Beschreibung

Filterelement für einen Flüssigkeitsfilter

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement für einen Flüssigkeitsfilter, insbesonde- re für Kraftstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Stand der Technik

In der WO 2004/082804 A1 wird ein Filtersystem für Dieselkraftstoffe beschrieben, das als Filterelement einen ringförmigen Partikelfilter in einem Filtergehäuse aufweist. Dem Filterelement ist ein ebenfalls ringförmiges Coalescer-Element vorgeschaltet, das die Aufgabe hat, im Kraftstoff dispersiv vorliegende Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammenzulagern, um die Wasserabscheidung zu erleichtern. Das Coalescer- Element ist dem Filterelement axial vorgelagert, beide Bauteile sind um ein zentral im Aufnahmeraum des Filtergehäuses angeordnetes Mittelrohr gelagert, welches zur Ablei- tung des gereinigten Kraftstoffes dient.

Bei der Kraftstofffiltration wird zunächst das Coalescer-Element radial von innen nach außen durchströmt, wobei an der Innenwand des umgreifenden Filtergehäuses eine Abscheidung von Wassertröpfchen stattfindet, die nach unten in ein Wasserreservoir abströmen. Anschließend wird der Kraftstoff durch das Filterelement radial von außen nach innen geführt und der gereinigte Kraftstoff axial über das Mittelrohr abgeleitet.

Des Weiteren ist es aus der EP 1 326 693 B1 bekannt, zur Filtration von Hydrauliköl ein ringförmiges Filterelement, das einen zylindrischen Reinraum mit einem Mittelrohr auf- weist, radial von außen nach innen zu durchströmen. Die Filtervorrichtung weist ein By- passventil zwischen Roh- und Reinseite auf, das von einer Druckfeder in die Schließposition kraftbeaufschlagt ist, welche sich an einem Siebgehäuse abstützt, das in den Innenraum des Filterelementes einragt. Mit dem Öffnen des Bypassventils strömt die unfiltrierte Flüssigkeit durch die Wandung des Siebgehäuses in den Reinraum.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen bei einer Flüssigkeitsfiltration dispersiv enthaltene Wassertröpfchen in effektiver Weise abzuscheiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Das erfindungsgemäße Filterelement wird in einem Flüssigkeitsfilter eingesetzt, bei dem es sich vorteilhafterweise um einen Kraftstofffilter handelt, vorzugsweise um einen Dieselkraftstofffilter. Möglich ist aber auch eine Anwendung beispielsweise zur Filtration von Hydrauliköl. Der Flüssigkeitsfilter weist in einem Filtergehäuse ein ringförmiges Filterelement auf, das insbesondere als Partikelfilter dient und radial von außen nach innen durchströmt wird. Der Innenraum des hohlzylindrischen Filterelementes bildet den Reinraum, über den das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird. In den Reinraum kann ein Mittelrohr eingesetzt sein, welches dem Filtermittel des Filterelementes, das beispielsweise falten- förmig ausgebildet ist, zusätzliche Stabilität verleiht.

Das Filterelement weist ein Wasserabscheidesieb auf, welches in den Innenraum im Filterelement, gegebenenfalls in das Mittelrohr eingesetzt ist. Das Wasserabscheidesieb bildet ein separat vom Filterelement bzw. vom Mittelrohr ausgebildetes Bauteil und ist mit dem Filterelement bzw. einem am Filterelement angeordneten Bauteil verbunden. Am Wasserabscheidesieb erfolgt die Abscheidung von Wassertröpfchen, welche in der Flüssigkeit, also beispielsweise dem Kraftstoff oder dem Hydrauliköl enthalten sind. Der Reinraum im Filterelement ist axial einenends mit einem Wassersammeiraum strö- mungsverbunden, welcher im Filtergehäuse angeordnet ist, und axial anderenends mit einer Flüssigkeitsabströmleitung, über die die gereinigte Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsfilter abgeleitet wird. Die Ableitung des abgeschiedenen Wassers am Wasserabscheidesieb einerseits und der gereinigten Flüssigkeit andererseits erfolgt somit in axial entgegengesetzte Richtungen aus dem Reinraum innerhalb des Filterelementes. Dies erlaubt beispielsweise eine Anordnung des Flüssigkeitsfilters, bei der der Wassersam- melraum im unten liegenden Bereich des Filtergehäuses angeordnet ist und die gereinigte Flüssigkeit axial nach oben aus dem Reinraum abgeleitet wird. Das im Wassersammeiraum aufgenommene Wasser kann beispielsweise über ein Ventil aus dem Filtergehäuse abgeleitet werden. Die Abströmung abgeschiedener Wassertröpfchen vom Wasserabscheidesieb in den Wassersammeiraum erfolgt somit in Richtung der Gewichtskraft der Wassertröpfchen.

Das Wasserabscheidesieb kann in das Mittelrohr eingesetzt sein und wird von der ge- reinigten Flüssigkeit durchströmt. Vorteilhafterweise ist der Außendurchmesser des Wasserabscheidesiebs kleiner als der Innendurchmesser des Mittelrohrs. Die gereinigte Flüssigkeit strömt radial von außen durch die Öffnungen in der Wandung des Wasserabscheidesiebs nach innen und anschließend axial aus dem Reinraum ab. Am Außenmantel des Wasserabscheidesiebs werden die in der Flüssigkeit mitgeführten Was- sertröpfchen abgeschieden, die der Gewichtskraft folgend an der Außenwand des Wasserabscheidesiebs nach unten in Richtung des Wassersammeiraums geleitet werden.

Die Verbindung zwischen dem Wasserabscheidesieb und dem Filterelement bzw. einem Bauteil des Filterelementes erfolgt insbesondere in lösbarer Weise, beispielsweise über eine Rastverbindung, so dass mit dem Erreichen der Raststellung das Wasserabscheidesieb formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Filterelement bzw. einem Bauteil des Filterelementes verbunden ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Verbindung des Wasserabscheidesiebs mit einer Endscheibe, die stirnseitig auf das Filtermittel des Filterelementes aufgesetzt ist. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Verbindung des Wasserabscheidesiebs mit dem Mittelrohr.

Das Wasserabscheidesieb ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei auch eine konische Ausführung des Wasserabscheidesiebs in Betracht kommt. Das Wasserabscheidesieb erstreckt sich zweckmäßigerweise über die gesamte axiale Länge des Reinraums bzw. des Mittelrohrs im Reinraum.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist im Flüssigkeitsfilter zusätzlich zum Filterelement ein Coalescer-Element angeordnet, welches zweckmäßigerweise in das Filterelement integriert ist. Bei dem zu reinigenden Fluid handelt es sich um disper- sives Gemisch von zwei Flüssigkeiten, beispielsweise um Kraftstoff mit dispersiv eingelagertem Wasser, die voneinander getrennt werden sollen. Mithilfe des Coalescer- Elementes können feine Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammengeführt werden, ohne jedoch eine Abscheidung zu bewirken. Im Coalescer-Element werden somit lediglich größere Wassertröpfchen erzeugt, die nach dem Durchströmen des Coa- lescer-Elementes am Wasserabscheidesieb, das sich im Reinraum befindet, abgeschieden werden. Das Coalescer-Element ist beispielsweise auf der Reinseite des Filterelementes angeordnet, insbesondere zwischen der radialen Innenseite des Filtermittels des Filterelementes und dem Mittelrohr. In Betracht kommt aber auch eine Anordnung des Coalescer-Elements auf der Rohseite des Filterelements oder eine Integration in das Filterelement.

Für eine strömungsdichte Verbindung zwischen Roh- und Reinseite des Filterelementes ist es vorteilhaft, ein Dichtelement zwischen dem Wasserabscheidesieb und dem Bau- teil des Filterelementes vorzusehen, an dem das Wasserabscheidesieb gehalten ist. Soweit das Wasserabscheidesieb mit der Endscheibe verbunden ist, kann das Dichtelement zwischen einem Kragen des Wasserabscheidesiebs und der Endscheibe angeordnet werden. Der Kragen ist einteilig mit dem Wasserabscheidesieb ausgebildet und befindet sich an der Stirnseite des Wasserabscheidesiebs. Es kann zweckmäßig sein, den Kragen mit einem größeren Außendurchmesser als den Abscheidemantel des Wasserabscheidesiebs auszubilden.

Das Dichtelement zwischen Wasserabscheidesieb und dem Bauteil des Filterelementes ist entweder einteilig mit dem Kragen ausgebildet, insbesondere als eine am Kragen angeformte Dichtlippe, oder als ein separat ausgebildetes Dichtelement in Form eines Dichtringes.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein ringförmiges, radial von außen nach innen durchströmbares Filterelement für einen Flüssigkeitsfilter mit einem innen liegenden Reinraum im Filterelement, in den ein Wasserabscheidesieb eingesetzt ist, das separat vom Filterelement ausgebildet und mit dem Filterelement bzw. einem am Filterelement angeordneten Bauteil verbunden ist, wobei das Filterelement von einem Coalescer-Element gebildet ist. Es wird somit zunächst das Coalescer-Element und anschließend das Wasserabscheidesieb durchströmt, die eine zusammenhängende Baueinheit bilden. Ein Partikelfilter ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht zwingend erforderlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein Flüssigkeitsfilter zur Kraftstofffiltration,

Fig. 2 einen Schnitt längs durch den Flüssigkeitsfilter mit eingezeichneten Strömungs- pfeilen zur Kennzeichnung des Strömungswegs,

Fig. 3 in perspektivischer, teilgeschnittener Ansicht ein Filterelement, welches Bestandteil des Flüssigkeitsfilters ist, mit einem im inneren Reinraum angeordneten Wasserabscheidesieb,

Fig. 4 in einer weiteren, teilgeschnittenen Darstellung das Filterelement,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Details V aus Fig. 4,

Fig. 6 die stirnseitige Verbindung zwischen dem Wasserabscheidesieb und einer Endscheibe des Filterelementes in einer Ausführungsvariante.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Fig. 1 ist perspektivisch ein Flüssigkeitsfilter 1 zur Filtration von Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff dargestellt. Der Flüssigkeitsfilter 1 weist in einem Filtergehäuse 2 ein Filterelement zur Filtration des Kraftstoffes auf. Im oberen, stirnseitigen Bereich des Filtergehäuses 2 befindet sich eine Heizeinrichtung 3, in der eine Vorwärmung des zugeführten Kraftstoffes erfolgt, bevor dieser dem Filterelement im Filtergehäuse 2 zugeleitet wird. Ebenfalls im oberen Bereich des Filtergehäuses 2 befinden sich eine radiale Zuströmleitung 4 für die Zufuhr des unfiltrierten Kraftstoffes und eine radiale Abströmleitung 5 für die Ableitung des filtrierten Kraftstoffes. In Fig. 2 ist der Flüssigkeitsfilter 1 im Längsschnitt dargestellt. Im Filtergehäuse 2 ist das ringförmige Filterelement 6 aufgenommen, welches radial von außen nach innen von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird. Dementsprechend bildet der zylindrische Innenraum im Filterelement 6 den Reinraum 7, aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.

In den Reinraum 7 des Filterelementes 6 ist ein Mittel- bzw. Stützrohr 8 eingesetzt, welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht und das Filtermittel des Filterelementes 6 stützt und diesem Stabilität verleiht. Das Mittelrohr 8 kleidet den Reinraum 7 aus. An der radial innen liegenden Seite des Filtermittels des Filterelementes 6 befindet sich ein Coalescer-Element 9, das radial nach innen von dem Mittelrohr 8 begrenzt wird. Am Coalescer-Element 9 erfolgt eine Agglomeration fein verteilter Wassertröpfchen im Kraftstoff, so dass sich diese zu größeren Tröpfchen anreichern.

Im unten liegenden, bodennahen Bereich befindet sich im Filtergehäuse 2 ein Wassersammeiraum 10, in welchem Wasser gesammelt wird, welches bei der Filtration des Fluids abgeschieden wird. Das gesammelte Wasser kann über eine bodenseitige Öffnung und ein Ventil aus dem Wassersammeiraum 10 im Filtergehäuse abgeleitet wer- den.

In den Reinraum 7 ist ein Wasserabscheidesieb 1 1 eingesetzt, welches hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Mittelrohrs 8, so dass ein zwischenliegender Ringraum gebildet ist. Das Wasserabscheidesieb 1 1 erstreckt sich axial ebenso wie das Mittelrohr 8 über die gesamte Länge des Reinraums 7 bzw. des Filterelementes 6. An der äußeren Mantelfläche des Wasserabscheidesiebs 1 1 erfolgt die Abscheidung der Wassertröpfchen, welche im Kraftstoff mitgeführt werden. Die abgeschiedenen Wassertröpfchen werden, wie mit den senkrecht nach unten weisenden Pfeilen dargestellt, über die untere axiale Stirnseite des Reinraums 7 in den Wassersammeiraum 10 abgeleitet.

Die Wandung des Wasserabscheidesiebs 1 1 weist eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen auf, über die der gereinigte Kraftstoff aus dem Ringraum zwischen Mittelrohr 8 und Wasserabscheidesieb 1 1 radial nach innen in das Innere des Wasserabscheide- siebs 1 1 durchströmen kann. Anschließend erfolgt die axiale Ableitung des gereinigten und von den Wassertröpfchen befreiten Kraftstoffes über die axial oben liegende Stirnseite des Reinraums 7, welche mit der Abströmleitung 5 strömungsverbunden ist.

In Fig. 3 ist das Filterelement 6 in perspektivischer und teilgeschnittener Ansicht darge- stellt. Das Filtermittel 12 des Filterelementes 6 ist als Faltenfilter ausgebildet und an beiden Stirnseiten von jeweils einer Endscheibe 13, 14 eingefasst. Im Bereich der oberen Endscheibe 6, über deren zentrale Öffnung das gereinigte Fluid aus dem Reinraum 7 abgeleitet wird, weist das Wasserabscheidesieb 1 1 einen radial verbreiterten Kragen 15 auf, der über Schnapp- bzw. Rasthaken 16 rastschlüssig mit der Endscheibe 13 ver- bunden ist. Die Rasthaken 16 sind an der nach innen gerichteten Seite an der Endscheibe 13 angeformt bzw. einteilig mit der Endscheibe 13 ausgebildet (siehe auch Fig. 4, 5). Im verbundenen Zustand hintergreifen die Rasthaken 16 eine umlaufende, radial außen liegende Ringschulter am Kragen 15.

Wie insbesondere Fig. 5 zu entnehmen, ist benachbart zur freien Stirnseite und im radial außen liegenden Bereich am Kragen 15 eine Dichtlippe 17 angeformt, die an der radial innen liegenden Seite der Rasthaken 16 anliegt. Die Rasthaken 16 können ggf. auch als durchgehend umlaufender Rastring an der Unterseite der Endscheibe 13 aus- gebildet sein. Über die Dichtlippe 17 ist eine strömungsdichte Abdichtung zwischen der radial außenliegenden Reinseite mit wasserhaltigem Kraftstoff und der radial innenliegenden Reinseite mit Kraftstoff ohne Wasser gegeben.

Die Endscheibe 13 weist auf ihrer axial nach außen weisenden Stirnfläche einen axial überstehenden Stützkragen 20 auf, auf den ein Deckel 18 aufgesetzt ist. An der radial innen liegenden Seite des Stützkragens 20 befindet sich ein Dichtring 19, der sich radial nach außen, wie Fig. 3 zu entnehmen, an einem Abschnitt der Endscheibe 13 abstützt.

Wie Fig. 5 des Weiteren zu entnehmen ist, liegt die freie Stirnseite des Kragens 15 im montierten Zustand unmittelbar unterhalb der Endscheibe 13. Bei der Montage muss das Wasserabscheidesieb 1 1 axial von der gegenüberliegenden Seite in den Reinraum 7 bzw. das Mittelrohr 8 eingeführt werden.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante des Filterelementes 6 dargestellt, bei der die Ab- dichtung zwischen dem Wasserabscheidesieb 1 1 und der oberen Endscheibe 13 im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel nicht über eine angeformte Dichtlippe, sondern über einen separat ausgeführten Dichtring 21 erfolgt. Der Dichtring 21 stützt sich radial nach innen an einer umlaufenden Ringschulter am stirnseitigen Stützkragen 20 des Wasserabscheidesiebs 1 1 ab. Radial nach außen liegt der Dichtring 21 an der Innenfläche der Rasthaken 16 bzw. im Falle einer umlaufenden Ausführung des Rastkragens an, welcher einteilig mit der Endscheibe 13 ausgebildet ist und sich an der Unterseite der Endscheibe 13 befindet. Zur Montage kann das Wasserabscheidesieb 1 1 in Achsrichtung von oben durch die obere Endscheibe 13 in den Reinraum im Filterelement 6 eingeführt werden.