Filtervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere für mit Wasserbeimengungen belastete Fluide wie Dieselöl, mit einem Filtergehäuse, in dem mindestens ein Filterelement aufnehmbar ist, dessen Filtermedium beim Filtriervorgang im Filtergehäuse eine Rohseite von einer Reinseite trennt, wobei eine Wassersammeieinrichtung vorhanden ist, die auf der Reinseite abgeschiedenes Wasser aufnimmt.

Filtervorrichtungen der oben genannten Art sind Stand der Technik. Sie werden beispielsweise bei Kraftstoffsystemen für Verbrennungsmotoren eingesetzt, um empfindliche Komponenten, insbesondere Einspritzsysteme, gegen Beeinträchtigungen durch im Kraftstoff mitgeführte Wasseranteile zu schützen. Die Abscheidung von im Kraftstoff mitgeführten Wassseranteilen kann hierbei durch einen Koagulationsprozess bewirkt werden, bei dem an dem Filtermedium Wassertröpfchen gebildet werden, die aus einem am Filterelement gebildeten Abscheideraum zur Wassersammeieinrichtung abfließen können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung zu schaffen, die sich durch eine vergleichswei- se höhere Effizienz der Wasserabscheidung auszeichnet. Diese Aufgabe löst erfindungsgemäß eine Filtervorrichtung, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentli- che Besonderheit der Erfindung darin, dass in der Wassersammeleinrich- tung Sammelräume sowohl für aus der Reinseite als auch für aus der Rohseite abfließendes Wasser gebildet sind.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird somit nicht nur die Koales- zenzwirkung genutzt, durch die beim Durchdringen des Filtermediums an der Reinseite des Systems eine Tröpfchenbildung bewirkt wird, sondern es wird zusätzlich auf der Rohseite abgeschiedenes Wasser in den zugeordneten Sammelraum der Sammeleinrichtung geleitet. Die rohseitige Wasserab- scheidung beruht hauptsächlich darauf, dass relativ große Wassertropfen durch Gravitationswirkung ausgeschieden werden, jedoch kann eine zusätzliche Tröpfchenbildung auch an der Rohseite des Filtermediums durch Koaleszenz erfolgen, insbesondere wenn das Filtermedium an seiner Rohseite mit einer koalisierenden Beschichtung versehen ist. Aufgrund der roh- seitigen Abscheidung ist ein Durchdringen des Filtermediums durch die gesamte Wasserlast des Kraftstoffes somit nicht erforderlich, sondern lediglich kleine und kleinste Wassertropfen passieren das Filtermedium, erfahren eine Koaleszenz und werden in den reinseitigen Sammelraum abgeschieden, der vom rohseitigen Sammelraum gesondert ist. In vorteilhafter Weise kann daher die erfindungsgemäße Filtervorrichtung mit Kraftstoff, der mit Wasser stärker beladen ist, betrieben werden, ohne dass die Wirkung beeinträchtigt wird, beispielsweise durch eine Übersättigung des Filtermediums.

Vorzugsweise sind die beiden Sammelräume fluiddicht voneinander getrennt. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist das Filterelement beim Filtriervorgang von der der Seitenwand des Filtergehäuses benachbarten äußeren Rohseite her zum inneren, die Reinseite bildenden Filterhohlraum hin durchströmbar, aus dem das abgeschiedene Wasser in den ersten Sammelraum der Sammeleinrichtung abfließt.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist eine Trenneinrichtung vorgesehen, die ein Trennelement sowohl zwischen dem unteren Ende des das Filterelement aufnehmenden Hauptteils des Gehäuses als auch zwi- sehen erstem und zweitem Sammelraum der Wassersammeieinrichtung bildet.

Bei derartigen Ausführungsbeispielen können die Anordnungen mit besonderem Vorteil so getroffen sein, dass die Trenneinrichtung einen auf die Achse des Filterhohlraumes des Filterelements ausgerichteten zentralen Durchlass für das Abfließen des reinseitig abgeschiedenen Wassers in den in der Sammeleinrichtung zentral gelegenen ersten Sammelraum sowie zumindest einen zum Durchlass radial versetzen Durchgang für den Abfluss des rohseitig abgeschiedenen Wassers zum zweiten Sammelraum aufweist, der den ersten Sammelraum umgibt.

Für die Verbindung zwischen der Rohseite und dem zugeordneten Sammelraum kann zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem bodenseitigen Abschlussbereich des Filterelementes mindestens eine Spaltöffnung, vor- zugsweise in Form eines umlaufenden Ringspaltes, vorgesehen sein, über den das Wasser von der Rohseite in den zuordenbaren Sammelbehälter abfließt.

Die Anordnung kann mit besonderem Vorteil so getroffen sein, dass das der Sammeleinrichtung zugewandte untere Ende des Filtermediums oder des bodenseitigen Abschlussbereiches des Filterelementes von einer Endkappe eingefasst ist, die an einer Elementaufnahme des Filtergehäuses festlegbar ist, die den zentralen Durchlass für aus der Reinseite abfließendes Wasser aufweist und zusammen mit einem sich zwischen dem zentralen Durchlass und der Seitenwand des Gehäuses verlaufenden Wandteil, in dem die Durchgänge für den Abfluss des Wassers aus der Rohseite ausgebildet sind, die Trenneinrichtung bildet.

Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass die Elementaufnahme für die Aufnahme eines zentralen Rohrstutzens der Endkappe, der den Filterhohlraum fortsetzt, einen zentralen Aufnahmestutzen aufweist, dessen unterer Endrand, der der Sammeleinrichtung zugewandt ist, die durch ein schalenförmiges Bodenteil des Gehäuses gebildet ist, mit dem oberen Endrand des ersten Sammelraumes in abgedichteter Verbindung ist, der durch einen im Bodenteil zentral angeordneten, boden- seitig geschlossenen Hohlzylinder gebildet ist.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen grenzt das die Durchgänge für aus der Rohseite abfließendes Wasser aufweisende Wandteil der Elementaufnahme an einen nach unten vorstehenden Ringkörper des Gehäuses an, der die Verbindung zwischen dem Hauptteil des Gehäuses und den Bodenteil bildet, dessen Seitenwand über ein Dichtelement mit dem Ringkörper verbunden ist und zusammen mit diesem den zweiten, rohseitigen Sammelraum verschließt, der den innenliegenden ersten Sammelraum umgibt. Vorzugsweise ist an jedem Sammelraum eine Ablassschraube bodenseitig angeordnet, und mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Bodenteil mindestens ein das visuelle Erkennen zumindest des Füllstandes des äußeren, zweiten Sammelraumes ermöglichendes Wandteil aufweist. In vorteilhafter Weise kann das Bodenteil beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial ausreichender Durchsichtigkeit einstückig geformt sein. Um in Fällen, in denen das Wasservolumen des reinseitigen, inneren Sammelraumes zum großen Teil vom rohseitig abgeschiedenen Wasservolumen umgeben ist, eine Sichtmöglichkeit zu schaffen, die es dem Bediener er- möglicht, rein- und rohseitig abgeschiedene Wasservolumina möglichst frei von darüber befindlichem Dieselöl abzulassen, kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass die Ablassschraube des inneren, ersten Sammelraumes an einem Sichtrohr angeordnet ist, das sich zur Bildung einer visuell nutzbaren Beobachtungsstrecke vom Boden des ersten Sammelrau- mes nach unten erstreckt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer mit einer Wasser- Abscheideeinrichtung versehenen Kraftstofffiltervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig.2 einen leicht schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung und

Fig.3 einen gegenüber Fig.2 vergrößert gezeichneten Teil- Längsschnitt des in Fig.2 mit III bezeichneten Bezirks. Nachstehend ist die Erfindung am Beispiel eines Kraftstofffilters erläutert, der in einem (nicht gezeigten) Kraftstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors zur Reinigung von Dieselöl vorgesehen ist, das mit gewissen Wasserbeimengungen verunreinigt ist. Die Erfindung eignet sich gleicher- maßen für andersartige Fluide.

Die Vorrichtung weist ein Filtergehäuse 1 mit einem hohlzylinderförmigen Hauptteil 3 und einem sich an dessen Unterseite anschließenden Bodenteil auf. Am oberen Ende ist mit dem Hauptteil 3 ein Gehäusedeckel 7 ver- schraubt, der für Einbau und Ausbau eines Filterelements 9 abnehmbar ist. Zwischen der Außenseite des durch eine Filtermatte gebildeten Filtermediums 1 1 des im Gehäuse 1 aufgenommenen Filterelements 9 und der Innenwand des Gehäuses 1 befindet sich ein Zwischenraum, der beim Filtrationsvorgang die Rohseite 13 bildet. Der zu reinigende Kraftstoff ist über eine Einlauföffnung 1 5 zur Rohseite 1 3 zuführbar und durchströmt das Filterelement 9 von außen nach innen zu einem inneren Filterhohlraum 1 7 hin, der beim Filtrationsvorgang die Reinseite 19 bildet.

In der bei Filterelementen üblichen Weise sind an den Enden Endkappen 21 und 23 vorgesehen, die Einfassungen für das Filtermedium 1 1 und ein an dessen Innenseite anliegendes, fluiddurchlässiges Stützrohr 25 bilden. In einem radialen Abstand vom Stützrohr 25 befindet sich ein den inneren Filterhohlraum 17 rohrförmig umgebendes hydrophobes Sieb 26. Um eine Wasserabscheidung zu bewirken, wird bei derartigen Kraftstofffiltern ein Filtermedium 1 1 benutzt, das für das von Kraftstoff mitgeführte Wasser koagulierend wirkt, so dass Wasser in Tröpfchenform ausfällt, das in dem Zwischenraum zwischen Stützrohr 25 und hydrophobem Sieb 26 verbleibt und absinkt, da das Sieb 26 für koagulierte Wassertropfen undurchlässig ist. Der Zwischenraum bildet daher einen Wasser-Abscheideraum 27, in den das abgeschiedene Wasser zur Endkappe 23 absinkt. Mit dieser unteren Endkappe 23 ist das Filterelement 9 an einer gehäusefesten Elementaufnahme 29 festgelegt, die sich oberhalb des Bodenteils befindet, das einen Wassersammei räum 31 bildet, aus dem abgesondertes Wasser über einen Wasserablass 33 abführbar ist. Für die Zusammenwirkung mit der Elementaufnahme 29 weist die Endkappe 23 bei der dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung einen zentralen Rohrstutzen 35 als Durchlass für den aus der Reinseite 19, d.h. dem inneren Filterhohlraum 1 7, austretenden, abgereinigten Kraftstoff auf, der zu einem in der Elementaufnahme 29 befindlichen Kraftstoffaustritt 37 und von dort zur Außenseite des Gehäuses 1 gelangt. Für den Abfluss des im Abscheideraum 27 befindlichen, abgeschiedenen Wassers ist in der Endkappe 23 ein den Rohrstutzen 35 umgebender, zum Abscheideraum 27 offener Wasserdurchlass 39 gebildet, über den das abgeschiedene Wasser unmittelbar entlang der Außenseite der Elementaufnahme 29 zum Wassersammeiraum 31 gelangt. Die entsprechenden Strömungsverhältnisse sind in Fig.1 mit Strömungspfeilen verdeutlicht, von denen die Pfeile 41 den Kraftstoffzustrom zur Rohseite 13, die Pfeile 43 die Strömung des gereinigten Dieselöls und die Pfeile 45 die Wasserströmung verdeutlichen. Zur Abdichtung der an der Außenseite des Filterelements 9 befindlichen Rohseite 13 gegenüber dem bodenseitigen Wassersammei räum 31 befindet sich am Außenumfang der Endkappe 23 eine Dichtungsanordnung in Form eines gegen die Innenseite des Filtergehäuses abdichtenden Dichtringes 47. Die Endkappe 23 bildet so eine Trenneinrichtung, die den Hauptteil 3 des Gehäuses 1 vom darunterliegenden Bodenteil trennt, das den Wassersammeiraum 31 bildet.

In Fig.2, die das hier zu beschreibende Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung zeigt, ist die Einlauföffnung (1 5 in Fig.1) für den Kraftstoffeintritt zur Rohseite 13 des Gehäuses 1 nicht dargestellt. Auch ist der innere Aufbau des Filterelementes 9 nicht gezeigt, da er dem in Fig.1 gezeigten Stand der Technik entsprechen kann. Wie bei Fig.1 ist auch hier für den aus der Reinseite 19, d.h. dem inneren Filterhohlraum 1 7, austre- tenden, abgereinigten Kraftstoff ein in der Elementaufnahme 29 befindlicher Kraftstoffaustritt 37 vorhanden, der zur Außenseite des Gehäuses 1 führt.

Während beim Stand der Technik die Endkappe 23 des Filterelementes 9 an ihrem radial außen liegenden Rand mit einem an der Gehäusewand anliegenden Dichtelement 47 die Trenneinrichtung zwischen Gehäusehauptteil 3 und der darunterliegenden Sammeleinrichtung (Bodenteil) bildet, befindet sich beim Ausführungsbeispiel von Fig.2 zwischen dem Außenrand der Endkappe 23 und der Gehäusewand 53 ein Spalt 18, über den sich die Rohseite 13 nach unten in Richtung auf die Elementaufnahme 29 fortsetzt. In der Rohseite 13 abgeschiedenes Wasser fließt so, wie mit Pfeil 45 verdeutlicht, in Richtung auf das Bodenteil ab. Die Elementaufnahme 29 bildet mit ihrem nach oben vorspringenden Aufnahmestutzen 49 nicht nur den Sitz für den zentralen Rohrstutzen 35, der von der Endkappe 23 des Filter- elementes 9 vorspringt und im Aufnahmestutzen 49 durch Dichtringe 57 abgedichtet aufgenommen ist, sondern bildet auch die Trenneinrichtung zwischen Rohseite 13 und Reinseite 19 und damit zwischen einem reinseitigen, ersten Sammelraum 61 und einem rohseitigen, zweiten Sammelraum 67 im Bodenteil. In diesem ist der erste Sammelraum 61 durch einen bo- denseitig geschlossenen Hohlzylinder 59 gebildet, der am oberen Ende offen ist. Der Endrand dieser oberen Öffnung des ersten Sammelraumes 61 ist über einen Dichtring 63 mit dem unteren Endrand 65 des Aufnahmestutzens 49 der Elementaufnahme 29 in Verbindung. Dadurch ist der erste Wassersammei räum 61 , der Bestandteil der Reinseite 19 des Systems ist, fluiddicht gegenüber dem ihn umgebenden Raum innerhalb des Bodenteils abgedichtet. Dieser Teil bildet den zweiten Wassersammei räum 67.

Als Bestandteil der Trenneinrichtung weist die Elementaufnahme 29 ein Wandteil 51 auf, das sich zwischen dem Aufnahmestutzen 49 und der Ge- häusewand 53 erstreckt. Dieses Wandteil 51 weist Durchgänge 55 auf, die neben dem Hohlzylinder 59 des ersten Sammelraums 61 in den diesen umgebenden zweiten Sammelraum 67 münden und durch die das rohseitig abgeschiedene Wasser abfließt, so dass der zweite Sammelraum 67 insoweit Bestandteil der Rohseite 13 bildet. Für die Abdichtung des zweiten Sammelraumes 67 gegenüber der Seitenwand 53 des Gehäuses 1 übergreift das schalenförmig ausgebildete Bodenteil mit seinem oberen Randbereich einen Ringkörper 69, der sich von dem die Durchgänge 55 aufweisenden Wandteil 51 nach unten erstreckt, wobei für die Abdichtung des zweiten Sammelraumes 67 nach außen ein Dichtelement 71 zwischen Stufen am Ringkörper 69 und der Wand des Bodenteils eingesetzt ist.

Das Bodenteil kann aus einem Werkstoff einstückig geformt sein, der zumindest insoweit lichtdurchlässig ist, dass eine Beobachtung des Füllstandes visuell erkennbar ist. Während der außen liegende zweite Sammelraum 67 insoweit einsehbar ist, kann die Beobachtung des Füllstandes des innen liegenden ersten Sammelraums 61 erschwert oder gar nicht möglich sein, wenn der äußere Sammelraum 67 entsprechend weit gefüllt ist. Um dem abzuhelfen, sind die für beide Sammelräume 61 und 67 vorgesehenen, bo- denseitigen Ablasseinrichtungen 73 bzw. 75 in unterschiedlichen Höhenstufen angeordnet, wobei, wie in der Zeichnung gezeigt, die Ablasseinrich- tung 73 vom Boden des ersten Sammelraums 61 weg über ein Rohrstück 77 nach unten versetzt angeordnet ist. Für Ablassvorgänge bildet das Rohrstück 77 so ein Sichtrohr, das es ermöglicht, Wasser aus dem ersten Wassersammeiraum 61 so weit abzulassen, dass praktisch kein Austritt des darüberlie- genden Dieselöls erfolgt, weil der Ablassvorgang visuell beobachtbar ist. Entsprechendes gilt für Ablassvorgänge aus dem zweiten Sammelraum 67, dessen Füllstand ohne weiteres visuell beobachtbar ist.