DE102011089511A1

DE102011089511A1 - Kraftstofffilter

Info

Publication number: DE102011089511A1
Application number: DE102011089511A
Authority: DE
Inventors: Jörn Wetzel
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstofffilter (1) mit einem, einen Filtergehäusetopf (2) und einen Deckel (3) aufweisenden Filtergehäuse (4), das einen Aufnahmeraum für ein darin eingesetztes Filterelement (5) zum Filtern enthält, wobei die mit dem zu filternden Kraftstoff in Kontakt stehende Innenwand des Filtergehäuses (4), vorzugsweise des Deckels (3) und/oder des Filtergehäusetopfes (2), zumindest teilweise mit einer Trennschicht (7) versehen ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Trennschicht (7) als Einsatzteil aus Tiefziehfolie oder als selbsthaftende Beschichtung ausgebildet ist. Hierdurch soll die Trennschicht (7) rationell und qualitativ hochwertig angebracht und so die Zinkauswaschungen und die Biokorrosion reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstofffilter mit einem, einen Filtergehäusetopf und einen Deckel aufweisenden Filtergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US 4,842,737 B ist ein Flüssigkeitsfilter bekannt, welches eine eine Gehäuseinnenwand auskleidende Schale besitzt, die einen direkten Kontakt der zu filternden Flüssigkeit mit dem Gehäuse unterbinden soll. Dadurch soll das Gehäuse insbesondere vor einer hohen Temperatur bzw. einem hohen Druck der Flüssigkeit geschützt werden.
Aus der WO 2006/013047 A1 ist ein gattungsgemäßer Kraftstofffilter in der Art eines Dieselkraftstofffilters mit einer innenliegenden Neoprenbeschichtung bekannt. Diese Neoprenbeschichtung soll dabei als Kälteschutzschicht dienen.
Schließlich ist aus der US 2004/0094468 A1 eine frostbeständige Filterkartusche mit einem Filtergehäuse und einer darin angeordneten Filterpatrone bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Kraftstofffilter der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen anderen Aufbau auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine mit einem zu filternden Kraftstoff in Kontakt stehende metallische Innenwand eines Filtergehäuses, vorzugsweise eines Filtergehäusetopfs und/oder eines Filtergehäusedeckels eines Kraftstofffilters, zumindest teilweise mit einer Trennschicht zu versehen und diese Trennschicht als Einsatzteil aus Tiefziehfolie oder mittels festhaftender Beschichtung, z.B. mittels kathodischer Tauchlackierung oder mittels Pulverbeschichtung auszubilden. Durch das Fernhalten des Kraftstoffs von der metallischen Innenwand des Filtergehäuses können Materialauswaschungen, insbesondere von Zink, vermieden werden, welche Probleme bei modernen Einspritzsystemen verursachen können. Zudem kann durch das Fernhalten des Kraftstoffs von der metallischen Innenwand des Filtergehäuses auch eine Biokorrosion zumindest reduziert, vorzugsweise sogar gänzlich vermieden werden. Derartige Biokorrosionsprozesse sind bei Kraftstoffen mit einem vergleichsweise hohen Wasseranteil häufig zu beobachten, dies ist vor allem bei den Bio-Kraftstoffen der Fall. Dies ist nachteilig für die Lebensdauer des jeweiligen Kraftstofffilters. Der Wasseranteil des Kraftstoffs kann zudem Mikroorganismen wie z.B. Bakterien, Pilze und/oder Viren enthalten, die sich in einem Wassersammelraum eines Kraftstofffilters halten oder vermehren können. Diese Mikroorganismen sind maßgeblich an der Biokorrosion beteiligt und bilden zusätzlich eine Art Schlamm der die Filterfunktion langfristig beeinträchtigen kann.
Ein geeignetes Verfahren zum Aufbringen der Trennschicht als selbsthaftende Beschichtung ist beispielsweise die kathodische Tauchlackierung (KTL) auch Kataphorese genannt. Das ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem das Werkstück in einem Tauchbad beschichtet wird. Die kathodische Tauchlackierung ist darüber hinaus gut zur automatisierten Beschichtung geeignet und umweltfreundlich, da als Lösungsmittel überwiegend Wasser, bspw. demineralisiertes Wasser, verwendet wird. Ein weiteres alternatives Verfahren zum Aufbringen einer Trennschicht kann ein geeignetes Pulverbeschichtungsverfahren sein.
Die Trennschicht kann auch durch das thermische Umformen einer Kunststofffolie in das Filtergehäuse eingebracht werden. Dabei ist die Trennschicht beispielsweise als Tiefziehfolie ausgebildet, wobei unter derartigen Tiefziehfolien generell sämtliche thermoformbare Kunststofffolien mit unterschiedlichsten Materialien verstanden werden sollen.
Das Filtergehäuse, das heißt respektive der Filtergehäusetopf und der zugehörige Deckel sind im Rahmen der Erfindung aus Metall ausgebildet. Ein Rohling/Einsatzteil wird aus Tiefziehfolie erzeugt, indem nach dem Erhitzen der Tiefziehfolie, mittels eines Stempels (Vorstrecker) und/oder mittels Druckluft der Rohling geformt wird. Beim anschließenden Einsetzen der Rohlinge (Einsatzteil) in das Filtergehäuse nimmt dieses keinen Schaden. Auch für den Deckel ist ein Rohling notwendig. Die Rohlinge werden in einem davor liegenden Schritt mittels Erhitzen und Druckluft mit oder in einem geeigneten Werkzeug vorgeformt und später wie eben beschrieben in den Filtergehäusetopf eingesetzt. Die Rohlinge sollten der jeweiligen Form des Topfes und/oder des Deckels des Filtergehäuses entsprechen, z.B. sollte die Außenkontur des Endrohlings fast komplett der Innenkontur der Filtergehäuseteile Deckel bzw. Topf entsprechen. Der Rohling bildet das Einsatzteil, das aus Tiefziehfolie hergestellt wird.
Selbstverständlich ist auch eine punktuelle oder vollflächige Verklebung der Trennschicht mit der zugehörigen Innenwand des Filtergehäuses denkbar.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kraftstofffilter,
2 eine Detaildarstellung des Verbindungsbereichs, zwischen einem Deckel und einem Filtergehäusetopf,
3 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei geschlossenem Deckel und mit einer Wasserablassschraube,
4 eine Darstellung wie in 3, jedoch bei offenem Deckel,
5 eine Detaildarstellung der Wasserablassschraube.
Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Kraftstofffilter 1 ein, einen Filtergehäusetopf 2 und einen Deckel 3 umfassendes Filtergehäuse 4 auf. Im Filtergehäusetopf 2 angeordnet ist dabei ein Ringfilterelement 5 zum Filtern des Kraftstoffs. Bodenseitig des Filtergehäusetopfs 2 ist ein Wassersammelraum 6 zum Sammeln des aus dem Kraftstoff abgeschiedenen Wassers angeordnet. Eine Innenwand des Filtergehäusetopfs 2 bzw. des Deckels 3 ist dabei zumindest teilweise mit einer Trennschicht 7 (vgl. auch die 2 bis 4) versehen. Erfindungsgemäß ist nun diese Trennschicht 7 ein formschlüssig eingebrachtes Einsatzteil aus Tiefziehfolie oder eine selbsthaftende Kunststoffbeschichtung, die durch geeignete Verfahren wie z.B. kathodisches Tauchlackieren (KTL) oder Pulverbeschichtung und anschließendes Trocknen auf der Filtergehäuseinnenwand ausgebildet ist. Durch das Ausbilden der Trennschicht 7 als Tiefziehfolie oder als Kunststoffbeschichtung kann der Kraftstofffilter 1 insgesamt vergleichsweise kostengünstig, zugleich aber qualitativ hochwertig hergestellt werden.
Die Trennschicht 7 verhindert oder vermindert den Kontakt zwischen dem zu filternden Kraftstoff bzw. dem im Wassersammelraum 6 abgeschiedenen Wasser und dem Filtergehäusetopf 2 bzw. dem Deckel 3. Dadurch können einerseits eine Materialauswaschung, beispielsweise von Zink, und andererseits eine Biokorrosion reduziert werden. Sowohl der Deckel 3 als auch der Filtergehäusetopf 2 bestehen in dieser Ausführungsform aus einem feuerverzinkten Stahlwerkstoff, der zum Tiefziehen und Umformen geeignet ist, um das Filtergehäuse 4 herstellen zu können. Im Betrieb eines Kraftfahrzeuges kann es im Filtergehäuse 4 zu Materialauswaschungen, vor allem zu Zinkauswaschungen kommen, welche insbesondere bei den nachgeschalteten Einspritzsystemen durch die Verunreinigung und Korrosion der Einspritzdüsen zu Problemen führen können.
Das kathodische Tauchlackieren bietet insbesondere den Vorteil einer automatisierten und kostengünstigen Fertigung, wogegen Pulverbeschichten auch das partielle Beschichten ermöglicht.
Gemäß der 2 kann man erkennen, dass der Deckel 3 eine Trennschicht 7 aufweist, die nicht in den Verbindungsbereich 8 zwischen dem Filtergehäusetopf 2 und dem Deckel 3 hineinragt. Bei diesem Beispiel ist die Trennschicht 7, die am Filtergehäusetopf 2 vorgesehen ist, in den Verbindungbereich 8 hineinragend und bildet somit beim Verbördeln eine Art Dichtung zwischen den beiden Filtergehäuseteilen 2 und 3. Auch beim Verschrauben dieser beiden Filtergehäuseteile 2 und 3 dient die Trennschicht 7 als Dichtung. Alternativ kann aber auch die am Deckel 3 vorgesehene Trennschicht 7 in den Verbindungsbereich 8 hineinragen und als Dichtung dienen. Wenn die beiden Trennschichten dünn genug sind, könnten auch beide in den Verbindungsbereich 8 hineinragen und als Dichtung dienen. Die Trennschicht 7 kann eine Dichtfunktion haben oder eine Klemmfunktion, dadurch, dass die Trennschicht 7 zwischen den beiden Filtergehäuseteilen Topf 2 und Deckel 3 verklemmt ist, dann kann jedoch eine zusätzliche Dichtung notwendig sein.
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen sind beide Filtergehäuseteile 2 und 3 mit einer Trennschicht 7 versehen, alternativ kann auch nur dasjenige Filtergehäuseteil, in dem der Wassersammelraum 6 vorgesehen ist mit einer zumindest partiellen Trennschicht 7 bedeckt werden. Ein Aufbau anders als der in den Figuren gezeigte ist auch möglich, d.h. Deckel 3 und der Filtergehäusetopf 2 sind anders herum aufgebaut. Ein derartiger Verbindungsbereich 8 kann auch einen strömungsberuhigten Bereich 9 beherbergen, in welchem aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit ein Auswaschungsgrad, insbesondere der Grad der Zinkauswaschungen, zumindest reduziert ist.
Die Dicke der Trennschicht 7 kann dabei vom µm-Bereich bis zu wenigen mm betragen, wobei dies individuell ausgewählt werden kann und vom gewählten Verfahren abhängt. Als Material für die Trennschicht 7 kann bspw. Polypropylen PP, Polyethylen PE oder Polyamid PA ausgewählt werden. Hinsichtlich der verwendeten Materialien sind besonders Polyamide bevorzugt, da diese eine hohe Temperaturbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit, sowie eine gute Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien aufweisen. Auch Polyethylen besitzt eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien, insbesondere auch gegenüber Säuren und Laugen, und nimmt darüber hinaus kaum Wasser auf, wodurch eine zuverlässige Trennschicht zwischen dem Kraftstoff bzw. dem daraus abgeschiedenen Wasser und der Innenwand des Filtergehäuses gegeben ist. Selbstverständlich sollen dabei die zuvor genannten Kunststoffe nicht abschließend sein, sondern prinzipiell können sämtliche kraftstoffresistente und ähnlich gut verarbeitbare Kunststoffe als Trennschicht 7 verwendet werden.
Der Deckel 3 und der Gehäusetopf 2 können auch mit zwei verschiedenen Trennschichten 7 versehen sein. Also beim Deckel 3 wird die Trennschicht 7 beispielsweise mittels KTL aufgebracht und beim Gehäusetopf 2 ist es eine Tiefziehfolie, oder umgekehrt.
Das Herstellen der als Tiefziehfolie ausgebildeten Trennschicht 7 kann dabei wie folgt erfolgen: Zunächst wird die Tiefziehfolie in flachem Zustand erhitzt, dann mit einem Stempel (Vorstrecker) oder mit Druckluft einen Rohling erzeugt, wobei die Form derjenigen des Gehäusetopfes 2 zumindest sehr nahe kommt. Abschließend wird dann der Rohling/Einsatzteil in das Gehäuseteil, z.B. in den Gehäusetopf 2 formschlüssig eingesetzt.
Der Gehäusetopf 2 selbst wird aus verzinktem Blech durch Tiefziehen hergestellt. Anschließend wird der Rohling eingesetzt. Der Deckel 3 kann auf nahezu beliebige Art und Weise hergestellt werden. Vor dem Zusammenbau des Filtergehäuses, z.B. dem Verschrauben der beiden Filtergehäuseteile Gehäusetopf 2 und Deckel 3, wird hier der jeweils passende Rohling eingesetzt und am Ende der Montage wird das Filtergehäuse 4 dicht verschlossen.
Je nach Anforderung an die Filtereinrichtung weist nur das eine Filtergehäuseteil z.B. der Filtergehäusetopf 2 eine Trennschicht 7 auf. Auch ist es möglich, dass der Deckel 3 mit einer haftenden Beschichtung als Trennschicht 7 versehen wird und in den Topf 2 ein Rohling als Trennschicht 7 eingesetzt wird, oder umgekehrt.
Die 3 und 4 zeigen alternative Ausführungsformen hinsichtlich des Deckels 3. In 4 ist wie in 1 im Deckel 3 eine große Öffnung vorgesehen, in die eine nicht gezeigte Heizeinrichtung und/oder Wasserstandmesseinrichtung dicht eingesteckt werden kann. Die 3 zeigt ein Filtergehäuse 4, in das eine nicht gezeigte Heizeinrichtung und/oder Wasserstandmesseinrichtung im Bereich des Deckels 3 integriert sein kann. Auch die Anzahl der Anschlussstutzen 10 und 11 für den Ein- und Auslass kann je nach Aufbau der Filtereinrichtung variieren. Die Anordnung der Stutzen 10, 11 ist vorzugsweise am Deckel 3, kann aber auch an einer beliebigen geeigneten Stelle des Filtergehäuses 4 sein.
In 3 gezeigt ist die Option einer Wasserablassschraube 12 mit oder ohne Wasserstandsensor 16 gezeigt, die in den Wassersammelraum 6 hineinragt. In 5 ist ein Detail aus 3 zu sehen. Der Filtergehäusetopf 2 weist einen nach innen ragenden Rand 17 auf, an dem die Trennschicht 7 anliegt. Durch das Gegenlager 13 der Wasserablassschraube 12, das dazu dient, dass keine Leckagen vorkommen, wird im Fall einer Trennschicht 7 aus Tiefziehfolie, diese an dieser Stelle zusätzlich fixiert. Um die Wasserablassschraube 12 am Filtergehäusetopf 2 zu befestigen, kann entweder wie gezeigt ein Gewindeträger 14 in die Öffnung eingebracht sein oder aber der Topf selbst ein Gewinde aufweisen. Damit die Wasserablassschraube 12 dicht sitzt weist sie eine Dichtung 15 auf. Die Wasserablassschraube 12 kann auch seitlich am Filtergehäuse 4 angeordnet sein.
Falls ein Wasserstandsensor 16 vorgesehen ist, so sind seine elektrischen Anschlüsse 18 ebenfalls in die Wasserablassschraube 12 integriert, siehe 3. Die genaue Geometrie der Wasserablassschraube 12 ist für diese Erfindung zweitrangig. Diese Wasserablassschraube 12 mit oder ohne Wasserstandsensor 16 kann auch an einem Filter gemäß 1 oder 4 vorgesehen sein.
Wie den 1 bis 4 und insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist der Deckel 3 mit dem Filtergehäusetopf 2 verbördelt, wobei prinzipiell auch eine Schraubverbindung im Verbindungsbereich 8 denkbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4842737 B [0002]
WO 2006/013047 A1 [0003]
US 2004/0094468 A1 [0004]

Claims

Kraftstofffilter (1) mit einem, einen Filtergehäusetopf (2) und einen Deckel (3) aufweisenden Filtergehäuse (4), das einen Aufnahmeraum für ein darin eingesetztes Filterelement (5) zum Filtern enthält, wobei die mit dem zu filternden Kraftstoff in Kontakt stehende Innenwand des Filtergehäuses (4), vorzugsweise des Deckels (3) und/oder des Filtergehäusetopfes (2), zumindest teilweise mit einer Trennschicht (7) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (7) als Einsatzteil aus Tiefziehfolie oder als selbsthaftende Beschichtung ausgebildet ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (7) als selbsthaftende Beschichtung mittels kathodischer Tauchlackierung oder mittels Pulverbeschichtung auf einer Innenwand des Filtergehäuses (4) aufgebracht ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (7) aus Polypropylen (PP), aus Polyethylen (PE) oder aus Polyamid (PA) oder ähnlichen Kunststoffen ausgebildet ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (7) kraftstoffresistent ist.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (7) flächig oder punktuell mit der Innenwand verbunden, insbesondere verklebt, ist.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) und der Filtergehäusetopf (2) miteinander verschraubt oder verbördelt sind.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (7) nur partiell an einer Innenwand des Deckels (3) angeordnet ist, wobei insbesondere ein Verbindungsbereich (8) zwischen dem Filtergehäusetopf (2) und dem Deckel (3) oder ein strömungsberuhigter Bereich (9) ausgespart ist.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) und der Gehäusetopf (2) mit zwei verschiedenen Trennschichten (7) versehen sind, wobei die Trennschicht (7) am Deckel (3) eine selbsthaftende Beschichtung ist und beim Gehäusetopf (2) ein Einsatzteil/Rohling aus Tiefziehfolie ausgebildet ist, oder umgekehrt.