WO2010049208A1 - Filtereinrichtung mit einem wassersensor - Google Patents

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Carlos J. Blasco Remacha
Cesar Garcia Benitez
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    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/125—Fuel

Definitions

  • the invention relates to a filter device, in particular a liquid filter, such as a urea or fuel filter, with a filter element which is arranged in a filter housing, with a heater for heating medium flowing through the filter device, and with a water sensor for detecting collected in the filter housing Water.
  • a filter device in particular a liquid filter, such as a urea or fuel filter, with a filter element which is arranged in a filter housing, with a heater for heating medium flowing through the filter device, and with a water sensor for detecting collected in the filter housing Water.
  • each filter a heater.
  • a freezing or flocculation of the filtrate such as diesel
  • the filter device Even with urea filters such heating may be necessary.
  • the invention has for its object to provide a filter device in which a cost-effective manner, a particularly small, compact design of the filter device is achieved.
  • the filter device according to the invention is provided with at least one heating track or a heating wire or a heating coil, which is further combined in a structural unit with a water sensor.
  • the structural unit can be made very compact and so small in this way, so that a total of a filter device is created with a particularly small installation space.
  • the erf ⁇ ndungshiele solution allows a particularly cost-effective and reliable way of electrical contacting of the heating track and water sensor, because they must be provided as a structural unit with only one electrical contact means.
  • the structural unit thus formed and contacted can therefore be preassembled and quality-tested. This also has an advantageous effect on the production costs.
  • the at least one heating track is formed by a metallic stamped grid.
  • the stamped grid can be punched out inexpensively and molded in the mold according to the invention for the heating track (see below). It can be processed particularly advantageous and, as mentioned above, be integrated into the structural unit with the water sensor.
  • the filter housing is cylindrical and arranged the at least one heating track in the shell portion of a likewise cylindrical shape. The thus mantelformige or hollow cylindrical shaped heating path surrounds the filter element belonging to the filter element advantageously on the outside and thus in exactly that area in which heat from the filter element to flow into the environment. At the same time, the heating track forms a large heat transfer area with a small installation space.
  • the at least one heating track is arranged distributed in the form of a loop in the surface of the jacket section.
  • the loop shape can be produced reliably in a stamping process, provides a uniform heat input in the surface and allows sufficient freedom to integrate the said water sensor according to the invention additionally in the structural unit.
  • Water sensor positioned in a stationary component.
  • the stationary positioning forms a very good basis for the further testing, processing and in particular the further assembly of the structural unit in the associated filter device.
  • the device is designed cup-shaped overall.
  • the cup-shaped component can save space to surround an associated filter element. It offers in particular at its bottom portion the possibility of electrical contact.
  • the component is produced by encapsulation of the at least one heating track and the water sensor.
  • the overmolding is a cost-effective and at the same time process-safe way for cost-effective production of the structural unit.
  • a particularly good and rapid heat transfer from the heating wire to the surrounding medium can be ensured.
  • the water sensor is designed with an electrical contact, which is led out of the device.
  • the electrical contact can be formed in this way to the filter housing and also out of this.
  • the electrical contact advantageously forms the interface to a connecting element, with which the filter element is connected to the rest of the on-board electronics of the associated motor vehicle.
  • an externally accessible connector is arranged on the electrical contact.
  • the connector may be advantageously formed on a lid of the filter housing, then to the inventive structural
  • the Unit is mounted by heating track and water sensor.
  • the lid is preferably attached together with the heating track and the water sensor to the rest of the filter housing, which is already in this filter element.
  • the heating path used in the remaining filter housing then surrounds the filter element outside and the water sensor protrudes from above into the rest of the filter housing.
  • the water sensor detects in this position, the water level of that water, which is deposited on the filter element during operation of the filter device and collects in the lower region of the filter housing.
  • the water sensor is designed with at least one sensor pin, which is led out of the device.
  • the sensor pin is particularly preferably led out on the lower end side of a otherwise hollow-cylindrical structural unit comprising the heating track and the water sensor, so that in this position it protrudes downward into the associated filter housing.
  • the water sensor is designed with two sensor pins, between which there is a change in the electrical resistance as soon as they dip into collected water.
  • Fig. 1 is a perspective view of a partial half-section of a
  • FIG. 2 shows the view El-II according to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the structural unit of heating and water sensor of Ausfiihrungsbeispiels according to FIG. 1.
  • a filter device 10 which comprises a filter housing 12.
  • the filter housing 10 is formed with a housing pot or housing cup 14 and a housing cover 16 closing this up.
  • a substantially hollow cylindrical filter element 18 is arranged, which is located directly under the housing cover 16 and projects from above into the housing cup 14.
  • the filter element 18 is so with an am
  • Housing cover 14 arranged inlet 20 and an outlet 22 also there located fluidly coupled, that it is from a liquid, present fuel of a (not further shown) motor vehicle, flows through from outside to radially inside.
  • the filter element 18 is arranged radially slightly spaced from the lateral surface or wall of the housing cup 14. In this hollow-cylindrical free space formed in this way protrudes from the housing cover 16, starting a structural unit 24, which is formed from a heating track 26, a water sensor 28 and a device 30.
  • the component 30 has tabs or strips formed on a cover surface, in which the heating track 26 is arranged in the form of a loop.
  • the heating track 26 with the
  • Material of the device 30 has been overmoulded.
  • a first sensor pin 32 and a second sensor pin 34 of the water sensor 28 are further arranged. In this way, the heating track 26 and the water sensor 28 are stationarily coupled. At the same time electrical insulation between the elements heating track 26 and water sensor 28 is formed with the material of the device 30.
  • the sensor pin 32 and the sensor pin 34 protrude downwards out of the component 30 and dive into water collected in the filter housing 12 such that the electrical resistance between the sensor pins 32 and 34 changes and recognizes this as a signal for the water level in the filter device can be.
  • the connector 40 is mounted from the outside of the housing cover 16 forth and has been advantageously formed in one piece with the housing cover 16 in the present example.
  • the plug connector 40 has a total of three plug pins 42, 44 and 46, which serve for electrical contacting of the electrical contacts 36 and 38 of the water sensor and at the same time for electrical contacting of the heating track 26.

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Abstract

Eine Filtereinrichtung (10), insbesondere ein Flüssigkeitsfilter, mit einem Filterelement (18), welches in einem Filtergehäuse (12) angeordnet ist, mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung (10) strömendem Medium, und mit einem Wassersensor (28) zum Erkennen von im Filtergehäuse (12) gesammeltem Wasser, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung mit mindestens einer Heizbahn (26) gestaltet ist und der Wassersensor (28) in baulicher Einheit (24) mit der Heizbahn (26) ausgebildet ist.

Description

Filtereinrichtung mit einem Wassersensor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, insbesondere einen Flüssigkeitsfilter, wie etwa einen HarnstofϊBlter oder Kraftstofϊϊilter, mit einem Filterelement, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung strömendem Medium, und mit einem Wassersensor zum Erkennen von im Filtergehäuse gesammeltem Wasser.
Um bei Filtereinrichtungen und insbesondere bei Flüssigkeitsfiltern in der
BrennstofrVersorgung von Kraftfahrzeugen unter verschiedensten Betriebsbedingungen für eine gleichmäßig gute Filtration zu sorgen, ist es bekannt an den Filtereinrichtungen jeweils eine Heizung vorzusehen. Mit der Heizung kann beispielsweise ein Gefrieren oder eine Flockenbildung des Filtrats, wie beispielsweise Diesel, bei einem Kaltstart eines zugehörigen Kraftfahrzeugs verhindert und für einen gleichmäßig hohen Durchsatz an Medium durch die Filtereinrichtung gesorgt werden. Auch bei Harnstofffiltern kann eine solche Heizung notwendig sein.
Ferner ist es bei derartigen Filtereinrichtungen bekannt, dass diese mit einem Wasserabscheider und einem zugehörigen Wassersensor ausgestaltet sind, mit dem der Füllstand von abgeschiedenem und im Filtergehäuse gesammeltem Wasser ermittelt werden kann.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Filtereinrichtung bereitzustellen, bei der auf kostengünstige Weise eine besonders kleine, kompakte Bauform der Filtereinrichtung erzielt ist.
Die Aufgabe ist erfϊndungsgemäß mit einer Filtereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung ist mit mindestens einer Heizbahn bzw. einem Heizdraht oder auch einer Heizwendel versehen, welche ferner in einer baulichen Einheit mit einem Wassersensor kombiniert ist. Die bauliche Einheit kann auf diese Weise sehr kompakt und derart klein gestaltet werden, so dass insgesamt eine Filtereinrichtung mit besonders kleinem Einbauraum geschaffen ist.
Ferner erlaubt die erfϊndungsgemäße Lösung eine besonders kostengünstige und betriebssichere Art der elektrischen Kontaktierung von Heizbahn und Wassersensor, weil diese als bauliche Einheit mit nur einer elektrischen Kontakteinrichtung versehen werden müssen. Die damit gebildete und kontaktierte bauliche Einheit kann also solche vormontiert und qualitätsgeprüft werden. Dies wirkt sich ebenfalls vorteilhaft auf die Herstellungskosten aus.
Bei einer ersten bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die mindestens eine Heizbahn von einem metallischen Stanzgitter gebildet. Das Stanzgitter kann kostengünstig ausgestanzt und in der erfindungsgemäß besonders bevorzugten Form für die Heizbahn (siehe unten) ausgeformt werden. Es kann besonders vorteilhaft weiterverarbeitet und, wie oben genannt, in die bauliche Einheit mit dem Wassersensor integriert werden. Bei einer zweiten bevorzugten Weiterbildung ist das Filtergehäuse zylindrisch gestaltet und die mindestens eine Heizbahn im Mantelabschnitt einer ebenfalls zylindrischen Form angeordnet. Die derart mantelformige bzw. hohlzylindrisch gestaltete Heizbahn umgibt das zur Filtereinrichtung gehörende Filterelement vorteilhaft an dessen Außenseite und damit in genau jenem Bereich, in dem Wärme vom Filterelement in die Umgebung abfließen will. Die Heizbahn bildet zugleich eine große Wärmeübergangsfläche bei gleichzeitig kleinem Bauraum aus.
Bei einer dritten bevorzugten Weiterbildung ist die mindestens eine Heizbahn in der Fläche des Mantelabschnitts schleifenförmig verteilt angeordnet. Die Schleifenform kann in einem Stanzverfahren prozesssicher hergestellt werden, bietet in der Fläche einen gleichmäßigen Wärmeeintrag und ermöglicht ausreichend Spielraum, um den genannten Wassersensor erfindungsgemäß zusätzlich in der baulichen Einheit zu integrieren.
Bei einer vierten bevorzugten Weiterbildung sind die mindestens eine Heizbahn und der
Wassersensor in einem Bauelement ortsfest positioniert. Die ortsfeste Positionierung bildet eine sehr gute Grundlage für die weitere Prüfung, Verarbeitung und insbesondere auch die weitere Montage der baulichen Einheit in der zugehörigen Filtereinrichtung.
Bei einer fünften bevorzugten Weiterbildung ist das Bauelement insgesamt becherförmig gestaltet. Das derart becherförmige Bauelement kann platzsparend ein zugehöriges Filterelement umgeben. Es bietet insbesondere an seinem Bodenabschnitt die Möglichkeit der elektrischen Kontaktierung.
Bei einer sechsten bevorzugten Weiterbildung ist das Bauelement mittels Umspritzen der mindestens einen Heizbahn und des Wassersensors hergestellt. Das Umspritzen ist ein kostengünstiger und zugleich prozesssicherer Weg zum kostengünstigen Herstellen der baulichen Einheit. Indem beim Umspritzen ein hochwärmeleitender Kunststoff verwendet wird, kann erfindungsgemäß vorteilhaft zusätzlich ein besonders guter und schneller Wärmeübergang von dem Heizdraht an das umgebende Medium sichergestellt werden. Bei einer siebten bevorzugten Weiterbildung ist der Wassersensor mit einem elektrischen Kontakt gestaltet, welcher aus dem Bauelement herausgeführt ist. Der elektrische Kontakt kann auf diese Weise zum Filtergehäuse und auch aus diesem heraus ausgebildet werden. Der elektrische Kontakt bildet vorteilhaft die Schnittstelle zu einem Verbindungselement, mit dem das Filterelement an die restliche Bordelektronik des zugehörigen Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
Bei einer achten bevorzugten Weiterbildung ist an dem elektrischen Kontakt ein von außen zugänglicher Steckverbinder angeordnet. Der Steckverbinder kann vorteilhaft an einem Deckel des Filtergehäuses ausgebildet sein, an den dann die erfindungsgemäße bauliche
Einheit von Heizbahn und Wassersensor montiert wird. Der Deckel wird bevorzugt mit der Heizbahn und dem Wassersensor zusammen an das restliche Filtergehäuse angesetzt, wobei sich in diesem bereits das Filterelement befindet. Die in das restliche Filtergehäuse eingesetzte Heizbahn umgibt dann das Filterelement außen und der Wassersensor ragt von oben in das restliche Filtergehäuse hinein. Der Wassersensor erkennt in dieser Stellung den Wasserstand von jenem Wasser, welches im Betrieb der Filtereinrichtung an dem Filterelement abgeschieden wird und sich im unteren Bereich des Filtergehäuses sammelt.
Bei einer neunten bevorzugten Weiterbildung ist der Wassersensor dazu mit mindestens einem Sensorpin gestaltet, welcher aus dem Bauelement herausgeführt ist. Der Sensorpin ist besonders bevorzugt an der unteren Stirnseite einer im Übrigen hohlzylindrischen baulichen Einheit aus Heizbahn und Wassersensor herausgeführt, so dass er in dieser Lage nach unten in das zugehörige Filtergehäuse hineinragt. Besonders bevorzugt ist der Wassersensor mit zwei Sensorpins gestaltet, zwischen denen sich eine Änderung des elektrischen Widerstands ergibt, sobald sie in gesammeltes Wasser eintauchen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines teilweisen Halbschnittes eines
Ausfiihrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung, Fig. 2 die Ansicht El-II gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der baulichen Einheit aus Heizbahn und Wassersensor des Ausfiihrungsbeispiels gemäß Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung des Ausfiihrungsbeispiels
In den Fig. ist eine Filtereinrichtung 10 veranschaulicht, welche ein Filtergehäuse 12 umfasst. Das Filtergehäuse 10 ist mit einem Gehäusetopf bzw. Gehäusebecher 14 und einem diesen oben verschließenden Gehäusedeckel 16 gebildet.
In dem Filtergehäuse 10 ist ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Filterelement 18 angeordnet, welches sich unmittelbar unter dem Gehäusedeckel 16 befindet und von oben in den Gehäusebecher 14 hineinragt. Das Filterelement 18 ist derart mit einem am
Gehäusedeckel 14 angeordneten Einlass 20 und einem sich ebenfalls dort befindenden Auslass 22 fluidleitend gekoppelt, dass es von einer Flüssigkeit, vorliegend Brennstoff eines (weiter nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs, von außen nach radial innen durchströmt wird. Das Filterelement 18 ist dabei von der Mantelfläche bzw. Wandung des Gehäusebechers 14 radial etwas beabstandet angeordnet. In diesen derart gebildeten hohlzylindrischen Freiraum ragt von dem Gehäusedeckel 16 ausgehend eine bauliche Einheit 24 hinein, die aus einer Heizbahn 26, einem Wassersensor 28 sowie einem Bauelement 30 gebildet ist.
Das Bauelement 30 weist an einer Deckfläche ausgebildete Laschen bzw. Streifen auf, in denen die Heizbahn 26 schleifenförmig angeordnet ist. Dazu ist die Heizbahn 26 mit dem
Material des Bauelements 30 umspritzt worden. In einer der Laschen bzw. Streifen ist neben der Heizbahn 26 ferner ein erster Sensorpin 32 und ein zweiter Sensorpin 34 des Wassersensors 28 angeordnet. Auf diese Weise sind die Heizbahn 26 und der Wassersensor 28 ortsfest gekoppelt. Gleichzeitig ist mit dem Material des Bauelements 30 eine elektrische Isolierung zwischen den Elementen Heizbahn 26 und Wassersensor 28 gebildet. Der Sensorpin 32 und der Sensorpin 34 ragen nach unten aus dem Bauelement 30 heraus und tauchen dabei derart in im Filtergehäuse 12 gesammeltes Wasser, dass sich der elektrische Widerstand zwischen den Sensorpins 32 und 34 verändert und dies als ein Signal für den Wasserstand in der Filtereinrichtung erkannt werden kann.
An der Oberseite der baulichen Einheit 24 sind zwei elektrische Kontakte 36 und 38 aus dieser herausgeführt, welche mit einem Steckerverbinder 40 betrieblich gekoppelt sind. Der Steckverbinder 40 ist von der Außenseite des Gehäusedeckels 16 her angebracht und ist im vorliegenden Beispiel vorteilhaft einstückig mit dem Gehäusedeckel 16 ausgebildet worden. Der Steckerverbinder 40 weist insgesamt drei Steckerpins 42, 44 und 46 auf, welche zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Kontakte 36 und 38 des Wassersensors und zugleich auch zur elektrischen Kontaktierung der Heizbahn 26 dienen.

Claims

Ansprüche
1. Filtereinrichtung (10), insbesondere Flüssigkeitsfilter, mit einem Filterelement (18), welches in einem Filtergehäuse (12) angeordnet ist, mit einer Heizung zum Erwärmen von durch die Filtereinrichtung (10) strömendem Medium, und mit einem Wassersensor (28) zum Erkennen von im Filtergehäuse (12) gesammeltem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung mit mindestens einer Heizbahn (26) gestaltet ist und der Wassersensor (28) in baulicher Einheit (24) mit der Heizbahn (26) ausgebildet ist.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizbahn (26) von einem metallischen Stanzgitter gebildet ist.
3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (12) zylindrisch gestaltet und die mindestens eine Heizbahn (26) im Mantelabschnitt einer ebenfalls zylindrischen Form angeordnet ist.
4. Filtereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizbahn (26) in der Fläche des
Mantelabschnitts schleifenförmig verteilt angeordnet ist.
5. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizbahn (26) und der Wassersensor (28) in einem Bauelement (30) ortsfest positioniert sind.
6. Filtereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (30) insgesamt becherförmig gestaltet ist.
7. Filtereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (30) mittels Umspritzen der mindestens einen Heizbahn (26) und des Wassersensors (28) hergestellt ist.
8. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassersensor (28) mit einem elektrischen Kontakt (36, 38) gestaltet ist, welcher aus dem Bauelement (30) herausgeführt ist.
9. Filtereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem elektrischen Kontakt (36, 38) ein von außen zugänglicher Steckverbinder (40) angeordnet ist.
10. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassersensor (28) mit mindestens einem Sensorpin (32, 34) gestaltet ist, welcher aus dem Bauelement (30) herausgeführt ist.
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