DE202004004330U1

DE202004004330U1 - Kraftstofffilter mit Reinwasser-Auslass

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Publication number: DE202004004330U1
Application number: DE202004004330U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2014-03-20
Also published as: US20050274664A1; US7553415B2

Abstract

Kraftstofffilter
mit einem Sammelraum für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser,
wobei der Sammelraum eine Auslassöffnung für das Wasser aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Strömungsrichtung des Wassers vor der Auslassöffnung ein Absetzraum (23) für Schmutzpartikel (22) vorgesehen ist.

Description

Die Neuerung betrifft einen Kraftstofffilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Praxis sind gattungsgemäße Kraftstofffilter bekannt. Der Sammelraum bietet bei diesen Kraftstofffiltern durch eine Ablassschraube die Möglichkeit, das Wasser aus dem Kraftstofffilter unmittelbar ins Freie abzulassen. Dies ist unter ökologischen Gesichtspunkten nachteilig, da einerseits nicht ausgeschlossen werden kann, dass zusammen mit dem Wasser auch Kraftstoff abgelassen wird und möglicherweise in die Umwelt gelangt, und da zudem nicht auszuschließen ist, dass im Wasser enthaltene Verunreinigungen des Kraftstoffsystems zusammen mit dem Wasser in die Umwelt gelangen können.
Betreffend die weitere Behandlung des zunächst abgeschiedenen Wassers bildet die WO 01/94773 A1 diesen Filtertyp lediglich hinsichtlich der Ablasshäufigkeit weiter: Aus ihr ist es bekannt, zunächst im Sammelraum gesammeltes Wasser bei Ansprechen eines im Sammelraum vorgesehenen Füllstandssensors automatisch in einen zweiten, größeren Abwassertank zu leiten. Aus diesem Abwassertank kann es später mittels Ablasshahn abgelassen werden, so dass aufgrund des Fassungsvermögens des Abwassertanks die Ablass-Intervalle vergrößert werden können und die Möglichkeit besteht, das Wasser beispielsweise in einem Fachbetrieb zu entsorgen. Der Ersatz eines vorbekannten Sensors mit beweglichen Elementen durch eine andere Sensor-Bauform soll eine verbesserte Zuverlässigkeit bewirken, da Verschmutzungen zu Bewegungseinschränkungen und somit zu Fehlfunktionen dieses vorbekannten Sensors führen können.
Aus der DE 44 09 570 A1 ist es bekannt, mittels einer in einen gattungsgemäßen Kraftstofffilter integrierten Abscheidevorrichtung aus dem Kraftstoff abgeschiedenes und zunächst im Sammelraum gesammeltes Wasser nicht in die Umwelt abzulassen, sondern bei Ansprechen eines im Sammelraum vorgesehenen Füllstandssensors in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine einzudüsen. Das Wasser und ggf. darin enthaltene weitere Stoffe werden also hoch erhitzt. Hierdurch soll das Wasser aus der Kraftstoffanlage ohne eine zusätzliche Umweltbelastung entfernt werden.
Aus der US 4,637,351 ist es bekannt, mittels einer in einen gattungsgemäßen Kraftstofffilter integrierten Abscheidevorrichtung aus dem Kraftstoff abgeschiedenes und zunächst im Sammelraum gesammeltes Wasser sowie Verunreinigungen bei Ansprechen eines im Sammelraum vorgesehenen Füllstandssensors in eine Ansaug- oder in eine Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine einzudüsen, so dass auch hier in beiden Fällen eine hohe Erhitzung des Wassers/der Verunreinigungen bewirkt wird. So soll der Fahrzeugbenutzer von der Pflicht befreit werden, das Ablassen des Wasser/der Verunreinigungen regelmäßig selbst durchführen zu müssen.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kraftstofffilter dahingehend zu verbessern, dass das aus der Auslassöffnung ausgetragene Wasser möglichst rein ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstofffilter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, einen Absetzraum für Schmutzpartikel vorzusehen, der im Bereich des bereits abgeschiedenen Wassers angeordnet ist. Das im Vergleich zum Kraftstoff schwerere, abgeschiedene Wasser kann in den Absetzraum gelangen, bevor es auf die Reinseite des Kraftstofffilters gelangen kann, und fließt vom Absetz- in den Sammel raum, wobei die Schmutzpartikel im Absetzraum zurückgehalten werden. Da die Schmutzpartikel aus dem Wasser zurückgehalten werden, welches zur Auslassöffnung des Sammelraums gelangt, liegt an dieser Auslassöffnung reines Wasser an, welches es beispielsweise ermöglicht, dieses Wasser in zweifacher Hinsicht problemlos zu verdüsen:

1. Da die Schmutzpartikel zurückgehalten werden, ist eine Funktionsbeeinträchtigung der Düse nicht zu befürchten, die ansonsten dadurch auftreten kann, dass sich die Schmutzpartikel an Bauteilen der Düse anlagern und die Düse zusetzen oder bewegliche Bauteile der Düse klemmen.
2. Das Wasser kann beispielsweise in den Luftansaugtrakt oder in den Auspufftrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingedüst und somit problemlos in Form von Wasserdampf aus dem Kraftstoffsystem ausgeschleust werden, ohne dass die Schmutzpartikel mitverbrannt werden und die Umwelt belasten können.

Die in die Umwelt abgegebenen Stoffe sind also möglichst rein, während die Schmutzpartikel im Absetzraum des Filters konzentriert werden und dementsprechend kontrolliert entsorgt werden können.
Vorteilhaft kann ein Partikelfilter vorgesehen sein, z. B. für leichtere Partikel, die sich nicht in dem Absetzraum absetzen, die jedoch zurückgehalten werden sollen. In Fließrichtung des Wassers ist dieser Partikelfilter daher hinter dem Absetzraum angeordnet, so dass die schwereren Partikel sich in der gewünschten Weise absetzen können. Der Partikelfilter ist wasserdurchlässig, so dass das Wasser aus dem Absetzraum gelangen kann, die leichteren bzw. kleineren und mitgerissenen Partikel jedoch zuverlässig durch den Partikelfilter zurückgehalten werden.
Der Absetzraum kann vorzugsweise an einem Bauteil verwirklicht sein, welches aus dem Filter entnehmbar ist, so dass ein leichter Zugriff auf die gesammelten Schmutzpartikel möglich ist. Beispielsweise bei einem so genannten Filterwechsel, wenn ein auswechselbares Filterelement gewechselt wird, kann die Reinigung des Absetzraumes erfolgen, oder dieser kann ebenfalls gewechselt werden.
Bei Verwendung eines derartigen, aus dem Filter entnehmbaren Bauteils kann vorzugsweise der vorerwähnte Partikelfilter an diesem Bauteil befestigt sein, so dass er gemeinsam mit dem Bauteil gehandhabt werden kann. Dies erleichtert einerseits die Handhabung des Bauteils, beispielsweise bei der Montage des Filters, und stellt andererseits zuverlässig sicher, dass der Partikelfilter am Bauteil in einer optimal wirksamen Weise angeordnet ist. Montagebedingte Undichtigkeiten, die eine Umgehung dieses Partikelfilters bewirken könnten, wenn Partikelfilter und das übrige Bauteil voneinander getrennt ausgestaltet werden, können auf diese Weise zuverlässig ausgeschlossen werden.
Vorteilhaft kann bei einer an sich bekannten, als Becherfilter ausgestalteten Bauform des Kraftstofffilters die Neuerung dadurch verwirklicht werden, dass ein Ring vorgesehen ist, der den Absetzraum ausbildet. Zu diesem Zweck weist der Ring einen etwa U-förmigen Querschnitt auf und bildet somit eine Rinne, welche geodätisch unterhalb des Rohbereiches des Filters angeordnet ist und mit diesem Rohbereich strömungswirksam verbunden ist.
Der vorgeschlagene Ring kann zusätzlich zur beschriebenen Funktion, die Schmutzpartikel aus dem Wasser zurückzuhalten, auch zum Abreinigen des Gehäuses des Becherfilters verwendet werden, falls sich Schmutz rohseitig im Filter ansammeln und an der Gehäusewandung anlagern sollte. So kann bei oder nach Entnahme des Filterelementes durch eine am Ring vorgesehene umfangsmäßige Abstreiflippe die Innenwandung des Gehäuses abgereinigt werden, wenn der Ring aus dem Gehäuse herausgezogen wird.
Vorteilhaft kann die Abstreiflippe in mehrere umfangsmäßig verteilt angeordnete Segmente oder Lamellen aufgeteilt sein, so dass eine unerwünschte Faltenbildung dieser Abstreiflippe vermieden werden kann.
Vorteilhaft kann die Abstreiflippe den von der Becherwandung abgestreiften Schmutz in den Absetzraum führen, so dass diese Schmutzpartikel nicht unkontrolliert beweglich sind. Hierzu ist vorzugsweise die radial äußere Wand des Absetzraumes nach oben und außen fortlaufend verlängert und bildet die Abstreiflippe. Durch diesen Wandungsverlauf gelangt der von der Becherwandung abgeschabte Schmutz bei der Entnahme des Ringes aus dem Filterbecher automatisch in den Absetzraum und wird dort gesammelt.
Mehrere mögliche Bauformen von Filtern oder Abscheidern sind dem Fachmann bekannt, um die Schmutzpartikel aus dem Wasser zurückzuhalten, z. B. unter Verwendung von Filtervlies, beweglichen Bauteilen bei Zentrifugalabscheidern und dergleichen. Ein preisgünstiger, funktionssicherer und vorteilhaft widerstandsarmer Labyrinthabscheider kann dadurch verwirklicht werden, dass sich eine ringförmige Trennwand in den Absetzraum bzw. in die Rinne erstreckt. In die Rinne gelangendes Wasser muss diese Trennwand unterwandern, anschließend wieder aufsteigen und gelangt erst dann zur Austrittsöffnung, die an dem Ring vorgesehen ist. Es wird also eine Umkehr der Wasserströmung um etwa 180° bewirkt, so dass im Wasser enthaltene, schwerere Partikel einerseits aufgrund der Trägheit und andererseits aufgrund der Zeitdauer aus der Wasserströmung ausgeschieden und im unteren Bereich des Absetzraumes gesammelt werden. Bei einem derartigen Labyrinthabscheider stellt die Bezeichnung des „Absetzraumes" zutreffend dar, dass die schwereren Partikel tatsächlich sedimentieren, während die Bezeichnung bei anderen in Frage kommenden Bauformen lediglich besagt, dass die Schmutzpartikel vom Wasser abgesetzt, also getrennt werden.
Vorteilhaft kann der Ring mit dem Filterelement verbunden werden. Auf diese Weise ist bei einem Wechsel des Filterelementes automatisch auch der Ring mit den darin enthaltenen Verschmutzungen zum Reinigen zugänglich, oder er wird mitsamt dem Filterelement entsorgt. Dabei können sowohl die im Kraftstoff-Rohbereich des Filters angesammelten und von der Abstreiflippe in den Absetzraum geförderten Verunreinigungen als auch die aus dem Wasser abgeschiedenen Verunreinigungen kontrolliert entsorgt werden. Vorteilhaft kann der Ring vom Filterelement lösbar sein, so dass diese beiden Bauteile gegebenenfalls getrennt entsorgt werden können.
Weiterhin kann durch eine Verbindbarkeit des Ringes mit dem Filterelement ein definiertes, funktionales Zusammenwirken zwischen Filterelement und Ring verwirklicht werden, beispielsweise in Form der in die Rinne ragenden Trennwand. Diese Trennwand kann durch eine an das Filterelement angeformte, nach unten ragende Rippe verwirklicht sein, wobei die Verbindbarkeit zwischen Ring und Filterelement die einfache Herstellbarkeit sowohl einerseits des Filterelementes als auch andererseits des Ringes ermöglicht, ohne kostenträchtige und kompliziert herzustellende Spritzformen, die bei einem einzigen Bauteil mit entsprechenden Hinterschneidungen erforderlich wären.
Die Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff kann durch ein hydrophobiertes Filtermedium verbessert werden, wobei hinsichtlich der Filterleistung und der Kosten vorteilhaft das Filtermedium aus Papier bestehen kann, wie z. B. in an sich bekannter Form eines Papierfaltenfilterelementes.
Ausführungsbeispiele der Neuerung werden anhand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines neuerungsgemäßen Kraftstofffilters,
2 in gegenüber 1 vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus 1 im Bereich der Unterkante des Filterelementes, und
3 eine Ansicht ähnlich 2, jedoch von einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt ein Kraftstofffilter bezeichnet, der ein becherförmiges Gehäuse 2 aufweist, welches mit einem Schraubdeckel 3 verschlossen ist, und der eine rohseitige Zulauföffnung 4 und eine reinseitige Ablauföffnung 5 für den Kraftstoff aufweist.
Der Kraftstoff wird dabei durch ein insgesamt mit 6 bezeichnetes Filterelement gefiltert, welches mittels einer oberen Endscheibe 7 mit dem Schraubdeckel 3 verclipst ist und eine am gegenüberliegenden Stirnende vorgesehene, ringförmige untere Endscheibe 8 aufweist sowie zwischen diesen beiden Endscheiben 7 und 8 das eigentliche Filtermedium 9, beispielsweise in Form eines hydrophobierten Papierfaltenfilters.
Das Filterelement 6 wird mittig durch einen so genannten Stützdom 10 gestützt. Dieser Stützdom 10 stützt einerseits das Filtermedium 9 gegenüber den in dem praktischen Betrieb auftretenden Beanspruchungen durch Temperatur und Druck, so dass das Filtermedium 9 nicht kollabiert. Weiterhin weist der Stützdom 10 Durchtrittsöffnungen auf, durch welche der gereinigte Kraftstoff in das hohle Innere des rohrartigen Stützdoms 10 gelangen und von dort zur Ablauföffnung 5 strömen kann.
Aufgrund der runden Querschnittsgeometrie des Kraftstofffilters 1 ergibt sich um das Filtermedium 9 herum ein Rohbereich 11 und radial innerhalb von dem Filtermedium 9 ein Reinbereich 12 des Kraftstofffilters 1.
Unterhalb des Filterelementes 6 ist ein Sammelraum 14 für Wasser vorgesehen, welches aus dem Kraftstoff abgeschieden wird. Das abgeschiedene Wasser kann aus diesem Sammelraum 14 in an sich bekannter und im Detail nicht dargestellter Weise – beispielsweise automatisch und sensorgesteuert – abgezogen werden und beispielsweise zu einer Düse geleitet werden, mittels welcher das Wasser in den Ansaug- oder Auslasstrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingedüst wird.
2 zeigt in gegenüber 1 größerem Maßstab den Bereich der unteren Endscheibe 8 des Filterelementes 6: Unter diese untere Endscheibe 8 ist ein Ring 15 geclipst, wobei die Clipsverbindung bei 16 angedeutet ist.
Der Ring 15 bildet eine umlaufende Rinne 17 aus, deren Außenwandung nach oben und außen gerichtet verläuft und sich zu ihrem freien Ende hin verjüngt, so dass eine elastisch verformbare Abstreiflippe 18 geschaffen wird, mit welcher der Ring 15 der Innenwandung des Gehäuses 2 anliegt. Produktionstechnisch vorteilhaft vergrößert sich der freie Innenquerschnitt des Gehäuses 2 nach oben, wobei die elastische Verformbarkeit der Abstreiflippe 18 sicherstellt, dass bei Entnahme des Ringes 15 aus dem Gehäuse 2 die Abstreiflippe 18 stets an der Wandung des Gehäuses 2 entlangschabt und auf diese Weise Verschmutzungen von der Gehäusewandung entfernt und der Rinne 17 zuführt.
Die Oberkante der Abstreiflippe 18 definiert eine ringförmige Einströmöffnung 19 der Rinne 17, durch welche das sich aus dem Kraftstoff schwerkraftbedingt nach unten absetzende Wasser in den Ring 15 und insbesondere in die Rinne 17 gelangt. Eine korrespondierende Austrittsöffnung 20 des Ringes wird durch die radial innere Oberkante der Rinne 17 definiert. Diese Austrittsöffnung 20 liegt geodätisch tiefer als die Einströmöffnung 19, so dass das Wasser bestrebt ist, aus der wassergefüll ten Rinne 17 durch die Austrittsöffnung 20 abzufließen, sobald an der Einströmöffnung 19 zusätzliches Wasser in die Rinne 17 einströmt.
Dabei wird im Strömungsverlauf des Wassers eine Richtungsumkehr um etwa 180° durch eine Trennwand 21 erzwungen, die als nach unten ragende Rippe an die untere Endscheibe 8 angeformt ist und die sich tiefer erstreckt als die Austrittsöffnung 20 vorgesehen ist. Durch diese Strömungsumkehr wird für Partikel, die schwerer als das Wasser sind, ein Labyrinth-Abscheideeffekt bewirkt, so dass die rein schematisch angedeuteten und mit 22 gekennzeichneten Schmutzpartikel sich im unteren Bereich der Rinne 17 absetzen. Das von den Schmutzpartikeln 22 befreite Wasser tritt an der Austrittsöffnung 20 aus der Rinne 17 heraus und gelangt in den Sammelraum 14.
Die Rinne 17 bildet in ihrem unteren Bereich einen Absetzraum 23 für die Schmutzpartikel 22 aus. Dieser Bereich der Rinne 17, der als Absetzraum 23 angesprochen werden kann, ist vorteilhaft so weit unterhalb der Trennwand 21 angeordnet, dass Strömungseinflüsse des durch die Rinne 17 geleiteten Wassers in diesem Absetzraum 23 nicht in der Form auftreten, dass abgelagerte Schmutzpartikel 22 von dem Wasser mitgenommen und aus dem Ring 15 ausgetragen werden können.
Die in der Zeichnung dargestellten Größenverhältnisse sind lediglich beispielhaft und rein schematisch. Gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Trennwand 21 kürzer oder auch länger, sich also beispielsweise weiter in die Rinne 17 erstreckend ausgestaltet sein. Durch eine längere Trennwand 21 kann der Labyrinth-Abscheideeffekt verbessert werden. Um zu verhindern, dass die im Absetzraum 23 bereits abgelagerten Schmutzpartikel 22 von der Strömung aufgenommen und mitgeführt werden, kann die Rinne 17 tiefer ausgeführt sein als in der Zeichnung dargestellt.
3 zeigt eine Ansicht ähnlich 2, wobei jedoch unterhalb der Austrittsöffnung 20 ein Partikelfilter 24 vorgesehen ist. Der Partikelfilter 24 ist wasserdurchlässig und ermöglicht so das ungehinderte Abfließen des gereinigten Wassers durch die Austrittsöffnung 20 und aus dem gesamten Ring 15 nach unten. Leichtere Partikel, die mit der Strömung des Wassers mit getragen werden oder sich aufgrund ihres spezifischen Gewichtes nicht im Absetzraum 23 absetzen, werden durch diesen Partikelfilter 24 zuverlässig zurückgehalten, so dass das aus dem Ring 15 gelangende Wasser ein hohes Maß an Reinheit aufweist. Da die Konstruktion des in 3 dargestellten Filters im übrigen der des anhand der 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiels gleicht, sind aus Übersichtlichkeitsgründen die ansonsten mit 2 vergleichbaren Bauteile nicht eigens benannt und durch Bezugszeichen gekennzeichnet.

Claims

Kraftstofffilter mit einem Sammelraum für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser, wobei der Sammelraum eine Auslassöffnung für das Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Wassers vor der Auslassöffnung ein Absetzraum (23) für Schmutzpartikel (22) vorgesehen ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Fließrichtung hinter dem Absetzraum (23) ein wasserdurchlässiger Partikelfilter angeordnet ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absetzraum (23) in einem Bauteil vorgesehen ist, welches aus dem Kraftstofffilter (1) entnehmbar ist.
Kraftstofffilter nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter an dem Bauteil angeordnet ist.
Kraftstofffilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Becherfilter, mit einem becherartigen Gehäuse (2), und einem im wesentlichen zylindrischen Filterelement (6), und einem Ring (15) mit etwa U-förmigem Querschnitt, welcher Ring (15) geodätisch unterhalb des das Filterelement (6) umgebenden Rohbereiches (11) des Filters (1) angeordnet ist, wobei eine durch den etwa U-förmigen Ringquerschnitt gebildete, ringförmig verlaufende Rinne (17) den Absetzraum (23) bildet.
Kraftstofffilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (15) am äußeren Umfang eine dem Gehäuse (2) anliegende, elastisch verformbare Abstreiflippe (18) ausbildet.
Kraftstofffilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreiflippe (18) in mehrere um den Umfang des Ringes (15) verteilt angeordnete Lamellen aufgeteilt ist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreiflippe (18) als aufwärts und radial nach außen gerichtete Fortsetzung einer die Rinne (17) begrenzenden Außenwand des Ringes (15) ausgestaltet ist.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine ringförmige Trennwand (21), welche sich in die Rinne (17) erstreckt, derart, dass in den Absetzraum (23) einströmendes Wasser eine Umlenkung seiner Strömungsrichtung bewirkend unter der Trennwand (21) her zu einer Austrittsöffnung (20) des Ringes (15) geführt wird, wobei die Einström- und die Austrittsöffnung (19,20) des Ringes (15) jeweils höher liegen als die Unterkante der Trennwand (21).
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (15) mit dem Filterelement (6) verbindbar ist – wie mittels einer Clipsverbindung (16).
Kraftstofffilter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (21) durch eine an das Filterelement (6) angeformte Rippe gebildet ist.
Kraftstofffilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein hydrophobiertes Filtermedium (9).
Kraftstofffilter nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein aus Papier bestehendes Filtermedium (9).