermöglichen. Insbesondere die Ausbildung als Lochblechzarge in Verbindung mit einer kreis-/ringsegmentförmigen Ausbildung der Masseelektrode ermöglicht darüber hinaus die Herstellung eines vergleichsweise stabilen elektrischen Koaleszers, der zugleich auch die Funktion einer Innenzarge übernehmen kann.
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Zweckmäßig besitzen die Masseelektroden Durchgangsöffnungen. Über die Durchgangsöffnungen dringt der Kraftstoff in die jeweilige Elektrodeneinheit ein, so dass in der jeweiligen Elektrodeneinheit aufgrund des dort herrschenden elektrischen bzw. magnetischen Feldes Wassertröpfchen koaleszieren können. Die Durchgangsöffnungen können darüber hinaus eine strömungsleitende Funktion übernehmen und beispielsweise eine Umlenkung des Kraftstoffs bewirken.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der elektrische Koaleszer Bestandteil des Ringfilterelements oder eines Gehäuses der Kraftstofffiltereinrichtung. In letzterem Fall wäre somit der elektrische Koaleszer beispielsweise auf einer Rohseite des Ringfilterelements angeordnet und unabhängig vom Ringfilterelement eingebaut, so dass bei einem turnusmäßigen Wechsel des Ringfilterelements der elektrische Koaleszer hiervon nicht betroffen wäre und im Gehäuse der Kraftstofffiltereinrichtung verbleiben könnte. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass der elektrische Koaleszer Bestandteil des Ringfilterelements ist und somit zusammen mit diesem turnusmäßig ausgetauscht werden kann. Eine elektrische Kontaktierung könnte in diesem Fall beispielsweise über einen Funktionsträger oder ein Gehäuse, insbesondere auch einen Deckel der Kraftstofffiltereinrichtung erfolgen.
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Zweckmäßig weist die Kraftstofffiltereinrichtung einen stromab des elektrischen Koaleszer angeordneten Wasserabscheider mit beispielsweise einem hydrophoben Sieb oder hydrophoben Fasern auf. Diese ermöglichen einen problemlosen Durchtritt von Kraftstoff, verhindern jedoch ein Durchtreten von Wasser, so dass dieses dort abgeschieden und beispielsweise in einem darunter angeordneten Wassersammelraum gesammelt werden kann.
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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 werden 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:
- 1 eine Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Kraftstofffiltereinrichtung,
- 2 eine Querschnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Kraftstofffiltereinrichtung mit einem Koaleszer entsprechend einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einem Koaleszer entsprechend einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit einem anders ausgestalteten Koaleszer.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Kraftstofffiltereinrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine 2 ein Filtergehäuse 3 auf, in welchem ein Ringfilterelement 4 angeordnet ist (vgl. auch die 2 bis 4). Das Ringfilterelement 4 trennt dabei eine Rohseite 5 von einer Reinseite 6, so dass das Ringfilterelement 4 im vorliegenden Fall radial von außen nach innen durchströmt ist. Ebenfalls vorgesehen ist ein elektrischer Koaleszer 7 zum Koaleszieren von in dem Kraftstoff enthaltenem Wasser. Erfindungsgemäß weist nun dieser elektrische Koaleszer 7 ringförmig aneinander gereihte Elektrodeneinheiten 8 mit jeweils einer hochspannungsführenden Zentrumselektrode 9 (vgl. auch die 2 bis 4) und einer diese, insbesondere mantelförmig, umgebenden Masseelektrode 10 auf. Hochspannung bedeutet dabei bei Gleichstrom bis zu 5.000 V und bei Wechselstrom bis zu 40.000 Volt bei 0 bis 10.000 Hz. In den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 4 sind lediglich jeweils einige der Elektrodeneinheiten 8 eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit zu verbessern.
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Betrachtet man beispielsweise den elektrischen Koaleszer 7 gemäß den 2 und 3, so kann man an diesen erkennen, dass die Elektrodeneinheiten 8 des elektrischen Koaleszer 7 zylinderförmig ausgebildet sind und eine rohrförmige Masseelektrode 10 bzw. Außenelektrode 10 aufweisen. Gemäß den 2 und 4 ist dabei der elektrische Koaleszer 7 auf der Reinseite 6 der Kraftstofffiltereinrichtung 1 angeordnet, wogegen er gemäß der 3 auf deren Rohseite 5 angeordnet ist.
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Betrachtet man den elektrischen Koaleszer 7 gemäß der 4, so kann man erkennen, dass dieser dort Elektrodeneinheiten 8 mit jeweils einer kreissegmentförmigen bzw. ringsegmentförmigen Masseelektrode 10 aufweist. Durch die ringsegmentförmige bzw. kreissegmentförmige Masseelektroden 10 des Koaleszers 7 gemäß der 4, können insbesondere die zwischen rohrförmigen Masseelektroden 10 vorhandenen Zwickel 11 (vgl. die 2 und 3) vollständig vermieden werden. Hierdurch lässt sich insbesondere das vorhandene Volumen und damit das Koaleszenzvermögen des elektrischen Koaleszers 7 erhöhen und dadurch ein Wasserabscheidegrad verbessern.
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Wiederum alternativ hierzu ist auch denkbar, dass wie in der Detaildarstellung der 4 gezeigt ist, die Elektrodeneinheiten 8 jeweils eine sechseckförmige, das heißt wabenförmigen, Masseelektrode 10 aufweisen. Auch hierdurch lässt sich eine zwickelfreie Anordnung der einzelnen Elektrodeneinheiten 8 sowie eine einen Bauraum besonders optimal ausnützende Anordnung einzelner Elektroeinheiten 8 erreichen.
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Durch die ring-/kreissegmentförmigen bzw. wabenförmigen Masseelektroden 10 kann auch ein besonders stabiler Koaleszer 7 aufgebaut werden, was insbesondere dann von großem Vorteil ist, sofern dieser zusätzlich als Aussteifungselement 19, insbesondere als Innenzarge, zur Stützung eines Faltensterns des Ringfilterelements 4 genutzt werden soll.
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Die Zentrumselektrode 9 kann dabei ausgebildet sein als beispielsweise 2-Komponenten-Spritzguss-Elektrode mit einem leitfähigen Kunststoff, der von einem nicht leitfähigen Kunststoff ummantelt ist. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass als Zentrumselektrode 9 eine Metall-Kunststoff-Spritzguss-Elektrode mit einem leitfähigen Metallstift verwendet wird, der von einem nicht leitfähigen Kunststoff ummantelt ist. Wiederum alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, eine Kohlenstoff bzw. Carbonelektrode zu verwenden. Sämtlichen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass diese kostengünstig und fertigungstechnisch in höchster Qualität herstellbar sind. Die Masseelektrode 10 hingegen kann beispielsweise als Gitterzarge oder als Lochblechzarge ausgebildet sein, als Gewebe aus Metallgarn, als Gewebe mit Metallfäden oder aber als Metallgestrick. Sämtlichen diesen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass sie eine gewisse Durchlässigkeit für Kraftstoff bzw. Wasser besitzen und daher die Wände der Masseelektrode 10 durchströmbar sind. Ist beispielsweise die Masseelektrode 10 rohrförmig ausgebildet, so weist diese Durchgangsöffnungen 12 auf, durch welche der Kraftstoff bzw. das Wasser hindurchtreten kann (vgl. beispielsweise 2).
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Der elektrische Koaleszer 7 selbst kann dabei beispielsweise Bestandteil des Ringfilterelements 4 sein, was beispielsweise bei einer Ausführungsform gemäß der 2 denkbar wäre, oder aber auch ein Bestandteil des Filtergehäuses 3 der Kraftstofffiltereinrichtung 1 (vgl. 3), wobei dann beispielsweise entsprechende zur Aufnahme vorgesehene Ausnehmungen im Gehäuse 3 vorgesehen sein könnten. In diesem Fall wäre der Koaleszer auf der Rohseite 5 angeordnet oder aber, sofern das Ringfilterelement 4 von innen nach außen durchströmt ist, ebenfalls auf der Reinseite 6. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass bei entsprechend mit Wasser verunreinigtem Kraftstoff auch ein erfindungsgemäßer elektrischer Koaleszer 7 der Rohseite 5 und auf der Reinseite 6 angeordnet ist. Dabei ist ebenso denkbar, dass in einer Kraftstofffiltereinrichtung 1 zwei unterschiedliche Ausführungsformen an elektrischen Koaleszern 5 angeordnet sind. Eine elektrische Kontaktierung des elektrischen Koaleszers 7 kann beispielsweise über das Filtergehäuse 3 und/oder einen Deckel 13 des Filtergehäuses 3 erfolgen, wobei selbstverständlich auch eine elektrische Kontaktierung über einen Funktionsträger 14 denkbar ist. Der Funktionsträger 14 kann beispielsweise ein zentrales Steigrohr 15 (vgl. 1) und/oder einen Wasserabscheider 16 mit einem hydrophoben Sieb 17 aufweisen, wobei anstelle des hydrophoben Siebes 17 auch hydrophobe Fasern bzw. hydrophobe Textilien vorgesehen oder das Sieb 17 aus derartigen Materialien hergestellt sein kann. Generell ist der Wasserabscheider 16 stromab des Ringfilterelements 4 und zugleich auch stromab des elektrischen Koaleszer 7 angeordnet. Der elektrische Koaleszer 7 bewirkt dabei lediglich ein Vergrößern, das heißt Koaleszieren, von Wassertröpfchen, die anschließend am Wasserabscheider 16 abgeschieden werden und sich beispielsweise in einem darunter angeordneten Wassersammelraum 18 sammeln.
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Betrachtet man nochmals den elektrischen Koaleszer 7 gemäß den 2 und 4, so ist aufgrund dessen Anordnung und Ausbildung auch denkbar, dass dieser als Aussteifungselement 19 ausgebildet ist und zur Aussteifung des Ringfilterelements 4 dient, so dass auf eine hierfür üblicherweise vorgesehene Innenzarge verzichtet werden kann, wodurch sich die Teilevielfalt reduzieren lässt, ebenso wie die damit verbundenen Lager- und Logistik sowie Montagekosten.
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Mit der erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung 1 lassen sich bislang für einen elektrischen Koaleszer 5 nicht oder nur schwer zugängliche Bauräume vergleichsweise einfach erschließen, wobei zusätzlich aufgrund der außen angeordneten Masseelektrode 10 keine elektrischen bzw. magnetischen Störfelder vom elektrischen Koaleszer 7 ausgehen bzw. diesen hinsichtlich seiner Koaleszenzwirkung beeinträchtigen. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, sofern in oder im Bereich der Kraftstofffiltereinrichtung 1 elektronische oder elektrische Komponenten vorhanden sind. Durch den vergleichsweise geringen Abstand zwischen den jeweiligen Zentrumselektroden 9 und den Masseelektroden 10 der einzelnen Elektrodeneinheiten 8 kann auch ein besonders hoher Koaleszenzgrad erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015203687 A1 [0003]
- DE 102013218889 A1 [0004]