DE202008002927U1

DE202008002927U1 - Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff

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Publication number: DE202008002927U1
Application number: DE202008002927U
Authority: DE
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2018-03-01
Also published as: DE102008020223A1

Abstract

Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, vorzugsweise Dieselfilter, mit einem ringförmigen Hauptfilterelement (5) und einem dem Hauptfilterelement (5) axial vorgeschalteten, ringförmigen Coalescer-Element (4) in einem Filtergehäuse (2), mit einem Mittelrohr (3) zur Zu- oder Ableitung von Flüssigkeit, wobei das Hauptfilterelement (5) und das Coalescer-Element (4) in Radialrichtung zu durchströmen sind, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen Hauptfilterelement (5) und Coalescer-Element (4) ein radial überstehender Prallkragen (12) zum Auffangen abgeschiedener Wassertröpfchen angeordnet ist und dass der Prallkragen (12) fest mit dem Mittelrohr (3) verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der WO 2004/082804 A1 wird ein Filtersystem für Kraftstoffe beschrieben, das zusätzlich zu dem als Partikelfilter ausgebildeten Hauptfilterelement ein Coalescer-Element als Vorfiltereinheit umfasst, welches dem Hauptfilterelement vorgeschaltet ist und die Funktion hat, im Kraftstoff befindliche Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammenzuführen. Das als Dispersion vorliegende Kraftstoff-Wasser-Gemisch wird hierzu zunächst durch das Coalescer-Element geleitet, in welchem sehr fein verteilte Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen gesammelt werden. Das Coalescer-Element und das Hauptfilterelement sind jeweils ringförmig ausgebildet und umschließen einen Mittelkanal, der zur axialen Ableitung des gereinigten Kraftstoffes dient. Das zu filtrierende Fluid wird zur Innenseite des Coalescer-Elements geführt und durchströmt das Coalescer-Element radial von innen nach außen, wobei die größeren Wassertröpfchen stromab des Coalescers an der Innenseite des Filtergehäuses abgeschieden werden. Die eigentliche Filtration erfolgt danach im Hauptfilterelement, welches vom Kraftstoff radial von außen nach innen durchströmt wird.
Offenbarung der Erfindung
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsfilter zu schaffen, bei dem in effektiver Weise dispersiv enthaltene Wassertröpfchen in einem Fluid abgeschieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter, bei dem es sich insbesondere um einen Kraftstofffilter für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise einen Dieselfilter handelt, weist ein Hauptfilterelement sowie ein dem Hauptfilterelement axial vorgeschaltetes Coalescer-Element in einem Filtergehäuse auf. Die beiden Filterelemente sind jeweils ringförmig ausgeführt und um ein zentrales Mittelrohr gelegt, das in der Regel zur Zu- oder Ableitung von Flüssigkeit dient. Sowohl das Hauptfilterelement als auch das Coalescer-Element werden in Radialrichtung durchströmt, vorzugsweise in entgegen gesetzte Richtungen, wobei grundsätzlich auch eine gleichgerichtete Durchströmung in Betracht kommt.
Zwischen dem Hauptfilterelement und dem sich axial anschließenden Coalescer-Element ist ein radial überstehender Prallkragen zum Sammeln abgeschiedener Wassertröpfchen angeordnet. Der Prallkragen, der fest mit dem Mittelrohr verbunden ist und insbesondere mit diesem ein einteiliges bzw. einstückiges Bauteil bildet, dient zur Abscheidung größerer Wassertröpfchen aus dem Kraftstoffnebel, welcher das in Strömungsrichtung vorne liegende Coalescer-Element passiert hat. In dem Coalescer-Element werden kleinere Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammengeführt, ohne jedoch diese bereits abzuscheiden. Dies bedeutet, dass an der Austrittsseite des Coalescer-Elements die gesamte Flüssigkeitsmischung, bestehend aus der Dispersion von üblicherweise Kraftstoff oder Öl und Wassertröpfchen, noch das gleiche Gesamtverhältnis zwischen diesen beiden Flüssigkeiten enthält. Da jedoch der Wasseranteil zu größeren Wassertröpfchen im Coalescer-Element zusammengeführt wurde, kann der Wasseranteil aus dem Flüssigkeitsgemisch besser und effizienter abgeschieden werden. Dies erfolgt in erleichterter und verbesserter Weise an dem radial überstehenden Prallkragen, der sich axial zwischen dem Coalescer-Element und dem Hauptfilterelement befindet.
Nach dem Einleiten der zu reinigenden Flüssigkeit durchströmt diese zunächst das Coalescer-Element in Radialrichtung, vorzugsweise radial von innen nach außen. Im Anschluss daran werden die größeren Wassertröpfchen abgeschieden, und zwar insbesondere an dem Prallkragen, wobei die verbliebene Hauptflüssigkeit, also üblicherweise der Kraftstoff oder das Öl, zur weiteren Filtration dem Hauptfilterelement zugeführt wird und vorteilhafterweise dieses radial von außen nach innen durchströmt. In dem Hauptfilterelement, das vorzugsweise als Partikelfilter ausgebildet ist, findet eine Filtration der Hauptflüssigkeit statt, und es werden Verunreinigungen ausgefiltert. Die gereinigte Flüssigkeit wird anschließend axial über das Mittelrohr abgeleitet.
Die einteilige Ausführung von Prallkragen und Mittelrohr erleichtert zum einen die Montage des Flüssigkeitsfilters, zum andern wird hierdurch auch die Stabilität verbessert. Die Abscheidung der Wassertröpfchen kann an beiden Flanken bzw. Stirnseiten des Prallkragens erfolgen, indem beispielsweise beim axialen Überströmen von der Austrittsseite des Coalescer-Elements zur Anströmseite des Hauptfilterelementes bereits ein Teil der koaleszierten Wassertröpfchen an die unmittelbar zugewandte Stirnseite des Prallkragens auftreffen. Ein weiterer Teil wird auf die gegenüberliegende Stirnseite des Prallkragens geleitet, indem die Wassertröpfchen des Flüssigkeitsgemisches an der Anströmseite des Hauptfilterelementes abgeschieden werden und anschließend auf die unmittelbar zugewandte Stirnseite des Prallkragens treffen. Unterstützt werden kann dies durch eine hydrophobe Beschichtung an der Anströmseite des Hauptfilterelementes.
Vorteilhafterweise ist der Flüssigkeitsfilter in einer zumindest annähernd senkrecht stehenden Betriebsposition eingebaut, so dass das Mittelrohr vertikal verläuft. In dieser Montageposition befindet sich zweckmäßigerweise das Coalescer-Element unten und das Hauptfilterelement darüber, also oberhalb des Coalescer-Elementes. Die Einleitung des Flüssigkeits gemisches erfolgt vorzugsweise von unten, jedoch nicht über das Mittelrohr, sondern über einen Zuström-Ringraum zwischen der äußeren Mantelfläche des Mittelrohres und der radialen Innenseite des Coalescer-Elementes. Von dort wird das Coalescer-Element radial von innen nach außen durchströmt, anschließend wird das Flüssigkeitsgemisch im Ringraum zwischen der Außenseite des Coalescer-Elementes und der Innenseite der Filtergehäusewandung axial in Richtung der Rohr- bzw. Anströmseite des Hauptfilterelementes geleitet. Vorteilhafterweise besitzen das Coalescer-Element und das Hauptfilterelement den gleichen Außendurchmesser, so dass unter der Voraussetzung eines axial konstant bleibenden Querschnittes des Aufnahmeraums im Filtergehäuse auch ein entsprechend konstanter Ringraum für die axiale Überströmung von der Außenseite des Coalescer-Elements zur Außenseite des Hauptfilterelementes möglich ist.
Der Vorteil der axial übereinander angeordneten Filterelemente mit oben liegendem Hauptfilterelement und unten liegendem Coalescer-Element ist außerdem darin zu sehen, dass die Wassertröpfchen aus dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch, die an der Anströmseite des Hauptfilterelementes abgeschieden werden, durch die Wirkung ihrer Gewichtskraft in Richtung des Prallkragens beaufschlagt werden und in diesem aufgefangen werden. Zur verbesserten Ableitung des abgeschiedenen Wassers aus dem Prallkragen ist es vorteilhaft, dass mindestens eine Ablaufrinne vom Prallkragen abzweigt, welche das abgeschiedene Wasser in einen Wassersammelraum leitet. Dieser Wassersammelraum befindet sich beispielsweise am Boden des Filtergehäuses, von wo aus das gesammelte Wasser ausgeleitet werden kann. Die Ablaufrinne verläuft zweckmäßigerweise achsparallel und befindet sich an der radialen Außenseite des Coalescer-Elements. Sie kann an einem Stützgerüst gehalten sein, das insbesondere einteilig mit dem Prallkragen ausgebildet ist und vorzugsweise das Coalescer-Element radial umschließt. Dieses Stützgerüst verbessert zusätzlich die Stabilität des üblicherweise aus einem weichen Filtermaterial bestehenden Coalescer-Elements. Das Mittelrohr, der Prallkragen, die Ablaufrinne sowie das Stützgerüst bilden gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ein gemeinsames, einteiliges Bauteil.
Um die an der Außenseite des Hauptfilterelementes abgeschiedenen Wassertröpfchen effektiv sammeln zu können, weist der Prallkragen zweckmäßigerweise einen radial außen liegenden und nach oben gewölbten Rand auf, wodurch am Prallkragen eine umlaufende Sammelrinne gebildet ist, von der die Ablaufrinne vertikal nach unten abzweigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Kraftstofffilter, mit einem Mittelrohr und einem um das Mittelrohr gelegten, ringförmigen Coalescer-Element sowie einem ringförmigen Hauptfilterelement, zwischen denen ein radial überstehender Prallkragen zum Auffangen abgeschiedener Wassertröpfchen angeordnet ist,
2 das Mittelrohr, der Prallkragen sowie das Coalescer-Element und das Hauptfilterelement in einer perspektivischen Einzeldarstellung.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
Bei dem in 1 dargestellten Flüssigkeitsfilter 1 handelt es sich um einen Kraftstofffilter, der einerseits zur Abscheidung von Wassertröpfchen, welche sich dispersiv im Kraftstoff befinden, und andererseits zur Filtration von Schmutzpartikeln vorgesehen ist. Der Kraftstofffilter 1 besteht aus einem topfförmigen Filtergehäuse 2, in welchem ein Kunststoff-Mittelrohr 3 aufgenommen ist, das einerseits als Stützgerüst für die Filterelemente dient und zum andern für die Ableitung des gereinigten Mediums. Auf das Mittelrohr 3 sind zwei ringförmige Filterelemente 4 und 5 gelegt, die radial hintereinander von der zu reinigenden Flüssigkeit durchströmt werden. Es handelt sich hierbei um ein Coalescer-Element 4, welches benachbart zum Boden 7 des Aufnahmeraums im Filtergehäuse 2 angeordnet ist, und um ein Hauptfilterelement 5, welches sich axial an das Coalescer-Element 4 anschließt, und sich oberhalb des Coalescer-Elements befindet. Das Mittelrohr 3, das Coalescer-Element 4 und das Hauptfilterelement 5 weisen eine gemeinsame Längsachse 6 auf.
Das Coalescer-Element 4 hat koaleszierende Funktion und dient dazu, das Wasser im Kraftstoff, welches als feine Wassertröpfchen im Kraftstoff verteilt ist, anzureichern und zu größeren Wassertröpfchen zusammenzuführen. Hierzu wird das Gemisch, wie mit den Pfeilen 8 und 9 dargestellt, über eine Einströmöffnung 11 axial in den Aufnahmeraum im Filtergehäuse 2 eingeleitet. Das Gemisch ist mit den Pfeilen 8 und 9 gekennzeichnet, wobei das Bezugszeichen 8 den Kraftstoffanteil (durchgezogener Strich) und das Bezugszeichen 9 den Wasseranteil (gestrichelte Linie) bezeichnet. Über die Einströmöffnung 10 strömt das Kraftstoff-Wasser-Gemisch 8, 9 in einen Zuström-Ringraum 11, welcher zwischen der Außenseite des Mittelrohres 3 und der radialen Innenseite, die zugleich die Anströmseite darstellt, des Coalescer-Elementes 4 angeordnet ist. Der Zuström-Ringraum 11 erstreckt sich axial über die Länge des Coalescer-Elementes 4. Vom Zuström-Ringraum 11 aus durchströmt das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser das Coalescer-Element 4 radial von innen nach außen. Nach dem Austritt auf der radial außen liegenden Seite des Coalescer-Elementes ist der Wasseranteil zu größeren Wassertröpfchen zusammengeführt, wobei das Coalescer-Element in der Weise aufgebaut ist, dass weder eine Abscheidung des Wasseranteils noch eine Filtration des Gemisches von Verunreinigungen stattfindet.
Einteilig mit dem Mittelrohr 3 ist ein radial überstehender Prallkragen 12 ausgebildet, der eine größere radiale Erstreckung aufweist als das Coalescer-Element 4 und das Filterelement 5, die beide den gleichen Außenradius besitzen. Der Prallkragen 12 weist radial außen liegend einen schräg nach oben weisenden Rand 13 auf, wodurch in unmittelbarer Nähe zur Außenseite des Hauptfilterelementes 5 eine horizontale, umlaufende Sammelrinne 14 gebildet ist. Der Prallkragen 12 befindet sich axial zwischen dem unten liegenden Coalescer-Element 4 und dem darüber liegenden Hauptfilterelement 5. Beide Filterelemente 4, 5 grenzen stirnseitig unmittelbar an den Prallkragen 12, der eine axiale End- bzw. Stirnscheibe für die Elemente 4 und 5 bildet.
Die Sammelrinne 14 ist mit einer Ablaufrinne 15 strömungsverbunden, die an einem Stützgerüst 16 gehalten ist und sich an der äußeren Mantelseite des Coalescer-Elementes 4 vertikal und damit achsparallel zur Längsachse 6 nach unten erstreckt. Über die Ablaufrinne 15 wird in der Sammelrinne 14 aufgefangenes Wasser nach unten zum Boden des Aufnahmeraums im Filtergehäuse 2 geleitet, der einen Wassersammelraum bildet. Vom Boden aus kann das gesammelte Wasser ausgeleitet werden.
Das Mittelrohr 3, der Prallkragen 12, die Ablaufrinne 15 und das Stützgerüst 16 sind vorteilhafterweise als einteiliges Bauteil ausgeführt, das insbesondere aus einem Kunststoffmaterial besteht. Das Stützgerüst 16 umfasst unmittelbar auf der Außenseite des Coalescer-Elementes 4 umlaufende und das Coalescer-Element einfassende Streben, die ggf. von vertikalen Streben verbunden sind, jedenfalls aber von der Ablaufrinne 15 gehalten sind, welche von der Sammelrinne 14 abzweigt und einteilig mit dieser ausgebildet ist.
Im Betrieb des Flüssigkeitsfilters 1 wird das Kraftstoff-Wasser-Gemisch, welches das Coalescer-Element 4 radial passiert hat, über den Strömungsringraum zwischen der Außenseite von Coalescer-Element 4 bzw. Hauptfilterelement 5 und Innenseite der Wandung des Filtergehäuses 2 axial nach oben geleitet. Hierbei gelangen die vergrößerten Wassertröpfchen teilweise in Anlage an die Innenwand des Filtergehäuses und auch an die Unterseite des Prallkragens 12 und werden an der jeweiligen, betreffenden Stelle abgeschieden. Der verbleibende Anteil strömt axial weiter in Richtung auf die radial außen liegende Anströmseite des Hauptfilterelementes 5, welche vorteilhafterweise mit einem hydrophoben Material beschichtet ist, um ein radiales Durchströmen des Hauptfilterelementes von dem Wasseranteil zu verhindern. Die Wassertröpfchen werden daraufhin an der Anströmseite des Hauptfilterelementes 5 abgeschieden und tropfen nach unten in Richtung des Prallkragens 12 ab, wo das Wasser in der Sammelrinne 14 gesammelt und über die Ablaufrinne 15 zum Boden 7 abgeleitet wird. Der vom Wasseranteil befreite Kraftstoff strömt radial von außen nach innen durch das Hauptfilterelement 5, in welchem eine Filtration stattfindet.
An der radialen Innenseite des Hauptfilterelementes 5, die die Reinseite darstellt, ist das Mittelrohr 3 mit Strömungsdurchbrechungen 17 versehen, über die der gereinigte Kraftstoff in das Innere des Mittelrohres 3 gelangt, von wo aus eine axiale Ableitung nach unten erfolgt. In Höhe des Coalescer-Elementes 4 weist das Mittelrohr 3 keine derartigen Strömungsdurchbrechungen auf, in diesem Abschnitt ist das Mittelrohr 3 strömungsdicht ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2004/082804 A1 [0002]

Claims

Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, vorzugsweise Dieselfilter, mit einem ringförmigen Hauptfilterelement (5) und einem dem Hauptfilterelement (5) axial vorgeschalteten, ringförmigen Coalescer-Element (4) in einem Filtergehäuse (2), mit einem Mittelrohr (3) zur Zu- oder Ableitung von Flüssigkeit, wobei das Hauptfilterelement (5) und das Coalescer-Element (4) in Radialrichtung zu durchströmen sind, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen Hauptfilterelement (5) und Coalescer-Element (4) ein radial überstehender Prallkragen (12) zum Auffangen abgeschiedener Wassertröpfchen angeordnet ist und dass der Prallkragen (12) fest mit dem Mittelrohr (3) verbunden ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkragen (12) einteilig mit dem Mittelrohr (3) ausgebildet ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Prallkragen (12) eine Sammelrinne (14) eingebracht ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Prallkragen (12) ein radial außenliegender, nach oben gewölbter Rand (13) angeordnet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ablaufrinne (15) vom Prallkragen (12) abzweigt, über die abgeschiedenes Wasser in einen Wassersammelraum zu leiten ist.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufrinne (15) an der äußeren Mantelfläche des Coalescer-Element (4) verläuft.
Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassersammelraum am Boden des Filtergehäuses (2) gebildet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufrinne (15) an einem Stützgerüst (16) gehalten ist, das einteilig mit dem Prallkragen (12) ausgebildet ist.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine senkrecht stehende Betriebsposition mit vertikalem Mittelrohr (3), wobei das vorgeschaltete Coalescer-Element (4) unten und das Hauptfilterelement (5) oben liegt.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Coalescer-Element (4) und das Hauptfilterelement (5) den gleichen Außendurchmesser aufweisen.
Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der radialen Innenseite des Coalescer-Elements (4) und der äußeren Mantelfläche des Mittelrohrs (3) ein Zuström-Ringraum (11) gebildet ist, über den die zu filtrierende Flüssigkeit dem Coalescer-Element (4) zuzuführen ist.