DE102018204004A1

DE102018204004A1 - Filterelement für flüssiges Medium und Pumpe mit Filterelement

Info

Publication number: DE102018204004A1
Application number: DE102018204004.4A
Authority: DE
Inventors: Francesco Lucarelli
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-19
Also published as: WO2019174815A1

Abstract

Es wird ein Filterelement (10) für flüssiges Medium, insbesondere Dieselkraftstoff, vorgeschlagen, das insbesondere in einer Kraftstoffhochdruckpumpe verwendet wird. Das Filterelement (10) weist ein Trägerelement (12) und wenigstens einen mit dem Trägerelement (12) verbundenen, vom Medium durchströmten Filterkörper (24) auf. Das Trägerelement (12) weist an einem axialen Endbereich einen über den Filterkörper (24) hinausragenden flanschförmigen Bereich (18) auf, wobei im flanschförmigen Bereich (18) des Trägerelements (12) wenigstens eine Öffnung (28; 32) vorgesehen ist. Durch die wenigstens eine Öffnung (28; 32) im flanschförmigen Bereich (18) des Trägerelements (12) werden starke Verformungen des Trägerelements (12) durch den im Zulauf zum Filterelement (10) herrschenden Druck und/oder Druckpulsationen vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Pumpe, in der das Filterelement verwendet wird.
Stand der Technik
Ein solches Filterelement ist durch die DE 10 2015 212 160 A1 bekannt. Dieses Filterelement ist in einer Kraftstoffhochdruckpumpe verwendet und im Zulauf zu einem Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet. Das Filterelement weist ein Trägerelement und einen mit diesem verbundenen Filterkörper auf, der als Filtergewebe, Filtergeflecht oder Filtersieb ausgeführt sein kann. Durch das Filterelement wird verhindert, dass Verunreinigungen im Kraftstoff in das Einlassventil gelangen können und dort zu Verschleiß oder Undichtigkeiten führen. Die Maschenweite des Filters muss dabei möglichst klein gewählt werden, um Verunreinigungen sicher zurückzuhalten. Das Trägerelement weist zu dessen Abstützung an einem Gegenkörper einen geschlossenen Flanschbereich auf. In einem das Filterelement umgebenden Zulaufraum liegt ein erhöhter Zulaufdruck vor und können während des Betriebs der Kraftstoffhochdruckpumpe Druckpulsationen auftreten, die auf das Trägerelement wirken und zu Verformungen des Trägerelements führen können. Insbesondere der Flanschbereich des Trägerelements weist eine relativ große Fläche auf, auf die die Druckpulsationen wirken und zu Verformungen führen können. Durch die Verformungen des Trägerelements kann dieses über eine längere Betriebsdauer der Kraftstoffhochdruckpumpe unter Umständen brechen oder durch dessen Verformungen kann die Wirksamkeit des Filterelements beeinträchtigt werden indem Kraftstoff unter Umgehung des Filterkörpers unkontrolliert durch das Filterelement hindurchtritt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Filterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Öffnungen im Flanschbereich des Trägerelements ein Druckausgleich beiderseits des Flanschbereichs ermöglicht ist, so dass der im Zulaufbereich des Filterelements herrschende Druck und Druckpulsationen nicht mehr zu störenden Verformungen des Trägerelements führen. Hierdurch ist die Lebensdauer des Filterelements verlängert und dessen Wirksamkeit sichergestellt.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Filterelements angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist ein Bypass zum Filterkörper ermöglicht falls dieser infolge Versulzung von Kraftstoff verstopft ist. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist sichergestellt, dass durch den Bypass keine Verunreinigungen durch das Filterelement hindurchgelangen können. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ist die wirksame Fläche des Filterelements vergrößert. Durch die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 kann das Filterelement auf einfache Weise in das Gehäuse der Pumpe integriert werden.
Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen 1 ein Filterelement in perspektivischer Darstellung vor dessen Einbau in einem für dieses vorgesehenen Einbauraum, 2 in vergrößerter Darstellung ausschnittsweise das Filterelement, 3 das Filterelement gemäß einer Variante zu 2, 4 ausschnittsweise eine Pumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit eingebautem Filterelement und 5 ausschnittsweise eine Pumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit eingebautem Filterelement.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 5 ist ein Filterelement 10 für flüssiges Medium, beispielsweise Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, dargestellt. Das Filterelement 10 weist ein zumindest annähernd hohlzylinderförmiges Trägerelement 12 auf, das aus steifem Material besteht, beispielsweise Kunststoff oder Metall besteht, und das eine Längsachse 14 aufweist. Das Trägerelement 12 weist wie in 1 dargestellt an einem in Richtung von dessen Längsachse 14 angeordneten Endbereich einen in sich geschlossenen Ringsteg 16 auf. Am in axialer Richtung entgegengesetzten Endbereich weist das Trägerelement 12 einen flanschartigen Endbereich 18 auf, der einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Ringsteg 16. Der Flanschbereich 18 bildet eine Wandung des Trägerelements 12. Der Ringsteg 16 und der Flanschbereich 18 sind über mehrere in deren Umfangsrichtung verteilt angeordnete Längsstege 20 miteinander verbunden. Zwischen dem Ringsteg 16 und dem Flanschbereich 18 sowie den Längsstegen 20 sind etwa rechteckförmige Öffnungen 22 vorhanden.
Mit dem Trägerelement 12 ist ein Filterkörper 24 verbunden, der ein Filtersieb, ein Filtergeflecht oder ein Filtergewebe sein kann. Das Trägerelement 12 kann beispielsweise an den Filterkörper 24 in einem Spritzgießprozess angespritzt sein. Durch den Filterkörper 24 werden die Öffnungen 22 des Trägerelements 12 überdeckt und dieser weist Filteröffnungen 26 auf, deren Größe entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall gewählt ist, um Verunreinigungen wie Partikel aus dem das Filterelement 10 durchströmenden Medium zurückzuhalten und einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt bereitzustellen. Die Filteröffnungen 26 des Filterkörpers 24 weisen eine Maschenweite a auf, die beispielsweise etwa 140 µm betragen kann, wobei in 1 beispielhaft eine Filteröffnung 26 stark vergrößert dargestellt ist. Die Filteröffnungen 26 des Filterkörpers 24 können einen eckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Maschenweite a dann die Breite der Filteröffnungen 26 ist. Die Filteröffnungen 26 des Filterkörpers 24 können auch einen runden Querschnitt aufweisen, wobei die Maschenweite a dann der Durchmesser der Filteröffnungen 26 ist. Der Filterkörper 24 wird radial bezüglich der Längsachse 14 von außen nach innen vom zu filternden Kraftstoff durchströmt.
Der Flanschbereich 18 des Trägerelements 12 weist einen der Längsachse 14 zugewandten inneren Bereich 18a auf, der etwa radial zur Längsachse 14 nach außen verläuft, und einen sich an den inneren Bereich 18a anschließenden äu-ßeren Bereich 18b, der beispielsweise etwa konisch ausgebildet ist und der sich ausgehend vom inneren Bereich 18a in Richtung der Längsachse 14 vom Ringsteg 16 weg erweitert. In eingebautem Zustand des Filterelements 10 kommt dieses mit dem äußeren Rand des Bereichs 18b des Flanschbereichs 18 des Trägerelements 12 dichtend an einem Gegenkörper zur Anlage wie nachfolgend unter Bezug zu den 4 und 5 noch näher erläutert wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Flanschbereich 18 des Trägerelements 12 wenigstens eine Öffnung 28 vorhanden ist, wobei vorzugsweise mehrere über den Flanschbereich 18 verteilt angeordnete Öffnungen 28 vorgesehen sind. Die Öffnungen 28 sind im inneren Bereich 18a und/oder im äußeren Bereich 18b des Flanschbereichs 18 angeordnet. Vorzugsweise ist der Querschnitt d der Öffnungen 28 kleiner oder gleich der Maschenweite a des Filterkörpers 24. Hierdurch wird verhindert, dass Verunreinigungen durch die Öffnungen 28 unter Umgehung des Filterkörpers 24 durch das Filterelement 10 hindurchtreten können. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Öffnungen 28 einen größeren Querschnitt d als die Maschenweite a des Filterkörpers 24 aufweisen und gezielt einen Bypass zum Filterkörper 24 bilden, durch den Medium hindurchtreten kann wenn der Filterkörper 24 verstopft ist, beispielsweise infolge Versulzung des Kraftstoffs wenn es sich um Dieselkraftstoff handelt.
In 3 ist das Filterelement 10 gemäß einer Variante zu der Ausführung von 2 dargestellt, bei der im Flanschbereich 18 der Trägerelements 12 ein weiterer Filterkörper 30 angeordnet ist. Der Flanschbereich 18 weist dabei wenigstens eine gegenüber den Öffnungen 28 gemäß 2 wesentliche größere Öffnung 32 auf, die vom weiteren Filterkörper 30 überdeckt wird analog zu den Öffnungen 22 des Trägerelements 12, die vom Filterkörper 24 überdeckt werden. Der weitere Filterkörper 30 kann separat zum Filterkörper 24 oder einstückig mit dem Filterkörper 24 ausgeführt sein. Durch den weiteren Filterkörper 30 wird die wirksame Filterfläche des Filterelements 10 vergrößert. Der Bereich innerhalb des Flanschbereichs 18 ist dabei wie der Bereich innerhalb des Filterkörpers 24 mit dem Bereich stromabwärts des Filterelements 10 verbunden.
In 4 ist ausschnittsweise eine Pumpe 40, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, in der ein wie vorstehend ausgebildetes Filterelement 10 angeordnet ist. Die Pumpe 40 weist wenigstens ein Pumpenelement 42 auf mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben 44, der in einer Zylinderbohrung 46 eines Gehäuseteils 48 der Pumpe 40 dicht geführt ist und in dieser einen Pumpenarbeitsraum 50 begrenzt. Der Antrieb des Pumpenkolbens 44 erfolgt beispielsweise über eine Antriebswelle mit einem Nocken oder Exzenter und einem sich an diesem abstützenden Rollenstößel, die in 4 nicht dargestellt sind. Das Pumpenelement 42 weist ein Einlassventil 52 auf, über das der Pumpenarbeitsraum 50 beim Saughub des Pumpenkolbens 44 mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Pumpenelement 42 weist außerdem ein Auslassventil 54 auf, über das beim Förderhub des Pumpenkolbens 44 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 50 verdrängt wird und beispielsweise in einen Hochdruckspeicher 56 gefördert wird.
Das Einlassventil 52 ist als in den Pumpenarbeitsraum 50 öffnendes Rückschlagventil ausgebildet und weist ein kolbenförmiges Ventilglied 58 auf, dessen Schaft 59 in einer an die Zylinderbohrung 46 anschließenden Bohrung 60 im Gehäuseteil 48 geführt ist. Das Ventilglied 58 weist einen im Pumpenarbeitsraum 50 angeordneten Kopf 61 mit größerem Durchmesser als der Schaft 59 auf und am Kopf 61 ist am Übergang zum Schaft 59 eine Dichtfläche 62 gebildet. Im Gehäuseteil 48 ist am Übergang von der Zylinderbohrung 46 zur Bohrung 60 ein Ventilsitz 63 gebildet, wobei das Ventilglied 58 mit seiner Dichtfläche 62 mit dem Ventilsitz 63 zusammenwirkt. Im Gehäuseteil 48 ist ein das Einlassventil 52 umgebender Zulaufraum 64 gebildet, der mit einem Zulauf für Kraftstoff verbunden ist. Vom Zulaufraum 64 führen im Gehäuseteil 48 mehrere Zulaufbohrungen 66 ab, die in die Bohrung 60 vor dem Ventilsitz 63 münden. Bei geöffnetem Einlassventil 52 strömt aus dem Zulaufraum 64 Kraftstoff durch die Zulaufbohrungen 66 und die Bohrung 60 Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 50.
Das Gehäuseteil 48 der Pumpe 40 ist in seinem den Zulaufraum 64 umgebenden Bereich beispielsweise zylinderförmig ausgebildet und an diesem ist ein weiteres Gehäuseteil 68 befestigt, das ein den Zulaufraum 64 zur Außenseite der Pumpe 40 hin dicht verschließendes Verschlusselement 68 ist. Im Zulaufraum 64 ist das Filterelement 10 angeordnet, wobei radial außerhalb des Filterelements 10 die Verbindung des Zulaufraums 64 mit dem Zulauf angeordnet ist und radial innerhalb des Filterelements 10 die Zulaufbohrungen 66 zum Pumpenarbeitsraum 50 angeordnet sind. Der Ringsteg 16 des Trägerelements 12 des Filterelements 10 stützt sich in Richtung der Längsachse 14 am Gehäuseteil 48 der Pumpe 40 ab. Der äußere Rand des äußeren Bereichs 18b des Flanschbereichs 18 des Trägerelements 12 des Filterelements 10 kommt in Richtung der Längsachse 14 am Verschlusselement 68 als Gegenkörper zur Anlage. Während des Betriebs der Pumpe 40 können im Zulaufraum 64 Druckpulsationen auftreten, die auf das Filterelement 10 wirken. Durch die Öffnungen 28 im Flanschbereich 18 des Trägerelements 12 ist erreicht, dass die Druckpulsationen nicht zu starken Verformungen des Trägerelements 12 führen, da Kraftstoff die Öffnungen 28 im Flanschbereich 18 durchströmen kann und somit ein Druckausgleich zwischen dem Zulaufraum 64 und dem durch den Flanschbereich 18 des Trägerelements 12 und dem Verschlusselement 68 begrenzten Raum ermöglicht ist.
In 5 ist ausschnittsweise eine Pumpe 40 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, deren Aufbau im Wesentlichen gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Bei der Pumpe 40 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein elektrischer Aktor 70 vorgesehen, durch den das Einlassventil 52 betätigbar ist. Der Aktor 70 ist vorzugsweise ein elektromagnetischer Aktor und durch diesen kann das Einlassventil 52 in seine geöffnete Stellung bewegt werden. Der Aktor 70 kann beispielsweise einen Magnetanker 71 aufweisen, der auf das Ventilglied 58 wirkt und der in einem Trägerteil 72 des Aktors 70 verschiebbar geführt ist. Durch den Aktor 70 kann beim Förderhub des Pumpenkolbens 44 bestimmt werden, ob das Einlassventil geöffnet ist oder geschlossen, wodurch eine Änderung der vom Pumpenkolben 44 in den Hochdruckspeicher 56 geförderten Kraftstoffmenge ermöglicht ist. Der Aktor 70 ist am Gehäuseteil 48 der Pumpe 40 befestigt, oberhalb des Zulaufraums 64 angeordnet und ist am Gehäuseteil 48 der Pumpe 40 befestigt. Zwischen dem Zulaufraum 64 und dem Aktor 70 kann ein scheibenförmiges Zwischenelement 74 angeordnet sein, das einen Teil des Gehäuses der Pumpe 40 bildet. Das Zwischenelement 74 kann beispielsweise vorgesehen sein, um einen definierten Abstand zwischen dem Aktor 70 und dem Gehäuseteil 48 der Pumpe 40 einzustellen. Durch das Aktorbauteil 72 oder das Zwischenelement 74, sofern dieses vorhanden ist, wird der Zulaufraum 64 zum Aktor 70 hin begrenzt.
Im Zulaufraum 64 ist das Filterelement 10 angeordnet, wobei radial außerhalb des Filterelements 10 die Verbindung des Zulaufraums 64 mit dem Zulauf angeordnet ist und radial innerhalb des Filterelements 10 die Zulaufbohrungen 66 zum Pumpenarbeitsraum 50 angeordnet sind. Der Ringsteg 16 des Trägerelements 12 des Filterelements 10 stützt sich in Richtung der Längsachse 14 am Gehäuseteil 48 der Pumpe 40 ab. Der äußere Rand des äußeren Bereichs 18b des Flanschbereichs 18 des Trägerelements 12 des Filterelements 10 kommt in Richtung der Längsachse 14 am Aktorbauteil 72 oder am Zwischenelement 72 als Gegenkörper zur Anlage, sofern dieses vorhanden ist. Durch die Öffnungen 28 im Flanschbereich 18 des Trägerelements 12 ist wiederum erreicht, dass die Druckpulsationen nicht zu starken Verformungen des Trägerelements 12 führen, da Kraftstoff die Öffnungen 28 im Flanschbereich 18 durchströmen kann und somit ein Druckausgleich zwischen dem Zulaufraum 64 und dem durch den Flanschbereich 18 des Trägerelements 12 und dem Aktorbauteil 72 oder Zwischenelement 72 begrenzten Raum ermöglicht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015212160 A1 [0002]

Claims

Filterelement für flüssiges Medium, insbesondere Kraftstoff, mit einem Trägerelement (12) und mit wenigstens einem mit dem Trägerelement (12) verbundenen, vom Medium durchströmten Filterkörper (24), wobei das Trägerelement (12) an einem axialen Endbereich einen über den Filterkörper (24) hinausragenden flanschförmigen Bereich (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im flanschförmigen Bereich (18) des Trägerelements (12) wenigstens eine Öffnung (28; 32) vorgesehen ist.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere über den Umfang des flanschförmigen Bereichs (18) des Trägerelements (12) verteilte Öffnungen (28; 32) vorgesehen sind.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (28; 32) im flanschförmigen Bereich des Trägerelements (12) einen Bypass zum wenigstens einen Filterkörper (24) zur Durchströmung des Filterelements (10) bildet.
Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (28) im flanschförmigen Bereich (18) des Trägerelements (12) einen Querschnitt aufweist, der etwa gleich groß wie oder kleiner als die Maschenweite (a) des Filterkörpers (24) ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (32) im flanschförmigen Bereich (18) des Trägerelements (12) von einem weiteren Filterkörper (30) überdeckt ist.
Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einem Gehäuse (48, 68; 48, 72), in das ein Filterelement (10) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der flanschförmige Bereich (18) des Trägerelements (12) an einem angrenzenden Gehäuseteil (68; 72) der Pumpe (40) in Richtung der Längsachse (11) des Filterelements (10) zur Anlage kommt.
Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Einlassventil (52) aufweist, dass im Gehäuse (48) der Pumpe (40) ein Zulaufraum (64) für Medium zum Einlassventil (52) vorhanden ist, dass das Filterelement (10) im Zulaufraum (64) angeordnet ist und dass das Teil (68), an dem der flanschförmige Bereich (18) des Trägerelements (12) zur Anlage kommt, den Zulaufraum (64) begrenzt.
Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das den Zulaufraum (64) begrenzende Teil (68) der Pumpe ein den Zulaufraum (64) zur Außenseite des Gehäuses der Pumpe verschließendes Verschlusselement (68) ist.
Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen elektrischen Aktor (70) aufweist, durch den das Einlassventil (52) betätigbar ist und dass das den Zulaufraum (64) begrenzende Teil der Pumpe (40) ein Teil (72) des Aktors (70) ist oder ein scheibenförmig ausgebildetes und zwischen dem Zulaufraum (64) und dem elektrischen Aktor (70) angeordnetes Zwischenelement (74) ist.