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Dokumentenidentifikation DE3348166C2 13.06.1990
Titel Filtereinrichtung zum Abscheiden von Wasser und anderen Verunreinigungen aus flüssigen Kraftstoffen
Anmelder Parker-Hannifin Corp., Cleveland, Ohio, US
Erfinder Wilson, Michael Edward, Modesto, Calif., US;
Olson, David Robert, Turlock, Calif., US;
Stone, Walter Henry;
MacDonald, Robin Bruce, Modesto, Calif., US
Vertreter Richter, J., Dipl.-Ing.; Gerbaulet, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 2000 Hamburg
DE-Anmeldedatum 23.02.1983
DE-Aktenzeichen 3348166
File number of basic patent 33062943
Offenlegungstag 01.09.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1990
IPC-Hauptklasse F02M 37/22
IPC-Nebenklasse B01D 27/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Filterpatrone zum Abscheiden von Wasser und anderen Verunreinigungen aus flüssigen Kraftstoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die besonders zur Entfernung von Wasser und Feststoffteilchen, wie sich diese in Dieselkraftstoffen befinden, geeignet ist.

Bekannt ist eine Vielzahl von Kraftstoff-Filtern unterschiedlichster Typen, Größen und Formen, wobei allen diesen bekannten Kraftstoff-Filtern ein oder mehrere unerwünschte Eigenschaften zuzuordnen sind.

Als spezieller Störfaktor bei der Anwendung von Kraftstoff-Filtern hat sich bei der Benutzung in Dieselaggregaten gezeigt, daß sich bei einem Wetter mit niedrigen Temperaturen verschiedene Probleme beim Anlassen des Motors infolge der niedrigen Kraftstofftemperaturen ergeben haben, wie das vorzeitige Zusetzen des Filterkörpers durch z.B. Eiskristalle aus dem Kraftstoff.

Es ist daher bereits eine Filtereinrichtung zum Abscheiden von Wasser und anderen Verunreinigungen aus flüssigen Kraftstoffen vorgeschlagen worden, die einen Gehäusekörper, in dessen Innenraum ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement angeordnet sind, aufweist, an den ein weiterer Gehäusekörper angeschraubt ist, der eine Sammelwanne bildet, in die über eine Abscheide-Sammel- Öffnung Abscheidegut zwischen dem ersten Filterelement und dem zweiten Filterelement abgeschieden wird (UK-OS 20 79 536).

Es hat sich allerdings als nachteilig herausgestellt, wenn die gesamte Menge an Verunreinigungen das erste Filterelement beaufschlagt. Gleichzeitig führt die Verwendung von zwei Filterelementen zu einer Erhöhung der Betriebsdauer von derartigen Filtereinrichtungen.

So ist bereits eine Filterpatrone zum Abscheiden von Wasser und anderen Verunreinigungen aus Flüssigkeiten, insbesondere aus flüssigen Kraftstoffen, bekannt, die ein zylinderförmiges Gehäuse mit kreisscheibenförmigen Endseiten aufweist, wobei in dem Gehäuse zwei von außen nach innen durchströmte Filterelemente angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, daß das im Kraftstoff mitgeführte Wasser in einem Zwischenraum der beiden Filterelemente abgeleitet wird, bevor der Kraftstoff in ein weiteres Filterelement eintritt. Bei diesem Filter ist ein Auslaß zwischen dem inneren Filtermedium und dem äußeren Filtermedium angeordnet, ein Auslaß für Verschmutzungen vor den Filtermedien ist jedoch nicht vorgesehen (DE-OS 31 24 602).

Es ist daher Aufgabe, eine Filterpatrone der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Anordnung der Filterelemente eine Abscheidung von Verunreinigungen aus dem Kraftstoffstrom erlaubt, bevor der Kraftstoffstrom das erste Filterelement beaufschlagt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Es ist dabei vorgesehen, daß das Gehäuse zwei Verschmutzungsauslaßöffnungen aufweist, die zueinander radial beabstandet angeordnet sind, wobei die erste Auslaßöffnung vor den Filtermedien und die zweite Auslaßöffnung hinter wenigstens einem Teil der Filtermedien angeordnet ist. Diese Ausbildung ist in der vorliegenden Anmeldung erkennbar und gibt über die erste Auslaßöffnung die Möglichkeit, die Verschmutzungen in den Sammelraum der Sammelwanne zu führen, ohne daß diese eines der Filtermedien durchlaufen. Das bedeutet, daß die erste oder auch vorgeschaltete Verschmutzungsauslaßöffnung die Abführung schwererer Verschmutzungen in den Sammelraum ermöglicht, ohne daß das innere Filtermedium in irgendeiner Weise beaufschlagt wird. Damit ergibt sich eine ganz wesentliche Schonung des Filtermediums. Die zweite Verschmutzungsauslaßöffnung ermöglicht vorteilhafterweise die Ausfilterung und Abführung von verschmutzendem Wasser aus der Filterpatrone, bevor der Kraftstoffstrom durch das zweite bzw. äußere Filtermedium geführt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung der Verschmutzungsauslaßöffnung besteht darin, daß die erste Verschmutzungsauslaßöffnung in der Bohrung des Gewindes ausgebildet ist, das zur Anschraubung der Sammelwanne dient. Dadurch wird dem Gewinde eine Doppelfunktion zugeordnet, nämlich die Verbindung der Filterpatrone mit der Sammelwanne und der Ausbildung der zusätzlichen Verschmutzungsauslaßöffnung. Es handelt sich daher um einen ebenso einfachen wie zweckmäßigen und wirkungsvollen Aufbau.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das erste Filtermedium als ein Kraftstoff enthaltenes Wasser sammelnder und abscheidender Filterkörper ausgebildet ist. Der Vorteil besteht darin, daß das Wasser durch den wasserabscheidenden Filter herausgefiltert wird, bevor es in den zweiten Filter eintritt. Daher kann der zweite Filter nicht durch Wasser verschmutzt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen beispielsweise dargestellten Filtereinrichtungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Filtereinrichtung in einer schematischen, senkrechten Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht gemäß Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 die Filtereinrichtung gemäß Fig. 1 mit weiteren Funktionselementen in einer schaubildlichen Explosionsdarstellung,

Fig. 4 die Umlenkeinrichtung, die in Fig. 3 bei 126 angedeutet ist, in einer schematischen, senkrechten Schnittdarstellung, und

Fig. 5 die Umlenkeinrichtung gemäß Fig. 4 in einer vollständigen Ansicht von oben.

In Fig. 1 ist mit 67 eine Filtereinrichtung bezeichnet, die eine Deckeleinheit 69 mit einer Anlaßeinspritzpumpe 69 und Einlaß- und Auslaßöffnungen 71, 72 zur Ein- und Ableitung der Kraftstoff-Flüssigkeit in die bzw. aus der Filtereinheit 67 aufweist. Ein entsprechend langes biegesteifes Rohr 73 ist in geeigneter Weise als Fortsetzung des Einlasses 71 in der Deckeleinheit 68 angeordnet. Ein elastischer Tauchkolben, der am unteren Ende einer Druckstange 76 befestigt gehalten wird, ist aufwärts in das Innere des Rohres 73 bewegbar. Der Betätigungsknopf 77, der vermittels eines Gewindes in der Spitze der Deckeleinheit 69 gehalten wird, kann zur Bewegung des Tauchkolbens 74 zwischen der oberen und der unteren Position bewegt werden. Wenn im Betrieb der Tauchkolben 74 im Rohr 73 aufwärts bewegt wird, kann die Kraftstoff-Flüssigkeit einfach über die biegsamen Kanten des Tauchkolbens 74 an diesem vorbeifließen. Ein einfaches Rückschlagventil 78 verhindert ein Zurückfließen der Kraftstoff-Flüssigkeit durch den Einlaß 71. Bei einer stoßartigen Abwärtsbewegung des Tauchkolbens 74 wird der oberhalb des Tauchkolbens 74 im Rohr 73 befindliche Kraftstoff mit abgeleitet und weitere Kraftstoff-Flüssigkeit durch das Rückschlagventil 78 hindurch angesaugt. Auf diese Weise kann die zum Starten notwendige Kraftstoffmenge in einen mit diesem Kraftstoff betriebenen Motor eingespritzt werden.

Durch entsprechende Einrichtungen, wie beispielsweise das Gewinde 79, das auf der Außenseite des Rohres 73 an seinem oberen Ende angeordnet ist, wird die Anordnung und Zusammenfassung eine Reihe von Funktionseinheiten zusammen mit der Doppelfiltereinheit 81 zu einer von der Kraftstoff-Flüssigkeit durchflossenen Einheit möglich. Die Filtereinheit 81, die als Filterpatrone oder als spin-on-filter bezeichnet werden kann, umfaßt einen Behälter 82 zur Aufnahme einer Anzahl von Filtereinheiten wie die ringförmig ausgebildete Filtereinheit 83, die konzentrisch innerhalb des ringförmigen Filters 84 angeordnet ist. Die beiden Stirnseiten des Behälters 82 sind mit gewindetragenden Öffnungen 86, 87 versehen, damit die Filtereinheit 81 an weitere Funktionselemente in Reihe hintereinander geschaltet an der Deckeleinheit 68 befestigt werden können.

Wenn das Gewinde 86a der Öffnung 86 mit dem Gewinde 79 des Rohres 73 verschraubt wird, kann gleichzeitig die Filtereinheit 81 an bzw. gegen die Unterseite der Deckeleinheit 68 geschraubt werden, bis durch die Dichtung 88 (Fig. 2), die vom Behälter 82 getragen wird, eine betriebssichere Dichtheit geschaffen worden ist. Die entgegengesetzte Stirnseite des Behälters 82 der Filtereinheit 81 trägt eine ähnliche ringförmige Dichtung 89, mit der eine Verschmutzungssammelwanne 91 unter der Filtereinheit 81 dicht befestigt werden kann.

Die Verschmutzungssammelwanne 91 umfaßt eine zentral angeordnete hohle Verschmutzungssammelkammer oder Vorfiltereinheit 92, die stromauf, d.h. vor den Filtereinheiten 83, 84 im Flüssigkeitsstrom angeordnet ist. Eine zweite Sammelkammer 93 umgibt die Kammer 92 und bildet einen zweiten Sammelbereich, der im Kraftstoff-Flüssigkeitsströmungsverlauf zumindest hinter der Filtereinheit 83 angeordnet ist. Das Gewinde 94, das am oberen Ende der zylindrischen Seitenwand der Sammelkammer 92 ausgebildet ist, dient zur Befestigung der Wanne 91 vermittels des Innengewindes 87 der Filtereinheit 81. Vermittels der oberen Ecke 96 des oberen Außenrandes der Wanne 91 wird mit dem Dichtungsring 89 eine Dichtung zwischen der Wanne 91 und der Filtereinheit 81 ausgebildet. Die Filtereinrichtung 67 ist darüber hinaus im Bereich der Wanne 91 noch mit einem Schwimmerschalter 97 versehen.

Als Ableitungseinrichtung der gesammelten Verschmutzungen aus den beiden Verschmutzungssammelkammern 92, 93 dient zur gleichzeitigen Entleerung der Kammern die Ableitungsventileinrichtung 98, mit der eine gleichzeitige Steuerung der Ableitung über die Ableitungsöffnungen 99, 101, die mit der inneren Verschmutzungssammelkammer 92 bzw. der äußeren Verschmutzungssammelkammer 93 verbunden sind, möglich ist. Die Einrichtung 98 umfaßt ein Ventilbedienungselement 102, in dem mittig ein Abflußkanal 103 ausgebildet ist und das ein Außengewinde 104 zur Verbindung mit dem Innengewinde in der nach unten auskragenden Hülse 106 trägt. Ein elastisches Dichtungselement 107 wird durch einen nach außen gebördelten Flansch 108 gehalten, der am oberen Ende des Abflußkanals 103 im Ventilbedienungselement 102 ausgebildet ist. Das Dichtungselement 107 ist mit einer nach unten und radial nach innen auskragenden Lippe 107a versehen, die unter den Flansch 108 greifend das Dichtungselement 107 befestigt.

Wenn bei dieser Anordnung das Ventilbedienungselement 102 in der Hülse 106 nach unten etwas herausgeschraubt ist, sind die beiden Abflußöffnungen 99 und 102 geöffnet und schaffen einen Abfluß über den Kanal 103. Dementsprechend werden durch eine Aufwärtsbewegung des Elementes 102 die Abflußöffnungen 99, 101 abgedichtet. Während in dieser Anordnung einzelne Öffnungen 99, 101 vorgesehen sind, ist es darüber hinaus möglich, jeweils mehrere Öffnungen vorzusehen oder die Dimensionen dieser Öffnungen in Entsprechung zu den Umständen und Abflußbedingungen entsprechend vergrößert anzupassen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform eines Kraftstoff-Filters umfaßt die Filtereinheit 109 eine Reihe von Funktionseinheiten, die in bezug auf den Kraftstoff-Flüssigkeitsstrom zur Kraftstoffaufbereitung in Reihe angeordnet sind und bei der die dem Kraftstoff entzogenen und gesammelten Verschmutzungen in einer Verschmutzungssammelwanne 91 eingelagert werden. Eine dieser Funktionseinheiten der Filtereinrichtung 109 besteht aus einer Kraftstoffvorheizung 111, die eine Grundschicht 112 eines elektrisch isolierenden Materials umfaßt. Eine elektrische Heizwicklung 113, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht und von der Grundschicht 112 getragen wird, kann beispielsweise als elektrische Leiterplatte ausgebildet sein. Zur elektrischen Isolierung der Heizwicklung 113 dient eine Deckschicht 114, die aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und so auf die Grundschicht 112 aufgebracht wird, daß die Heizwicklung 113 hierdurch abgedeckt ist. Eine elektrische Leitung 116 ist mit der Heizwicklung 113 verbunden und für einen Anschluß an eine elektrische Stromquelle zur Versorgung der Heizwicklung 113 vorgesehen. Der Randbereich der Vorheizung 111 ist bezüglich der Ränder eines Paares von sich gegenüberliegenden Funktionseinheiten der Einrichtung 109 so weit auskragend ausgebildet, daß die Vorheizung 111 zwischen diesen fest gehalten und abgedichtet wird. Darüber hinaus ist die Vorheizung 111 im Bereich ihrer Grundschicht 112 mit einer Vielzahl von Durchflußdurchbrechungen 117 zur Durchführung des Kraftstoff- Flüssigkeitsflusses versehen.

Wenn eine derartige Kraftstoff-Filtereinrichtung mit einer Vorheizung 111 verwendet wird und eine Bedienperson einen in der Zeichnung nicht dargestellten Zündschlüssel dreht, wird die Vorheizung 111 mit elektrischer Energie versorgt und der für eine Einspritzung in den Motor vorgesehene Kraftstoff bis zu einer vorgegebenen Grenze durch die Vorheizung 111 aufgeheizt.

Auch während einer Anwendung unter normalen Betriebsbedingungen sollte jedoch ein Kraftstoff- Versorgungssystem gegen Einflüsse infolge kalten Wetters geschützt sein und zur Durchführung einer entsprechenden Aufheizung des Kraftstoffes und gleichzeitiger Verhinderung eines Einfrierens der verschiedenen Funktionseinheiten kann eine Heizeinrichtung 119 unter der Filtereinrichtung 81 angeschlossen werden, wodurch das heiße Wasser aus dem Kühlsystem des Motors über einen Einlaß 121a und über einen Auslaß 121b in ein Heizrohr eingeleitet werden kann. Das Innere der Einheit 119 ist vollkommen frei und offen ausgestaltet, so daß der Kraftstoff frei um die Heizschlange 121 zirkulieren und über die nierenförmig ausgebildeten Durchflußdurchbrechungen 122, die im Boden und im Deckel der Einheit 119 ausgebildet sind, ein- bzw. ausströmen kann.

Als Verbindungseinrichtungen der Heizeinrichtung 119 mit den anderen Einheiten der Filtereinheit 109 ist die Deckelfläche der Einheit 119 mit einer auskragenden und mit einem Außengewinde versehenen Hülse 123 versehen und im Bodenbereich der Bodeneinheit 119 eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung 124 ausgebildet.

Als Einrichtung zur Veränderung des Strömungsweges der Kraftstoff-Flüssigkeit durch die Filtereinrichtung 109 kann beispielsweise eine Umlenkeinrichtung 126 verwendet werden. Die Umlenkeinrichtung 126 (Fig. 4) kann vermittels des an der Stirnseite auskragend angeordneten Außengewindeanschlusses 127 und der mit einem Innengewinde versehenen, im Bodenbereich angeordneten Öffnung 128 zwischen einem Paar von sich gegenüberliegenden Funktionseinheiten der Filtereinrichtung 109 sicher gehalten angeordnet werden. Sowohl die Dekkel- als auch die Bodenfläche der Umlenkeinrichtung 126 ist mit nierenförmigen Durchflußdurchbrechungen (Fig. 5) zur Durchleitung des die Filtereinrichtung 109 durchfließenden Kraftstoff- Flüssigkeitsstromes versehen.

Die inneren Oberflächen der Umlenkeinrichtung 126 dienen zur Sammlung von im durchfließenden Kraftstoff-Flüssigkeitsstrom enthaltenen Wassertropfen 129. Da die Wassertropfen 129 eine größere spezifische Dichte als der flüssige Dieselkraftstoff, in dem die Wassertropfen 129 mitgeführt werden, aufweisen, setzen sie sich im Innenraum der Umlenkeinrichtung 126 ab und können in die Sammelwanne 91 abgeleitet werden.

Mit den in Fig. 3 dargestellten und voranstehend näher erläuterten Funktionselementen der Filtereinrichtung 109 ist es möglich, eine Reihe von Funktionselementen zu einer Filtereinheit zusammenzufassen, wobei jeweils die verschiedenen Einheiten zwischen jeweils zwei anderen Einheiten angeordnet werden können.

Die voranstehend beschriebene Ausbildung der Filtereinheit 81 mit der Anordnung und Orientierung der Filtermedien in der beschriebenen Weise hat zur Folge, daß der wasserabscheidende und ableitende Filter 83 und der gefaltete Filter 84 effektiver angeordnet sind, da der Kraftstoff- Flüssigkeitsstrom die Filter 83, 84 radial von innen nach außen durchfließt. Auf diese Weise wird der Kraftstoff-Flüssigkeitsstrom bei Erreichen der an der radialen Oberfläche der Filter 83 angeordneten Auslöseschicht so verzögert, daß das zu Tropfen verbundene Wasser gesammelt und durch die Öffnungen 200 im Behälterboden des Behälters 82 abwärts tropft.

Hieraus ergibt sich, daß der in den Filter 84 einströmende Kraftstoff-Flüssigkeitsstrom durch die Wirkung der Vorfilterung durch die Kammer 92 von Feststoffen entlastet ist und vermittels der Durchführung durch das Filtermedium 83 von einem wesentlichen Anteil des mitgeführten Wassers entlastet ist, da das Wasser durch die Öffnungen 202 und 200 ausgeschieden wurde. Daher kann dem Filter 84 nunmehr im wesentlichen die Funktion als Wasserund Feinstpartikelbarriere für den durchströmenden Kraftstoff vor Austritt durch die Auslaßöffnung 72 zugeschrieben werden. Die Öffnungen 200 können jeweils als zweiter Verschmutzungsauslaß angesehen werden, während der erste Verschmutzungsauslaß aus dem mit dem Gewinde 94 versehenen Teil der Sammelkammer 92 besteht. Da jeder der zweiten Verschmutzungsauslässe 200 außerhalb des Gewindes 94 angeordnet ist, weisen der erste Verschmutzungsauslaß und die zweiten Verschmutzungsauslaßöffnungen einen radialen Abstand zueinander auf.

Auf diese Weise ist wie bereits beobachtet wurde, erreichbar daß die Einsatz- bzw. Lebensdauer der Filtereinrichtungen wesentlich verlängerbar ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Filterpatrone zum Abscheiden von Wasser und anderen Verunreinigungen aus flüssigen Kraftstoffen mit einem zylinderförmigen, kreisscheibenförmige Endseiten aufweisenden Gehäusekörper mit darin angeordneten Filtermedien und mit einer Kraftstoffeinlaßöffnung, einer Kraftstoffauslaßöffnung und mindestens einer Verschmutzungsauslaßöffnung, der eine Sammelwanne zur Aufnahme der abgeschiedenen Verunreinigungen zuordbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite des Gehäusekörpers (81) zwei unterschiedliche Bodenöffnungen (87, 202) derart angeordnet sind, daß die erste Öffnung (87) mittig vor den Filtermedien (83, 84) und die zweite Öffnung (202) zwischen den beiden Filtermedien (83, 84) angeordnet sind, daß die Gehäuseunterseite mit einem Gewinde versehen ist, das die Sammelwanne (91) zur Aufnahme der durch die erste und die zweite Öffnung austretenden Verschmutzungen aufnimmt, wobei die erste Öffnung (87) als mittige Bohrung des Gewindestücks (94) und die zweite Öffnung (202) außerhalb des Gewindestücks (94) ausgebildet sind und in je eine Teilwanne (92, 93) entleeren und beide Teilwannen (92, 93) über einen gemeinsamen Ablaßstopfen (98) entleert werden können.
  2. 2. Filterpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (87) und die Kraftstoffeinlaß- Öffnung (86) koaxial angeordnet sind.
  3. 3. Filterpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Gehäusekörpers (81) ein weiteres Gewindeelement (86a) ausgebildet ist, welches die Kraftstoffeinlaßöffnung (86) und das Gehäuse (81) mit der Deckeleinheit (68) verbindet.
  4. 4. Filterpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterpatrone aus einem ersten Filtermedium (83) und einem zweiten Filtermedium (84) besteht, wobei das zweite Filtermedium (84) ringförmig und konzentrisch außerhalb um das erste Filtermedium (83) angeordnet ist.






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