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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftfilterelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 20 2007 014 821 U1 ist ein ringförmiges Luftfilterelement bekannt. Aus
WO 2005/094655 A2 und
US 2009/0145093 A1 sind gewickelte Filterelemente bekannt, welche aus einem Halbzeug gebildet sind, welches eine auf einer Glattlage angeordnete Welllage aus Filtermedium aufweist. Aus der
DE 195 08 678 A1 ist ein Flachfilterelement bekannt. In der
EP 1 464 372 B1 wird ein Luftfilter mit einem Luftfilterelement zum Einsetzen in ein Gehäuse beschrieben. Das Filtermittel des Luftfilterelementes ist plattenförmig ausgeführt und als Faltenfilter ausgebildet. Das Filterelement ist von einem umlaufenden Dichtungselement eingefasst, welches die umlaufende Kante des Filterelementes umschließt und im eingesetzten Zustand dichtend an der Innenwand des aufnehmenden Gehäuses anliegt. Das Dichtungselement weist zwei unter einem Winkel nach oben gerichtete Dichtlippen auf, die an der Unterseite eines aufgesetzten Gehäusedeckels dichtend anliegen. Ein Schenkel des Dichtungselementes ragt seitlich nach außen und bildet gemeinsam mit einem an der Seite des Dichtungselementes anliegenden, weiteren Schenkel einen L-förmigen Abschnitt, der an einer entsprechend geformten, L-förmigen Schulter der Wandung des Gehäuses anliegt. Die Schulter des Gehäuses bildet zugleich eine Abstützfläche für den aufgesetzten Gehäusedeckel.
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Für eine sichere Verbindung des Dichtungselementes am Filterelement sind in das Filterelement benachbart zur Seitenkante rillenförmige Vertiefungen eingebracht, in die das Dichtungselement eingespritzt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen die Reinseite von der Rohseite eines Luftfilterelementes strömungsdicht zu separieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Luftfilterelement wird in einem Luftfilter eingesetzt, das beispielsweise in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine integriert ist. Möglich sind aber auch Anwendungen von Luftfiltern in anderen technischen Gebieten, beispielsweise zur Reinigung der Atemluft in Fahrzeug- oder Flugzeugkabinen.
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Das Luftfilterelement weist ein plattenförmiges Filtermittel auf, welches von der zu reinigenden Luft durchströmt wird. Das Filtermittel ist von einem Kunststoffrahmen eingefasst, an dem ein umlaufendes Dichtungselement angeordnet ist. Zweckmäßigerweise läuft auch der Kunststoffrahmen am Filtermittel des Filterelementes um und umschließt das Filterelement. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Dichtungselement ausschließlich an dem Kunststoffrahmen gehalten, wobei auch Ausführungen möglich sind, bei denen das Dichtungselement nicht nur am Kunststoffrahmen, sondern zusätzlich auch unmittelbar am Filtermittel anliegt und von diesem gehalten wird.
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Am Kunststoffrahmen ist eine seitlich nach außen, vom Filtermittel weg weisende Kante angeordnet, die von einem Abschnitt des Dichtungselements U-förmig umgriffen ist. Des Weiteren ist einteilig mit dem Dichtungselement eine umlaufende Dichtlippe ausgebildet, die an einem Seitenschenkel des U-förmigen Abschnitts angeordnet ist und sich über den Seitenschenkel erhebt.
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Mit dieser Ausführung werden verschiedene Vorteile erzielt. Zum einen ist eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen dem Dichtungselement und dem Kunststoffrahmen und damit auch zum Filtermittel gegeben. Der U-förmige Abschnitt umgreift die Kante am Kunststoffrahmen mechanisch formschlüssig, gegebenenfalls auch chemisch stoffschlüssig, und ist sicher am Kunststoffrahmen gehalten. Zum anderen bildet ein Seitenschenkel des U-förmigen Abschnittes eine Dicht- bzw. Auflagefläche, mit der das Dichtungselement an der Wandung des aufnehmenden Filtergehäuses elastisch nachgiebig anliegt. Dies verbessert zum einen die Dichtwirkung, zum anderen werden Kräfte bei der Montage mit dem Einsetzen des Filterelementes in das Filtergehäuse und dem Aufsetzen eines Gehäusedeckels durch die Elastizität des Dämpfungsmaterials gedämpft. Hierbei liegt die umlaufende Dichtlippe an der Innenseite des Gehäusedeckels an, welcher auf das Filtergehäuse aufgesetzt wird. Der U-förmige Dichtabschnitt und die Dichtlippe, welche einteilig mit dem U-förmigen Dichtabschnitt ausgebildet ist, sorgen für eine Reduzierung der Kräfte beim Aufsetzen und Schließen des Gehäusedeckels auf das Filtergehäuse. Das Dichtungselement weist zugleich eine einfache Querschnittsgeometrie auf und lässt sich entsprechend einfach herstellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird das Dichtungselement an die nach außen ragende Kante des Kunststoffrahmens angespritzt. Als Material für das Dichtungselement kommt beispielsweise TPU (thermoplastische Polyurethane) oder TPV (vernetzte thermoplastische Elastomere) in Betracht. Die TPU bzw. TPV können ggf. in einem geschäumten Zustand vorliegen. Die Schaumstruktur kann eine geschlossene Oberfläche aufweisen.
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Im Unterschied zu einem PU-Schaum, welcher beim Schließen des Gehäusedeckels verpresst werden muss, um die Dichtungsanforderungen zu erfüllen, was mit hohen Schließkräften einhergeht, werden bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Dichtungselementes aufgrund der geometrischen Ausführung mit U-förmigem Dichtabschnitt und angeformter Dichtlippe in Verbindung mit dem TPU- oder TPV-Material des Dichtungselementes die zum Schließen des Gehäusedeckels erforderlichen Kräfte erheblich reduziert. Dies vereinfacht den Zusammenbau des Luftfilters sowie den Wechsel des Luftfilterelementes im Wartungsfall.
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Die einteilig ausgebildete Dichtlippe bietet zudem einen großen Toleranzausgleich, so dass Gehäusetoleranzen besser kompensiert werden können.
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Die Dichtlippe nimmt, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, gegenüber einer Orthogonalen zur Ebene des Seitenschenkels des U-förmigen Abschnittes einen Winkel ein, der zweckmäßigerweise mindestens 15° beträgt. Die Seitenschenkel erstrecken sich der Kontur der Kante des Kunststoffrahmens folgend in Querrichtung, bezogen auf die Wandebene des Filtergehäuses. Die Orthogonale zur Ebene der Seitenschenkel verläuft dementsprechend parallel zur Wandebene der Wandung des Filtergehäuses. Die Dichtlippe nimmt somit im unverformten Zustand einen Winkel von mindestens 15° gegenüber der Ebene der Wandung des Filtergehäuses ein. Der Winkel liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 15° und 60°, wobei ggf. auch eine orthogonale Erstreckung der Dichtlippe zum Seitenschenkel in Betracht kommt, also eine Erstreckung parallel zur Wandebene der Wandung des Filtergehäuses. Bei winkliger Ausführung der Dichtlippe ist mit dem Aufsetzen des Gehäusedeckels die Verformungsrichtung der Dichtlippe eindeutig bestimmt. Die Dichtlippe erstreckt sich zweckmäßigerweise im unverformten Zustand mit ihrer freien Stirnseite mit einer Richtungskomponente nach außen, so dass mit dem Aufsetzen des Gehäusedeckels eine Verformung der Dichtlippe nach außen erfolgt.
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Das Luftfilterelement kann mehreckig, vorzugsweise rechteckförmig und als Plattenfilter ausgeführt sein. In Betracht kommen auch nicht-eckige Ausführungen, beispielsweise runde Luftfilterelemente.
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Das Filtermittel kann als ein Faltenfilter ausgeführt sein. Die Dichtlippe erstreckt sich entlang der geradlinigen oder gekrümmten Seiten des Luftfilterelements und weist erfindungsgemäß im Übergang zwischen zwei winklig aneinandergrenzenden Seiten einen verlängert ausgeführten Kompensationsabschnitt auf. Der Kompensationsabschnitt ist vorteilhafterweise teilkreisförmig, ggf. elliptisch oder bogenförmig ausgebildet und verbindet winklig aneinandergrenzende, geradlinige oder gekrümmte Dichtlippenabschnitte an unterschiedlichen Seiten miteinander. Der verlängerte Kompensationsabschnitt ermöglicht es, dass die Dichtlippenabschnitte an den verschiedenen Seiten jeweils bei Beaufschlagung durch den Gehäusedeckel nach außen gedrückt werden; hierbei verlängert sich der Kompensationsabschnitt, so dass trotz der nach außen umgebogenen Dichtlippe eine durchgehende und strömungsdichte Verbindung zwischen dem Dichtungselement und dem aufliegenden Gehäusedeckel gebildet ist.
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Der Luftfilter umfasst das Luftfilterelement und ein Filtergehäuse, in das das Luftfilterelement eingesetzt wird. Das Filtergehäuse ist von dem Gehäusedeckel zu verschließen. Das Dichtungselement liegt mit einem der Seitenschenkel des U-förmigen Abschnitts an dem Filtergehäuse und mit der Dichtlippe am Gehäusedeckel an. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung besitzt das Filtergehäuse benachbart zu seiner Stirnseite eine seitlich auskragende Stützschulter, auf der im montierten Zustand ein Seitenschenkel des U-förmigen Dichtabschnittes aufliegt. Die Stützschulter nimmt auch die Schließkräfte bei aufgesetztem Gehäusedeckel auf. Die Stützschulter weist zweckmäßigerweise an ihrer radial außen liegenden Seite eine begrenzende, aufgestellte Wandung auf, an deren Innenseite das Dichtungselement anliegt.
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Grundsätzlich kommt auch eine umgekehrte Ausführung in Betracht, bei der das Dichtungselement mit einem der Seitenschenkel des U-förmigen Abschnitts an dem Gehäusedeckel und mit der Dichtlippe am Filtergehäuse anliegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht ein Luftfilterelement, mit einem plattenförmigen, rechteckförmigen Filtermittel, das von einem Kunststoffrahmen mit einem Dichtungselement eingefasst ist,
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2 einen Schnitt durch das Luftfilterelement im Seitenbereich,
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3 in perspektivischer Ansicht der Eckbereich des Luftfilterelementes mit einem teilkreisförmigen Kompensationsabschnitt zur Verbindung zweier geradliniger Dichtlippenabschnitte des Dichtungselementes,
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4 der Eckbereich des Luftfilterelements in Draufsicht,
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5 in perspektivischer Ansicht das Luftfilterelement eingesetzt in ein Filtergehäuse,
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6 einen Schnitt aus dem Seitenbereich des in das Filtergehäuse eingesetzten Luftfilterelements,
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7 der Luftfilter mit Filtergehäuse und aufgesetztem Gehäusedeckel,
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8 einen Schnitt durch den Seitenbereich des Luftfilters im montierten Zustand einschließlich Filtergehäuse und Gehäusedeckel,
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9 einen Schnitt längs durch den Luftfilter.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Luftfilterelement 1 dargestellt, das beispielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur Filtration der herangeführten Verbrennungsluft eingesetzt wird. Das Luftfilterelement 1 weist ein platten- und rechteckförmiges Filtermittel 2 auf, das als Faltenfilter ausgebildet ist und von einem Kunststoffrahmen 3 eingefasst ist. Der Kunststoffrahmen 3 ist Träger eines Dichtungselementes 4, das ausschließlich am Kunststoffrahmen 3 gehalten ist und an den Kunststoffrahmen 3 angespritzt sein kann. Das Dichtungselement 4 besteht beispielsweise aus einem TPU (thermoplastische Polyurethane) oder einem TPV (vernetzte thermoplastische Elastomere).
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Wie 2 zu entnehmen, ist einteilig am Kunststoffrahmen 3 eine seitlich nach außen ragende Kante 5 angeformt, welche sich auf der dem Filtermittel 2 abgewandten Seite horizontal nach außen erstreckt. Die Kante 5 des Kunststoffrahmens 3 ist von einem U-förmigen Dichtabschnitt 6 des Dichtungselements 4 eingefasst. Einteilig mit dem U-förmigen Dichtabschnitt 6 ist eine Dichtlippe 7 des Dichtungselementes ausgebildet, die sich vom oberen Seitenschenkel 6a des U-förmigen Dichtabschnitts 6 nach oben erstreckt und unter einem Winkel α von ca. 20° zur Orthogonalen 8 gerichtet ist, welche senkrecht zur Ebene der Seitenschenkel 6a, 6b und zur Ebene der seitlich ausragenden Kante 5 liegt. Die Dichtlippe 7 ist hierbei nach außen geneigt. Der U-förmige Dichtabschnitt 6 und die Dichtlippe 7 sind umlaufend ausgebildet und fassen das Filtermittel 2 rahmenförmig ein.
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Wie den 3 und 4 zu entnehmen, erstreckt sich die Dichtlippe 7 entlang den Seiten des Filtermittels 2 geradlinig, wobei die Abschnitte der Dichtlippe 7 im Eckbereich über einen teilkreisförmigen Kompensationsabschnitt 9 miteinander verbunden sind. Der Kompensationsabschnitt 9 ist verlängert ausgeführt und besitzt eine größere Länge als im unverformten Zustand des Dichtungselementes für die Verbindung der geradlinigen Dichtlippenabschnitte erforderlich wäre. Aufgrund der verlängerten Ausführung des Kompensationsabschnittes 9 ist es möglich, dass sich die Dichtlippe 7 in allen ihren Abschnitten bei einer Beaufschlagung durch einen Gehäusedeckel von oben nach außen verformt, wodurch der Kompensationsabschnitt 9 gestreckt wird. Der Kompensationsabschnitt 9 ermöglicht somit die Umbiegung der Dichtlippe nach außen unter Vermeidung von hohen Spannungen im Übergang zwischen den geradlinigen Abschnitten, was anderenfalls die Gefahr eines Risses mit sich führen würde.
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In den 5 und 6 ist das Luftfilterelement 1 im aufnehmenden Filtergehäuse 10 dargestellt. An der Außenwand des aufnehmenden Filtergehäuses 10 ist eine seitlich auskragende Stützschulter 11 gebildet, die eine Auflage- und Stützfläche für den unteren Seitenschenkel 6b des U-förmigen Dichtabschnittes des Dichtungselementes 4 bildet. Die Stützschulter 11 ist radial außen von einer aufsteigenden Begrenzungswand 12 begrenzt, an der sich der Boden des U-förmigen Dichtabschnittes 6, welcher die beiden Seitenschenkel 6a und 6b miteinander verbindet, abstützt.
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In 7 ist der Luftfilter 13 mit dem das Filterelement aufnehmenden Filtergehäuse 10 und einem aufgesetzten Gehäusedeckel 14 dargestellt. Filtergehäuse 10 und Gehäusedeckel 14 weisen Strömungsöffnungen 15 und 16 für die Zu- bzw. Ableitung der Verbrennungsluft vor und nach der Filtration im Filterelement auf.
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Wie der Schnittdarstellung gemäß 8 zu entnehmen, wird die Dichtlippe 7 des Dichtungselementes 4 von dem aufgesetzten Gehäusedeckel 14 nach außen umgebogen. Es besteht ein strömungsdichter Abschluss zum einen zwischen dem U-förmigen Dichtungsabschnitt 6 und dem Filtergehäuse 10 und zum anderen zwischen der Dichtlippe 7 und dem Gehäusedeckel 14. Auf diese Weise ist die Rein- von der Rohseite des Filterelementes strömungsdicht separiert.
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9 zeigt einen Längsschnitt durch den Luftfilter 13 mit darin eingesetztem Luftfilterelement 1 im Filtergehäuse 10 sowie mit aufgesetztem Gehäusedeckel 14. Die Strömungsräume unterhalb und oberhalb des Luftfilterelementes 1 sind im Inneren des Gehäuses strömungsdicht voneinander separiert. Der Gehäusedeckel 14 ist über geeignete Verbindungselemente am Filtergehäuse 10 fixiert, beispielsweise mittels Schnapphaken.
