本发明涉及一种聚结元件和一种用于过滤流体的具有聚结元件的过滤元件，以及一种具有过滤元件的过滤系统，尤其是机动车辆的燃料过滤器。
背景技术：
DE 10 2011 120 638 A1公开了一种用于过滤流体、例如燃料的过滤元件，其适合于从燃料移除污染物、诸如水。过滤元件以三明治构造的类型实现。在这种情境下，多层聚结介质嵌入在过滤介质和支撑管之间，其中聚结介质包括形状稳定地嵌入在过滤介质和支撑管之间并且在一个端面处紧密密封连接到端构件的一个或若干个形状不稳定材料。利用形状不稳定材料，可以实现关于其聚结效率和/或其流动渗透性优化的聚结介质。甚至在最终组装期间，形状不稳定材料也可以以简单的方式与不同的安装空间匹配。在这种情境下，形状不稳定意味着聚结介质的固有形状稳定性和/或固有刚度不足以确保聚结介质在单独连接到端构件时弯曲或变弯，即，没有所述三明治构造的帮助、特别是通过推入对应的软连接介质、例如端构件的粘合剂或熔化的表面材料的情况下，该粘合剂或熔化的表面材料将稍后固化，由此可能损害连接的稳定性和/或密封紧密性。支撑管和过滤介质确保整个复合物的形状稳定性。聚结介质的层可以包括单一或不同的材料。聚结介质和过滤介质可以由不同的材料制成。
技术实现要素：
本发明的目的是配置一种用于从流体分离水的聚结元件，使得聚结元件可靠、高效且坚固，具有紧凑和简单的配置，并且可以尽可能简单地制造。
本发明的进一步目的在于提供一种用于从流体分离水的过滤元件和用于接收此可更换过滤元件的过滤系统，该过滤系统可靠、高效且坚固，具有紧凑和简单的配置，并且可以尽可能简单地制造。
上述目标由根据本发明的一方面的聚结元件解决，该聚结元件具有在入口侧和出口侧之间的流体路径，其中提供至少一种聚结介质，提供该聚结介质用于聚结流体中包含的水。
本发明的有益配置和优点由附加权利要求书、描述和附图得出。
提出一种聚结元件，其包括在入口侧和出口侧之间的用于流体的流体路径并包括至少一种聚结介质，提供该聚结介质用于聚结流体中包含的水。聚结元件具体实施为单层作为圆柱形夹套，其中聚结介质包括具有至多10%的填充密度的材料。
有利地，聚结元件可具有至多8%，特别地至少2%，例如6%的填充密度。此外，聚结元件可具有若干毫米的相对高的厚度。
填充密度是指材料、诸如非织造幅材料的性质，其与其密度和材料渗透性和孔隙率的特性成反比。最小填充密度对应于高渗透性和大孔隙率。填充密度定义为：
幅的每表面积重量（以g/m2为单位）基于10 cm x 10 cm的幅样品的重量来计算。
幅厚度（以密耳为单位）在10 cm x 10 cm的幅样品上测量，其厚度测试度量具有在150 Pa的所施加压力下5 cm x 12.5 cm的尺寸的测试基底。
体密度（以g/m3为单位）是形成幅的、得自相关文献的聚合物或聚合物混合物的体密度。
通常也可以考虑填充密度作为过滤层区段（在这种情况下为聚结元件）的每深度的过滤纤维的比例的测量，即填充密度应理解为每表面积单位或体积单位的纤维或过滤纤维的填充密度。例如，可以借助于嵌入树脂中的过滤介质（在这种情况下为聚结介质）的研磨图案或截面图案来为每个过滤层和每个过滤层区段确定填充密度。此研磨图案受到成像处理，并且评估研磨图案的表面积，使得比率由纤维覆盖的研磨图案的表面积与过滤层区段的总表面积的比例或未被纤维覆盖的研磨图案的表面积与过滤层区段的总表面积的比例来确定。
填充密度的确定可以通过评估其中可以看到纤维的像素和指示空隙的那些像素、基于记录的图像。在过滤层区段中的像素的固定或已知的总数的情况下，可以由此确定填充密度，使得比率由示出过滤纤维的像素的数量与过滤层区段中像素的总数来确定。另选地，可以从像素的总数中减去示出空隙的像素的数量，以便以这种方式具有比较值。根据是否可以在研磨图案上看到和更好地评估空隙或纤维，可以对对应的像素进行计数。
以这种方式检测的填充密度是评估的过滤层区段的平均填充密度。较小的此过滤层区段是预设的，即，过滤层区段在流动方向的方向上的深度越小，过滤层区段的边缘处的填充密度与确定的平均值的偏差越小。
填充密度也可以借助于三维计算机断层扫描图像来确定。类似于记录图像的像素，在三维图像中存在空间中的点，其数量和尺寸取决于成像装置的技术规格。在这种情境下，类似于利用像素的方法，实现了借助于空间中的点来确定三维图像的填充密度。比率可以分别由空间中包含空隙的点、空间中包含过滤纤维的点与空间中点的总数来确定，以便以这种方式确定填充密度。
填充密度跳跃是指穿过过滤介质的材料深度的填充密度的突然变化，即彼此邻接的两个过滤层区段在彼此邻接的过滤层区段之间的过渡处呈现不同的填充密度。此填充密度跳跃尤其可以起到主要不希望的污物屏障的作用，并且可以在过滤介质达到最大污物颗粒储存容量之前导致过滤介质堵塞，因为污物颗粒占据并堵塞填充密度跳跃周围的过滤介质的深度区段。
在这种情境下，特别是在过滤层的流出表面和在流动方向上邻接的过滤层的流入表面之间的填充密度的百分比变化对于防止污物屏障可以是决定性的。填充密度梯度可以用作在流动方向上穿过过滤层的材料厚度填充密度变化的测量。填充密度增加是通过纤维空隙的数量减少，或者是通过在过滤层的深度区段处，即在过滤层区段中纤维空隙的尺寸减小。
燃料可能包含一定量的水，这可引起内燃机喷射装置的损坏。为了防止这一点，在过滤系统的清洁侧处，可以将所包含的水与燃料分离，例如借助于旋流装置，其中使第一流体旋转并且因此借助于不同比重的水，并可以分开流出。另选地，聚结元件用于将小水滴附聚成较大的水滴，然后可以由于重力将其沿着最终分离器引导到收集室中。在水分离中，聚结元件、水滴沉降空间的几何形状以及最终分离器相互作用并一起形成水分离装置。
聚结元件被设计成聚结流体中的乳化水的主要部分，即，扩大乳化水的滴尺寸并且从燃料中分离由此聚结的水。比燃料更重的水可以沉积在底部并通过合适的通道排出。另外，它可以在下游泵中粉碎。
根据本发明，所采用的聚结介质适合于在内燃机的燃料供应系统中的吸入侧定位，因为聚结介质具有相对最小的填充密度，使得聚结介质不会被较小的颗粒堵塞。特别是在用于与主过滤器相比使用较粗且更多开孔过滤介质的预过滤器的情况下，存在聚结介质可能被颗粒堵塞的风险。在这种情境下，关于使用寿命，这基于网眼会堵塞的材料性质来防止。由聚结元件形成的水滴由于吸入侧使用而在下游泵中粉碎，使得它们可以在下游主过滤器中分离。由于根据本发明的填充密度最多为10％，这可以有利地实现。由于聚结介质的最小填充密度，因此可以实现例如在柴油燃料中直径最初40 μm至150 μm的水滴聚结至若干毫米。
便利地，通过针刺增强的短纤维的材料可以用作聚结介质。有利地，在这种情境下，开孔结构和材料的厚度相关。在相对开孔聚结介质的情况下，有利地选择较大厚度的介质。
另选地或另外地，聚结介质可以有利地由具有相对大孔径、特别是具有至少100 μm的平均孔径的材料形成。而且，聚结介质可以具有若干毫米的相对高的厚度。由于聚结介质的开孔结构和/或厚度，因此可以进一步改善例如在柴油燃料中最初直径40 μm至150 μm的水滴的聚结到若干毫米。优选地，为此目的，采用疏水材料或具有疏水表面的材料。
过滤层的孔隙率是过滤层的过滤纤维之间的空隙的数量和尺寸的测量。例如，孔隙率可以指示流体流将遇到哪种阻力，例如穿透过滤层的空气流。在这种情境下，过滤层在流入侧处和流出侧处是开放的，以使得流入表面处的流体流可以渗入材料中并且可以在流出侧处从材料离开。孔隙率可以看作中空空间体积与总体积的比率。随着孔隙率的量增加，中空空间体积相对于总体积的比例更大。
空气过滤介质、过滤层或过滤层区段的孔隙率可以特别通过指定孔体积来单独定义。
有利地，可以使用在材料的组成、结构和构造中不同聚结材料。
根据有利的实施例，聚结介质可以包括聚酯，其中聚结介质包括2 mm和5 mm之间，优选2.8 mm和4 mm之间的厚度，和/或至少1,000 l/cm2h，优选至少1,500 l/cm2h，特别优选至多4,500 l/cm2h的透气性。在这种情境下，聚结介质有利地可以包含至100％的聚酯以便以这种方式实现所期望的水滴聚结。
根据DIN EN ISO 9073-2（1997-02）进行非织造物或非织造幅厚度的确定。在样本的10个不同的位置取得并测试样品。样品可以具有DIN A5的尺寸，并且在表面区域中心处的两个位置处进行测量。与此不同的是，如果没有这种尺寸的样品可用，也可以测量更小的样品。结果，样品的单个值以及平均值（包括平均变化）以单位mm（毫米）提供。
根据DIN EN ISO 9073-2（1997-02）进行大体积非织造物或非织造幅厚度的确定。大体积非织造物是在0.1kPa至0.5kPa的施加压力变化时在改变施加的压力之前可压缩至少20％，即压缩至初始厚度的80％的非织造物。在样本的10个不同的位置取得并测试样品。样品可以具有130 mm×80 mm的尺寸。与此不同的是，如果没有这种尺寸的样品可用，则也可以测量更小的样品。结果，样品的单个值以及平均值（包括平均变化）以单位mm提供。
根据DIN EN ISO 9237（1995-12）可以进行确定空气过滤介质的透气性，该DIN EN ISO 9237（1995-12）要求样品表面为20 cm2并且差压为200 Pa。在这种情境下，在待测试的空气过滤介质的10个不同的位置取得并测试样品。样品一般直径为56 mm并为圆形。如果过滤介质太窄而不能提供这些样品尺寸，则样品的直径可以是42 mm或甚至25 mm。结果以单位l/cm2s提供，而且单位l/cm2h提供作为平均值和平均变化。
另选地或另外地，根据进一步的有利实施例，聚结介质可由黏胶制成，其中聚结介质具有0.5 mm和4 mm之间，优选1 mm和3 mm之间的厚度，和/或至少1,000 l/cm2h，优选至多3,000 l/cm2h的透气性。因此，在使用黏胶时，可以在聚结介质的稍微降低的厚度和降低的透气性的情况下工作，以便实现用于分离水的相同聚结值。
另选地或另外地，根据进一步的有利实施例，聚结介质可以由黏胶和PET的混合物制成。
根据进一步的有利实施例，用于分离水滴的聚结元件可以与最终分离器相互作用，该最终分离器布置在聚结元件的出口侧并且由疏水材料、特别是PET制成，并且优选地包括40 µm的筛孔尺寸。另选地，也可以使用具有疏水表面的材料，例如具有疏水表面的聚酰胺（PA）。
疏水材料具有这样的优点，即水可以特别容易地聚集成滴，并且可以穿过表面排出。
在聚结介质中，小水滴在它们通过聚结元件时增大。在聚结元件和最终分离器之间的间隙中，大的滴由重力的帮助下沿向下的方向落入过滤系统的收集室中，收集的水从该处例如借助于螺杆可以在维护期间排出到外部。
起初不会由于重力而向下落下的较小滴被最终分离器的疏水表面阻止，而不能通过清洁侧并也落入收集空间中。具有滴尺寸小于最终分离器的筛孔尺寸（其例如可以是40 μm）的水滴，通过最终分离器到达清洁侧，并且随后通过下游低压泵粉碎，使得它们可以在下游主过滤器中分离。
根据进一步的有利实施例，在其相对定位的端面处的聚结元件可以分别与端盘流体密封地连接。以这种方式，确保流体、即例如柴油燃料可以尽可能完全地经受水分离。两个端盘也可以与过滤元件（其中使用聚结元件）的端盘相同。
根据进一步的方面，本发明涉及一种用于过滤流体的过滤元件，其具有在未清洁侧和清洁侧之间的流体路径，该过滤元件包括至少一个过滤波纹管，该至少一个过滤波纹管分别在其相对定位的端面处与端盘流体密封地连接。进一步地，过滤元件包括至少一个支撑管，该至少一个支撑管同轴地布置在过滤波纹管内，该过滤波纹管与两个端盘连接并且包括用于流体流动的通道以及至少一个聚结元件，该聚结元件在流动方向上布置在过滤波纹管和支撑管之间并且被提供用于聚结流体中包含的水。在这种情境下，聚结元件在径向外侧处作为圆柱形夹套围绕支撑管。
根据本发明的过滤元件包括外部介质层、过滤波纹管以及内部介质层、聚结元件，以用于过滤流体，例如燃料，并且特别适用于从燃料中去除污染物、诸如水。过滤波纹管设计成使得自由和溶解的水通过过滤波纹管并有利地在那里预聚结。聚结元件被设计成聚结流体中的乳化水的主要部分，即，增大乳化水的滴尺寸并且从燃料中分离因此聚结的水。比燃料更重的水可以沉积在过滤元件的底部并且可以在过滤系统的容器中在过滤元件的底部处收集，随后从过滤元件的底部排出。
根据本发明的过滤元件可以特别有利地用于在内燃机的吸入侧处使用的过滤元件中。它可以用作完整的过滤器以及应用于重型商用车辆的燃料预过滤器。例如，预过滤器用于商用车辆中，以便从柴油燃料中分离出粗糙的污垢和水。它们通常用在底盘处的低压泵的上游。这些燃料预过滤器被设计成使得在过滤元件仅可产生非常小的差压，因为作为操作压力，它们最大地具有可用于它们的环境压力（1巴）。通常，对于装载/车辆使用存在最大500毫巴的差压增加。根据本发明，采用的聚结介质适合于过滤元件的吸入侧定位，因为聚结介质具有相对较大的孔径，使得它不能被较小的颗粒堵塞。特别是当用于与主过滤器相比使用较粗且更多开孔过滤介质的预过滤器时，存在聚结介质可能被颗粒堵塞的风险。在这种情境下，与使用寿命相关的是，这会基于孔会被堵塞的材料性质而被阻止。未在预过滤器中分离的水滴在下游泵中被进一步粉碎并且可以在下游主过滤器中被分离。这通过至多10％的聚结材料的最小填充密度来有利地实现。
根据进一步的有利实施例，聚结元件可以在过滤波纹管和支撑管之间以形状稳定的方式被支撑。特别是当使用形状不稳定的聚结介质时，当织物或非织造物嵌入两个相对形状稳定的元件之间时，其为有利的，因为它们由过滤波纹管和支撑管构成。
根据进一步的有利实施例，过滤波纹管可以被设计成中空圆柱形形状，其中流体路径径向延伸通过过滤波纹管和聚结元件，特别是从中空圆柱形的外部区域延伸到中空圆柱形的内部区域。此中空的圆柱形形状是有利的，以便在圆形过滤系统中使用过滤元件，因为它们经常用于汽车领域，特别是在商用车辆中。有利地，第一流体路径可以从外部区域延伸到内部区域中进入过滤元件中。这种布置使得例如燃料能够从围绕过滤元件圆周的外部通过例如折成星形的过滤体的过滤介质流入。燃料然后可以向内流过过滤元件并且可以通过过滤元件的内部区域供应到内燃机的燃料供应系统。
根据进一步的有利实施例，可以将聚结元件布置在过滤波纹管的清洁侧处。过滤波纹管被设计成使得自由和溶解的水通过过滤波纹管并有利地在该处预结合。聚结元件设计用于聚结流体中的乳化水的主要部分，即，增大乳化水的滴尺寸，并且从燃料中分离因此聚结的水。
根据进一步的方面，本发明涉及一种过滤系统，该过滤系统具有布置在用于过滤流体的过滤器壳体中的过滤元件，其中过滤元件在其清洁侧处设置有用于聚结流体中包含的水的聚结元件。过滤元件包括外部介质层、过滤波纹管以及内部介质层、聚结元件，以用于过滤流体，例如燃料，并且特别适用于从燃料去除污染物、诸如水。过滤波纹管被设计成使得当流体从外部进入过滤元件时首先过滤自由水。自由水不会穿透过滤波纹管并基本上保持在过滤元件外部。聚结元件被设计成聚结流体中的乳化水的主要部分，即，增大水滴并且从燃料中分离因此聚结的水。比燃料更重的水可以沉积在过滤元件的底部，并且可以通过下端盘处上的合适通道排出。另外，它可以在下游泵中粉碎。
根据过滤系统的有利实施例，过滤元件可以包括中空圆柱形过滤波纹管，其具有布置在过滤波纹管内部的支撑管，其中聚结元件在流动方向上布置在过滤波纹管和支撑管之间，并且其中该聚结元件具有单层配置并且在径向外侧处作为圆柱形夹套围绕支撑管。
根据过滤系统的进一步的有利实施例，最终分离器可以布置在过滤元件内的清洁侧处。由于其筛选作用，此种最终分离器可用于另外将可能已从聚结介质分离的纤维从流体中保留，使得这些纤维不能沿着进一步的流体路径到达内燃机。而且，流体中的自由水大部分通过过滤波纹管。在聚结介质中，小水滴在它们通过聚结元件时增大。在聚结元件和最终分离器之间的间隙中，大的滴由重力帮助而向下落入过滤系统的收集空间中，收集的水从该处例如通过螺杆可以在维护期间排出到外部。
起初不会由于重力而向下掉落的较小滴被最终分离器的疏水表面阻碍而不能通过清洁侧并且也向下落入收集空间中。具有滴尺寸小于最终分离器的筛孔尺寸（其为例如40微米）的水滴通过最终分离器到达清洁侧，并在下游低压泵中粉碎，使得它们可以在下游主过滤器中分离。
有利的是过滤系统用于过滤燃料、特别是柴油燃料。作为替代方案，可以想到将此配置用于必须被过滤并包含水的其它液体流体。当然，用于其它液体流体的此过滤系统通常也会提供聚结元件，使得也可以想到使用所提出的聚结元件用于过滤其它流体。
进一步有利的是过滤系统用作内燃机的燃料供应系统的预过滤器（上游过滤器）。这样的预过滤器可以有利地用作主过滤系统上游的内燃机的燃料供应系统的过滤的预过程，使得燃料中的较粗颗粒已经被过滤掉并且不能再到达主过滤器。
而且，在内燃机的燃料供应系统的吸入侧处使用过滤系统是有利的。由此防止了较大的颗粒可以到达下游燃料泵，因为颗粒已经在泵的上游被过滤出。此外，可以在下游泵中粉碎没有被聚结元件和下游最终分离器分离的较小水滴，从而可以在下游主过滤器中进一步分离它们。
附图说明
进一步的优点得自下面的附图描述。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑特征并将它们组合到其它方便的组合。
以示例性方式在以下示出：
图1 根据本发明的实施例的用于机动车辆中的燃料过滤的具有单层聚结元件的过滤系统的纵向截面。
具体实施方式
在附图中，相同或相同类型的部件用相同的附图标记确定。附图仅示出示例并且不理解为限制性的。
借助用于过滤燃料，特别是柴油燃料的燃料过滤器来示出本发明，但是也可以利用适当调整构造来提供用于其它过滤系统。
图1示出了根据本发明的实施例的用于机动车辆中的燃料过滤的具有单层聚结元件30的过滤系统100的纵向截面。过滤系统100包括布置在过滤器壳体108中用于过滤流体的过滤元件10，其中过滤元件10在其清洁侧50处提供用于聚结流体中包含的水的聚结元件30。过滤元件10作为圆形过滤元件插入圆形过滤器壳体108中，该圆形过滤器壳体108包括壳体顶部部分112和壳体底部部分114构成。过滤元件10居中地安置在壳体108中并且以两个端盘16、18夹持在过滤器壳体108中。在过滤元件10内，最终分离器106布置在清洁侧50处并且覆盖整个流体路径40，因为最终分离器106在两个端面15、17处突出通过过滤元件10并且与壳体顶部部分112和壳体底部部分114流体密封地连接。流体从外部通过未示出的入口供应到过滤器壳体108，并且从径向外侧穿过过滤元件10，并且可以通过过滤波纹管12、聚结元件30以及最终分离器106到达过滤器壳体108的内部。然后，经过滤的流体经由该内部通过图1中在顶部示出的出口104排出。
分离出的水被收集在水收集空间116中，分离出的水从那里可以排放到外部。为此，过滤系统100可以通过螺纹110与该水收集空间116拧到连接插座（未示出）上。
具有在未清洁侧52和清洁侧50之间的流体路径40的用于过滤流体的过滤元件10包括过滤波纹管12，该过滤波纹管12在其相对定位的端面15、17处分别流体密封地连接到端盘16、18。过滤元件10还包括支撑管14，该支撑管14同轴地布置在过滤波纹管12内并与两个端盘16、18连接并且包括通道20，用于使流体流过其。此外，过滤元件10包括具有聚结介质32的聚结元件30，该聚结介质32在流动方向上布置在过滤波纹管12和支撑管14之间并且被提供用于聚结流体中包含的水。聚结元件30具有单层配置并且在径向外侧22处围绕支撑管14作为圆柱形夹套。流体从入口侧53流动通过聚结元件30到出口侧51。
聚结介质32优选由填充密度为至多10％，特别是至少2％，例如6％的材料形成。聚结介质32可以包括至少100 μm的平均孔径。聚结介质32方便地由聚酯制成，其中聚结介质32具有在2 mm和5 mm之间，优选在2.8 mm和4 mm之间的厚度，和/或至少1,000 l/cm2h，优选至少1,500 l/cm2h，特别优选高达4500 l/cm2h的透气性。另选地，还可以想到的是，聚结介质32由黏胶制成，其中聚结介质32然后具有在0.5 mm和4 mm之间，优选1 mm和3 mm之间的厚度，和/或至少1000 l/cm2h，优选至多3,000 l/cm2h的透气性。
聚结元件30流体密封地连接到两个端盘16、18并且在过滤波纹管12和支撑管14之间以形状稳定的方式支撑。过滤波纹管12由中空圆柱形具体实施，其中流体路径40径向延伸穿过过滤波纹管12和聚结元件30，特别是从中空圆柱形的外部区域42延伸到中空圆柱形的内部区域44中。聚结元件30因此布置在过滤波纹管12的清洁侧50处。
流体中的自由水主要通过过滤波纹管12被引导。在聚结介质32中，小水滴在它们通过聚结元件30时被扩大。在聚结元件30和最终分离器106之间的间隙中，大的滴在重力的帮助下向下落入过滤系统100的收集空间116中，收集的水从该处例如借助于螺杆在维护期间排出到外部。
起初不会由于重力而向下落下的较小滴被最终分离器106的疏水表面阻碍而不能通过清洁侧50并且也向下落入收集空间中。最终分离器106由疏水材料制成，特别是由PET制成，并且优选包括40 μm的筛孔尺寸。水滴的滴尺寸小于最终分离器的筛孔尺寸（其例如为40 μm），通过最终分离器106到清洁侧50并在下游低压泵中粉碎，使得它们可以在下游主过滤器中分离。