DE102014012948A1

DE102014012948A1 - Filtersystem und Filterelement für ein Filtersystem

Info

Publication number: DE102014012948A1
Application number: DE102014012948.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Ruhland; Michael Kaufmann; Reinhard Oelpke
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtersystem (100), umfassend ein Gehäuse (108) mit einer Längsachse (L), einen Deckel (110), der das Gehäuse (108) an einer Stirnseite (120) verschließt, einen am Gehäuse (108) angeordneten Einlass (102) zum Zuführen eines zu filternden Mediums und einen am Gehäuse (108) angeordneten Auslass (104) zur Ableitung des gefilterten Mediums, ein auswechselbares Filterelement (10), welches im Gehäuse (108) angeordnet ist und einen Filterkörper (12), eine erste an einer Stirnseite (15) angeordnete offene Endscheibe (16) und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite (17) angeordnete Endscheibe (18) umfasst, ein gehäusefestes Stützrohr (14), welches im Inneren des Filterelements (10) um die Längsachse (L) konzentrisch angeordnet ist. Das Filterelement (10) ist mit der zweiten Endscheibe (18) auf dem Stützrohr (14) aufliegend an einer inneren Deckelkontur (114) anliegend verdrehsicher gelagert. Die Erfindung betrifft ferner ein Filterelement (10) sowie ein Sekundärelement (28) zum Einbau in ein solches Filtersystem (100).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filtersystem, insbesondere zur Verwendung als Luftfilter einer Brennkraftmaschine, sowie ein Filterelement zum Einbau in ein solches Filtersystem.
Stand der Technik
Aus der WO 2009/047196 A1 ist ein Filtersystem für Brennkraftmaschinen mit einem Filterelement bekannt. Dieses Filtersystem dient insbesondere der Filtrierung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine und besteht aus einem Gehäuse und einem Deckel zur Aufnahme des Filterelements, bei dem durch die Ausgestaltung der Dichtungen des Filterelements mit zwei ringwulstförmigen Anordnungen und einer dazwischen liegenden Dichtungsnut gewährleistet ist, dass einerseits eine Abdichtwirkung und andererseits eine axiale Abstützung des Filterelements in einem Gehäuse erzielt wird. Gerade bei der Verwendung von Kunststoff für die Abdichtung an schwingungsbelasteten Elementen ist eine Gestaltung erforderlich, die auch bei extremen Temperaturschwankungen zuverlässig arbeitet.
Weiter beschreibt die WO 2009/047196 A1 , dass ein Sekundärelement vorgesehen ist, welches im Inneren eines Filterelements des Filtersystems positioniert ist. Das Sekundärelement hat die Aufgabe, bei einem Austausch des Filterelements den Auslass des Filtersystems weiterhin verschlossen zu halten, so dass kein Schmutz in diesen Bereich eindringen kann, während das Filterelement gereinigt oder erneuert wird. Im Betrieb des Filtersystems strömt die gereinigte Luft durch das Sekundärelement hindurch, welches eine Vliesauflage auf einer tragenden Struktur aufweist. Das Sekundärelement ist über ein Schraubgewinde an dem Auslassstutzen des Auslasses befestigt und gleichzeitig über einen O-Ring in diesem Bereich abgedichtet.
Aus der DE 29780439 U1 sind Luftfilterkonstruktionen bekannt, bei denen das Filterelement und das Gehäuse so konstruiert sind, dass ein ”Vorreinigungs”-Vorgang stattfindet, der bereits gröberen Schmutz aus der Luft entfernt, bevor diese mit dem Filterelement in Kontakt kommt. Zum Beispiel sind Gehäuse für einen dort hineingelenkten Luftstrom konstruiert, der zuerst in einer Kreisströmung oder einem schraubenförmigen Muster um das Filterelement herum (oder dieses umschreibend) gelenkt wird, so dass gröbere Schmutzpartikel oder Schwebstoffteilchen auf Grund eines Zykloneffektes bereits abgeschieden werden.
In konventionellen Systemen ist mit dem Luftstrom an der Eintrittsöffnung in das System ein erhebliches Maß an Turbulenz verbunden. Solche Turbulenz kann die Falten des als Filtermedium verwendeten Papiermediums an dieser Stelle beanspruchen oder schwächen, was eine Schwächung oder manchmal Versagen des Papiermediums an dieser Stelle bewirkt. In einigen Systemen umfasst das Gehäuse eine Innenstruktur, um dieses zu verhindern. Außerdem kann der Luftstrom in der Nähe des Lufteintrittes in das kreisförmige Strömungssystem bis zu einem gewissen Ausmaß an das gefaltete Papiermedium geführt werden, insbesondere, wenn das Gehäuse an dieser Stelle keine Schutzstruktur umfasst. Dieses kann vorzeitiges Zusetzen des Filtermediums an dieser Stelle mit größeren Schwebstoffteilchen bewirken. Außerdem können die Schwebstoffteilchen, wenn sie an dieser Stelle an das Medium geführt werden, das Medium beschädigen.
In der DE 29780439 U1 umfasst das Filterelement deshalb eine Auskleidung, die einen mechanischen Schutz des Filterelements darstellt, einen Bereich aus Filtermedium und eine Schirmanordnung. Die Auskleidung hat offene Bereiche für den Durchgang von Luft. Die Schirmanordnung ist an einem gelochten oder offenen Teil der Auskleidung entlang ihrer luftstromabwärtsliegenden Fläche in so einer Position angeordnet, dass sie einen verbundenen Teil der Auskleidung vom direkten Hindurchströmen von Luft und in einen Teil des Bereiches des Filtermediums abschirmt. Die Auskleidung kann aus Streckmetall bestehen, während die Schirmanordnung aus einem Polymerfilm oder -folie bestehen kann.
Aus der DE 29780439 U1 sind Luftfilterkonstruktionen bekannt, bei denen das Filterelement und das Gehäuse so konstruiert sind, dass ein ”Vorreinigungs”-Vorgang stattfindet, der bereits gröberen Schmutz aus der Luft entfernt, bevor diese mit dem Filterelement in Kontakt kommt. Zum Beispiel sind Gehäuse für einen dort hineingelenkten Luftstrom konstruiert, der zuerst in einer Kreisströmung oder einem schraubenförmigen Muster um das Filterelement herum (oder dieses umschreibend) gelenkt wird, so dass gröbere Schmutzpartikel oder Schwebstoffteilchen auf Grund eines Zykloneffektes bereits abgeschieden werden.
In konventionellen Systemen ist mit dem Luftstrom an der Eintrittsöffnung in das System ein erhebliches Maß an Turbulenz verbunden. Solche Turbulenz kann die Effizienz einer Vorabscheidung entscheidend negativ beeinflussen. In einigen Systemen umfasst das Gehäuse deshalb eine Innenstruktur, um dieses zu verhindern. Dieses kann vorzeitiges Zusetzen des Filtermediums mit größeren Schwebstoffteilchen bewirken. Außerdem können die Schwebstoffteilchen, wenn sie mit großer Geschwindigkeit an das Filtermedium geführt werden, das Filtermedium beschädigen.
In der DE 29780439 U1 ist außerdem eine gesamte Filteranordnung vorgesehen, die ein Gehäuse, ein herausnehmbares und ersetzbares Filterelement, im Wesentlichen wie oben beschrieben, und eine Vorreinigungsanordnung umfasst, die so aufgebaut und angeordnet ist, dass Luft tangential geführt wird, wenn sie in das Gehäuse eintritt; d. h., in einem kreisförmigen oder schraubenförmigen Strömungsmuster, das das Filterelement umschreibt oder zumindest zu Beginn im Wesentlichen um das Filterelement herum geführt wird.
Grundsätzlich ist vorgesehen, die Filterelemente von Luftfiltern nach einer bestimmten Betriebszeit auszutauschen. Je nach Staubanfall kann die Standzeit eines Luftfilters wenige Tage (Baumaschinen) bis zu mehreren Monaten betragen. Dabei verbleibt üblicherweise das Sekundärelement, das auf der Reinluftseite angeordnet ist, im Filtersystem. Ist jedoch auch das Sekundärelement stark mit Schmutz beladen, so muss es ebenfalls getauscht werden, da sonst der Luftdurchsatz zu sehr verringert wird. Dabei ist die zuverlässige und prozesssichere Abdichtung von Filterelement und Sekundärelement in einem Gehäuse besonders wichtig, um den Ansaugtrakt einer darauf folgenden Brennkraftmaschine vor eindringendem Schmutz zu schützen.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Filtersystem zu schaffen, bei dem eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Bereich des ungefilterten und dem Bereich des gefilterten Mediums möglich ist, die sowohl während des Betriebs aufrechterhalten als auch insbesondere nach einem montagefreundlichen Austausch von Filterelement und/oder Sekundärelement zuverlässig wiederhergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement und ein Sekundärelement zum Einbau in ein solches Filtersystem zu schaffen.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst bei einem Filtersystem, bei dem ein Filterelement mit einer zweiten Endscheibe auf einem Stützrohr aufliegend und/oder an einer inneren Deckelkontur anliegend verdrehsicher gelagert ist sowie nach weiteren Aspekten der Erfindung gelöst von einem Filterelement und einem Sekundärelement zum Einbau in ein solches Filtersystem.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Filtersystem vorgeschlagen, das ein Gehäuse mit einer Längsachse, einen Deckel, der das Gehäuse an einer Stirnseite verschließt, einen am Gehäuse angeordneten Einlass zum Zuführen eines zu filternden Mediums und einen am Gehäuse angeordneten Auslass zur Ableitung des gefilterten Mediums, ein auswechselbares Filterelement, welches im Gehäuse angeordnet ist und einen Filterkörper, eine erste an einer Stirnseite angeordnete offene Endscheibe und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordnete Endscheibe umfasst, sowie ein gehäusefestes Stützrohr, welches im Inneren des Filterelements um die Längsachse konzentrisch angeordnet ist und insbesondere zur radialen Abstützung des Filterelements dient, umfasst.
Dabei ist das Filterelement bevorzugt mit der zweiten Endscheibe auf dem Stützrohr aufliegend an einer inneren Deckelkontur anliegend verdrehsicher gelagert und so zwischen Stützrohr und Deckel fest verpresst.
Durch die Festlagerung der zweiten Endscheibe des Filterelements wird die Lagerung des Filterelements selbst im Gehäuse unempfindlicher und eindeutiger gegenüber Umwelteinflüssen wie beispielsweise Wassereintrag, hohe Luftfeuchte, und der dadurch eintretenden Erweichung/Verformung des Filterpapieres des Filterkörpers während dem Betrieb. Außerdem ist dadurch eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Bereich des ungefilterten und dem Bereich des gefilterten Mediums gegeben, die sowohl während des Betriebs aufrechterhalten als auch insbesondere nach einem montagefreundlichen Austausch von Filterelement und/oder Sekundärelement zuverlässig wiederhergestellt werden kann.
Der Filterkörper kann beispielsweise aus einem zickzackförmig gefalteten (plissierten) Filterbalg bestehen und ringförmig geschlossen ausgeführt sein. Die Faltung kann beispielsweise durch Messerfaltung, für längere Filterkörper, oder Rotationsfaltung hergestellt werden. Der Filterbalg kann beispielsweise aus Papier oder aus Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose bestehen. Der Filterbalg kann ferner mit glatter Oberfläche, rolliert und/oder in verschiedenen Prägeformen gestalteter Oberfläche zur Versteifung und/oder Schaffung von Hohlräumen zur Staubablagerung ausgeführt sein. Der Filterbalg kann eine Beschichtung und/oder Imprägnierung aufweisen, um Feuchtigkeit abzuweisen. Er kann alternativ auch mit Nanofasern beschichtet sein. Der Filterkörper kann weiterhin mit einem Fadenwickel, mindestens einer umlaufenden Schmelzklebstoffraupe oder einem Gitter strukturell versteift sein. Unter Fadenwickel wird ein mit Schmelzklebstoff getränkter Faden verstanden, der auf den durch die äußeren Faltkanten gebildeten Umfang des Filterkörpers gewickelt wird, wobei beim Aushärten des Schmelzklebstoffs der Faden versteift und mit den Faltenspitzen verbunden wird. Das Filterelement ist in der Regel als Hauptfilterelement ausgebildet, auf dessen Reinseite und/oder in dessen Innenraum noch ein Sekundärfilterelement angeordnet sein kann.
Vorteilhafterweise kann das Filtersystem ein auswechselbares Sekundärelement mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende umfassen, welches im inneren des Stützrohres angeordnet und mit dem offenen Ende in einem Gehäusesitz angebracht ist. Dabei kann das Filterelement mit der zweiten Endscheibe auf dem Stützrohr und/oder auf dem geschlossenen Ende des Sekundärelements aufliegend an einer inneren Deckelkontur anliegend verdrehsicher gelagert sein. Dabei kann das Sekundärelement in den Gehäusesitz gepresst sein oder durch Aufbringen von Kraft über die zweite Endscheibe in den Gehäusesitz gepresst werden. Dadurch, dass auf das Sekundärelement beim Verschließen des Deckels eine starke axiale Kraftkomponente einwirkt, ist sichergestellt, dass dieses sich immer in seiner Endlage befindet, sobald das Gehäuse durch den Deckel verschlossen ist. Damit ist sichergestellt, dass die Dichtung zuverlässig in Eingriff ist. Auch muss bei der Fertigung nicht darauf geachtet werden, ob das Sekundärelement auf Endlage montiert wurde, weil dieses spätestens der Deckel übernimmt, da bei dem Verschließen des Deckels eine Andrückkraft über die zweite Endscheibe des Filterelementes auf das Sekundärelement geleitet wird. Damit ist eine sichere Endlage des Sekundärelementes bei montiertem Deckel sichergestellt. Weiter ist auf diese Weise das Filterelement zusätzlich zum Stützrohr über die zweite Endscheibe axial gegen den Deckel und damit gegen das Gehäuse verspannt und erfährt dadurch eine Festlagerung an der Stirnseite, dem deckelseitigen Ende des Filterelements.
Zweckmäßigerweise kann das Stützrohr an seinem der zweiten Endscheibe zugewandten Ende Aussparungen aufweisen, mit denen die zweite Endscheibe verzahnt oder verzahnbar ist. Zusätzlich macht die Verkrallung des Stützrohres im Werkstoff der Endscheibe das Filterelement unempfindlicher gegen Schwingungseinwirkungen.
Von Vorteil ist auch, wenn der Deckel des Gehäuses rippenförmige Erhebungen aufweist, mit der die zweite Endscheibe des Filterelements verzahnt oder verzahnbar ist. Die zusätzliche Verdrehsicherungswirkung der Verkrallung mit den rippenförmigen Erhebungen im Deckel begünstigt die Vibrationssteifigkeit der Lagerung des Filterelements im Gehäuse noch weiter.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Endscheibe eine äußere, mittlere Abstützfläche auf, die bevorzugt senkrecht zur Mittelachse bzw. Längsachse des Filterelements verläuft. Eine parallele, innere Abstützfläche wird weiter bevorzugt durch die Innenseite der zweiten Endscheibe gebildet.
In einer günstigen Ausgestaltung kann die zweite Endscheibe Abstütznoppen zur axialen und/oder radialen Kraftübertragung zwischen Deckel und zweiter Endscheibe aufweisen. Auf diese Weise kann die über das Schließen des Deckels ausgeübte Kraft auf die Endscheibe durch diese durchgeleitet und in das Stützrohr eingeleitet werden, wobei sich eine feste Lagerung des Filterelements ergibt.
Vorteilhafterweise kann die zweite Endscheibe Abstütznoppen auch zur axialen und/oder radialen Kraftübertragung zwischen Deckel und Sekundärelement aufweisen. Auf diese Weise kann die über das Schließen des Deckels ausgeübte Kraft auf die Endscheibe durch diese durchgeleitet und in das Sekundärelement eingeleitet werden, wodurch dieses wiederum fest in seinen Gehäusesitz gepresst werden kann. Damit ist eine feste Lagerung des Sekundärelements und zugleich auch gute Abdichtung zwischen ungefiltertem und gefiltertem Bereich des Filtersystems möglich.
Vorteilhafterweise kann die zweite Endscheibe, ebenso wie die erste Endscheibe, aus einem Polyurethanschaum oder einem Elastomer bestehen. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Endscheibe aus mehreren Kunststoffkomponenten herzustellen, um so eine optimale Verformbarkeit über einen großen Temperaturbereich, wie er beim Einsatz in der Praxis auftreten kann, zu gewährleisten. So sind auch thermoplastische Kunststoffe nicht ausgeschlossen. Beide Endscheiben können mit dem Filterkörper verschweißt oder verklebt ausgeführt sein, um eine stabile Verbindung zu bewirken.
Die innere Deckelkontur kann beispielsweise in einem Bereich als ringförmige Nut ausgebildet ist, in welche Abstütznoppen so eingreifen, dass auch eine radiale Abstützung an den radialen Wänden der Nut möglich ist.
Bevorzugt sind an der zweiten Endscheibe eine zentrale Abstütznoppe im Bereich der Längsachse des Filterelements und/oder eine Mehrzahl von ringförmig oder kreisförmig um die Längsachse herum angeordneten, regelmäßig oder unregelmäßig beabstandeten, exzentrischen Abstütznoppen vorgesehen. Die Abstütznoppen sind bevorzugt einstückig und/oder materialeinheitlich mit der zweiten Endscheibe ausgeführt. Die zentrale Abstütznoppe kann bevorzugt die äußere, mittlere Abstützfläche bilden. Die radiale Position, d. h. der Abstand vom Mittelpunkt der zweiten Endscheibe der exzentrischen Abstütznoppen ist bevorzugt so gewählt, dass die exzentrischen Abstütznoppen in direkter axialer Fortsetzung eines Stützrohrs eines korrespondierenden Gehäuses angeordnet sind. Bevorzugt stimmt daher der Durchmesser des Kreises, auf dem die exzentrischen Abstütznoppen, bevorzugt mit ihren Mittelpunkten, angeordnet sind, mit dem Durchmesser des Stützrohrs, bevorzugt mit dem Mittelwert zwischen Innen- und Außendurchmesser des Stützrohrs überein. Anders ausgedrückt sind die exzentrischen Abstütznoppen beispielsweise auf einem Kreis mit dem Durchmesser des Stützrohrs angeordnet und/oder die exzentrischen Abstütznoppen sind radial im Bereich des Querschnitts des Stützrohrs angeordnet. Der Kraftfluss erfolgt dabei bevorzugt rein axial vom Stützrohr über die zweite Endscheibe und deren exzentrische Abstütznoppen auf die innere Deckelkontur des Deckels.
Die innere Deckelkontur weist in der Mitte des Deckels bevorzugt eine ebene Fläche auf, an welcher die zentrale Abstütznoppe abstützbar ist. Die zweite Endscheibe ist bevorzugt zumindest in dem vom Filterkörper ringförmig umschlossenen Bereich derart elastisch ausgebildet, dass der mittlere Bereich mit der zentralen Abstütznoppe vom Sekundärelement elastisch nach außen gedrückt werden kann, bis sie am Deckel anliegt. Während der Montage des Deckels werden dann die exzentrischen Abstütznoppen gegenüber der zentralen Abstütznoppe leicht in Richtung offene Endscheibe verschoben. Wenn dann der Gehäusedeckel zum Wechsel des Filterelements abgenommen wird, ist die zweite Endscheibe leicht vorgespannt und erleichtert das Entfernen des Filterelements von seinem reibungsbehafteten Dichtsitz an der offenen Endscheibe, da bei entferntem Deckel Zug auf die äußeren Bereiche der zweiten Endscheibe und damit den Filterkörper ausgeübt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in der inneren Deckelkontur, bevorzugt in der ringförmigen Nut, rippenförmige, bevorzugt radial verlaufende, sich weiter bevorzugt leicht in den Innenraum des Filtergehäuses erstreckende, Erhebungen angebracht, mit denen sich der elastische Werkstoff der zweiten Endscheibe verzahnen oder verkrallen kann, so dass das Filterelement dadurch gegen mögliche Verdrehungen bei Vibrationen im Betrieb gesichert ist. Die Erhebungen drücken sich dabei bevorzugt in die exzentrischen Abstütznoppen der zweiten Endscheibe, so dass ein Formschluss in Drehrichtung um die Längsachse erzielt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind auch zusätzlich oder alternativ an dem der zweiten Endscheibe zugewandten Ende des Stützrohrs Aussparungen denkbar, welche ebenfalls eine Verzahnung oder Verkrallung des Stützrohrs mit der zweiten Endscheibe ermöglichen, um so eine Verdrehsicherung des Filterelements bei Vibrationen zu gewährleisten. Die zweite Endscheibe verbindet sich dabei beispielsweise formschlüssig mit dem der zweiten Endscheibe zugewandten Ende des Stützrohrs, beispielsweise kann eine elastische zweite Endscheibe in die Aussparungen durch Verformung und/oder Verpressung bei der Montage eindringen, so dass ein Formschluss in Drehrichtung um die Längsachse erzielt wird.
Hierzu ist eine weitere Ausführungsform vorteilhaft, in welcher die zweite Endscheibe aus einem beispielsweise gegossenen, im Vergleich zum Gehäusematerial und Stützrohrmaterial (beides üblicherweise spritzgegossene Thermoplaste, insbesondere mit Glasfaseranteil, oder Metall) weichen Material verwendet wird, zweckmäßigerweise Polyurethanschaum oder ein ähnlich elastischer Werkstoff, bevorzugt mit einer Härte im Bereich von ca. 10–30 Shore A.
In einer Ausführungsform ist der Abstand zwischen der Innenfläche der zweiten Endscheibe und den axialen Außenflächen der Abstütznoppen bevorzugt gleich oder weiter bevorzugt etwas größer gewählt oder ausgelegt als der Abstand zwischen der Innenfläche des Deckels im Bereich der Längsachse, d. h. in dessen Mitte, und dem axialen Ende des Sekundärelementes bzw. zwischen der Innenfläche des Deckels im Bereich der inneren Deckelkontur und dem Stützrohr.
Besonders bevorzugt ist mindestens einer der genannten Abstände an der zweiten Endscheibe mit einem Übermaß von 1–5 mm ausgelegt, bevorzugt bezogen auf die durch den Deckel einerseits und Stützrohr sowie Sekundärelement andererseits definierten Abstände. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Festlagerung des Filterelements gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise kann die erste Endscheibe eine Radialdichtung gegenüber dem Gehäuse aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass neben einer guten Abdichtung und damit einer sicheren Filterwirkung, durch die Radialdichtung sowie der axialen Verspannung der Abstütznoppen im Deckel eine radiale Führung des Filterelements im Gehäuse bewirkt werden kann und damit eine sehr stabile Halterung des Filterelements im Gehäuse entsteht.
Zweckmäßigerweise kann das Sekundärelement, das mit dem Gehäuse verbunden ist, beim Wechsel des Filterelements im Gehäuse verbleiben. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der sich an den Auslass des Filtergehäuses anschließende weitere Luftführungstrakt vor Verschmutzung beim Austauschprozess geschützt ist.
Vorteilhafterweise kann im Bereich des Einlasses des Filtersystems ein Zyklonabscheider vorgesehen sein und am Gehäuse oder am Deckel ein Schmutzauslass vorgesehen sein. Dieser Zyklonabscheider besteht aus einer Leitgeometrie, die das zu filternde Medium in eine Rotation versetzt. Durch diese Rotation wird der Schmutz im Bereich der Gehäusewand aufkonzentriert und an einer geeigneten Stelle über einen Schmutzauslass ausgetragen. Durch die Vorabscheidung des größten Teils an Schmutz aus der zu filternden Luft kann die Standzeit des eigentlichen Filterelements entscheidend verlängert werden.
Zweckmäßigerweise kann das Filtersystem als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Der sichere Betrieb von Brennkraftmaschinen beruht auch auf einer sicheren und günstigen Filterung der Ansaugluft für den Verbrennungsbetrieb. Das beschriebene Filterelement stellt dafür eine wirtschaftliche Möglichkeit dar.
Vorteilhaft ist ebenso die Verwendung des Filtersystems als Partikelfilter, insbesondere als Partikelfilter einer Brennkraftmaschine. Auch hier sind die sichere Montage und wirtschaftliche Austauschbarkeit des beschriebenen Filterelements von entscheidender Bedeutung.
Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filterelement zum Einbau in ein Filtersystem und bevorzugt mit einem oder mehreren Merkmalen wie oben und im Folgenden beschrieben, wobei das Filterelement auswechselbar in dem Gehäuse des Filtersystems anordenbar ist. Durch den Einsatz eines solchen Filterelements in ein beschriebenes Filtersystem ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Bereich des ungefilterten und dem Bereich des gefilterten Mediums gegeben, die sowohl während des Betriebs aufrechterhalten als auch insbesondere nach einem montagefreundlichen Austausch des Filterelement zuverlässig wiederhergestellt werden kann.
Weiter betrifft die Erfindung ein Sekundärelement zum Einbau in ein Filtersystem wie oben beschrieben, wobei das Sekundärelement auswechselbar in dem Gehäuse des Filtersystems anordenbar ist. Durch den Einsatz eines solchen Sekundärelements in ein beschriebenes Filtersystem ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Bereich des ungefilterten und dem Bereich des gefilterten Mediums gegeben, die sowohl während des Betriebs aufrechterhalten als auch insbesondere nach einem montagefreundlichen Austausch des Sekundärelements zuverlässig wiederhergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement mit einem Anströmschutz gegen direkte Anströmung eines Filtermediums zu schaffen, der effizient und kostengünstig hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem zur Aufnahme eines solchen austauschbaren Filterelements mit einem Anströmschutz zu schaffen, der effizient und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst bei einer Ausführungsform eines Filterelements, bei dem eine äußere Mantelfläche eines Filterkörpers zumindest einen fluiddichten Bereich aufweist, der für das zu filternde Medium undurchlässig ist und der als Anströmschutz und/oder Griffschutz ausgebildet ist, sowie von einem Filtersystem zur Aufnahme eines solchen Filterelements. Mit ”undurchlässig” ist nicht gemeint, dass eine Gasdiffusion durch das Material unmöglich ist, sondern vielmehr, dass das Material im Wesentlichen als eine Sperre für wirkliche Luftströmung in einem Luftfilter wirkt.
Es wird in einer Weiterbildung ein Filterelement vorgeschlagen, das einen Filterkörper mit einer Längsachse, dessen innere und äußere Mantelfläche für ein zu filterndes Medium, insbesondere Luft, durchlässig ist, eine erste an einer Stirnseite angeordnete offene oder geschlossene Endscheibe und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordnete Endscheibe umfasst. Dabei weist die äußere Mantelfläche des Filterkörpers zumindest einen fluiddichten Bereich auf, der für das zu filternde Medium undurchlässig ist.
Das Filterelement, dessen Filterkörper bestimmungsgemäß für das zu filternde Medium durchlässig gestaltet ist und der an beiden Enden durch Endscheiben abgeschlossen wird, von denen eine Endscheibe üblicherweise für das zu filternde Medium undurchlässig ist, wird vorteilhafterweise so in einem Filtersystem angeordnet, dass das zu filternde Medium, also beispielsweise staubbeladene Luft, über einen Einlass in das Gehäuse strömt und tangential am Filterelement vorbei geleitet wird. Durch die tangentiale Anströmung des Filterelements wird die Strömung in eine um das Filterelement rotierende Bewegung, eine sogenannte Zyklonbewegung, gebracht. In dieser Zyklonvorabscheidung wirken durch die Rotation der Strömung Fliehkräfte auf mögliche gröbere Staubpartikel in der Luft, die dadurch zum großen Teil vorabgeschieden werden können. Der Bereich, in dem das zu filternde Medium auf den Filterkörper auftrifft, wird vorteilhafterweise undurchlässig für das zu filternde Medium gestaltet, damit das auftreffende Medium auch entsprechend tangential abgelenkt und nicht zum Teil in den Filterkörper geleitet wird. Außerdem kann der Strömungswiderstand, wenn dieser Bereich mit einer glatten Oberfläche gestaltet wird, für das zu filternde Medium so reduziert werden. Dazuhin wird durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden, dass das Filtermedium, also beispielsweise Papier, durch die auftreffenden Schwebstoff- oder Staubteilchen beschädigt wird. Da die auftreffende Strömung hohe Geschwindigkeiten aufweisen kann, könnten sonst erodierende Effekte an der Oberfläche des Filtermediums entstehen. Die axiale Ausdehnung des fluiddichten Bereichs kann dabei zweckmäßigerweise mindestens einige Millimeter über den Bereich hinausragen, in dem das einströmende Medium auf das Filterelement trifft. Bevorzugt kann die axiale Ausdehnung 5 mm bis 10 mm über den Bereich hinausragen. Damit kann das Medium auch wirksam in der ganzen Breite erfasst wird. Mindestens sollte die axiale Ausdehnung des fluiddichten Bereichs die Breite des Einlasses um einige Millimeter, bevorzugt 5 mm bis 10 mm überragen. Außerdem ist der fluiddichte Bereich günstigerweise direkt gegenüber dem Einlass auf der äußeren Mantelfläche des Filterelements angeordnet, so dass er das einströmende Medium auch voll abdeckt. Weiter weist der fluiddichte Bereich als Anströmschutz günstigerweise ein glatte Oberfläche auf, um eine möglichst homogene Umströmung des Filterkörpers sowie günstige Bedingungen zur Abscheidung der Schwebstoff- oder Staubteilchen über den Zykloneffekt zu bewirken. Diese kann durch die Ausführung in einer glatten Folie, die um den Filterkörper gelegt wird, günstig beeinflusst werden. Ein bevorzugtes Material für die Folie ist beispielsweise 0,1–1,0 mm starkes Polymermaterial, wie zum Beispiel Polypropylen oder Polyethylen.
Weiter bevorzugt sind der Anströmschutz und/oder der Griffschutz selbsttragend ausgebildet. Selbsttragend heißt, dass Bedienkräfte beim Wechseln des Filterelements sicher von Anströmschutz und/oder Griffschutz aufgenommen und gehalten werden können und weder zusätzliche stabilisierende, schützende oder tragende Hilfsstruktur den Anströmschutz oder den Griffschutz außen umgibt noch der Anströmschutz und/oder der Griffschutz an dieser Hilfsstruktur von außen anliegt.
Vorteilhafterweise kann der Bereich durch einen auf der äußeren Mantelfläche des Filterkörpers aufliegenden Anströmschutz und/oder Griffschutz gebildet sein. Der Bereich, der für das zu filternde Medium undurchlässig gestaltet ist, kann auf diese Weise einen Anströmschutz darstellen. Im Stand der Technik wird dieser häufig auch als Zarge oder Filterzarge bezeichnet und ist oft als zusätzliches Kunststoff- oder Blechteil in einigem Abstand um den Filterkörper am Gehäuse angespritzt oder angebracht. Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung kann dieser fluiddichte Bereich, der als Anströmschutz dient, je nach Einbaulage des Filterelements jedoch auch als Griffschutz dienen. Da das Filtermedium, wie beispielsweise Papier, oft sehr empfindlich auf Berührung oder Druck reagiert, ist es günstig, einen zusätzlichen Schutz zumindest an einigen Stellen auf der äußeren Mantelfläche des Filterkörpers anzubringen, an dem das Filterelement für Montage/Demontage-Zwecke beispielsweise gehalten werden kann.
So kann in einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung der Filterkörper an einem axialen Ende einen Anströmschutz und an einem in axialer Richtung gegenüberliegenden Ende einen Griffschutz aufweisen. An diesem separaten Griffschutz kann das Filterelement beim Wechsel aus einem Filtergehäuse entnommen und ein neues Filterelement eingesetzt werden, wobei der Anströmschutz günstigerweise direkt gegenüber dem Einlass des Filtersystems auf der äußeren Mantelfläche des Filterkörpers angeordnet ist. Dabei sollte die axiale Ausdehnung des Anströmschutzes so gewählt werden, dass er die Breite des Einlasses um einige Millimeter, bevorzugt 5 mm bis 10 mm, überragt. Üblicherweise ergeben sich damit axiale Ausdehnungen des Anströmschutzes, die zwischen 20 und 40% der axialen Länge des Filterelements betragen. Bevorzugt beträgt die axiale Ausdehnungen des Anströmschutzes für ein Filterelement, welches für den Einbau in ein erfindungsgemäßes Filtersystem geeignet ist, etwa (beispielsweise 30–35%) oder genau 1/3 der Gesamtlänge des Filterelements. Die axiale Ausdehnung des Griffschutzes ist günstiger weise so zu wählen, dass das Filterelement an diesem Griffschutz auch sicher gehalten werden kann, also beispielsweise im Bereich 100 mm bis 150 mm liegt. Wenn sowohl Anströmschutz als auch Griffschutz vorgesehen sind, sollte jedoch die Gesamtlänge der axialen Ausdehnungen von Anströmschutz und Griffschutz so gewählt werden, dass zwischen beiden Folien ein bevorzugt etwa gleich langer Bereich für das zu filternde Medium durchlässig bleibt, damit auch eine genügend hohe Filterwirkung des Filtersystems gegeben ist.
Vorteilhafterweise können der Anströmschutz und/oder der Griffschutz an einer an eine Endscheibe angrenzende Kante in die Endscheibe eingebettet sein. Damit ist der Anströmschutz und/oder der Griffschutz auf günstige Weise an der äußeren Mantelfläche des Filterkörpers fixiert und kann sich auch bei entsprechenden Schwingungsanregungen, wie sie im Betrieb eines Filtersystems häufig auftreten, nicht mehr bewegen. Außerdem ist der Anströmschutz auf diese Weise automatisch durch die Endscheibe abgedichtet, was zu einer günstigen Beeinflussung des Zykloneffektes, da kein Bypass-Effekt der Strömung auftreten kann, beitragen kann. Auch könnte der Anströmschutz und/oder der Griffschutz einstückig mit den Endscheiben hergestellt, beispielsweise gespritzt werden, was wiederum eine sehr kostengünstige Produktionstechnologie ermöglicht.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung kann die an die Endscheibe angrenzende Kante des Anströmschutzes und/oder Griffschutzes Öffnungen, wie beispielsweise Löcher, Zähne, Rillen oder ähnliche Strukturen aufweisen, die vom Material der Endscheibe, die typischerweise aus einem Polyurethanschaum oder einem Elastomer bestehen kann, durchsetzt sind, wodurch eine besonders innige Verbindung mit der Endscheibe auf Grund eines Verzahnungseffektes bewirkt werden kann. Bevorzugt sind die Öffnungen regelmäßig oder unregelmäßig beabstandet ringförmig umlaufende in Anström- und/oder Griffschutz eingebracht. Vorteilhafterweise sind die Öffnungen vollständig in Anström- und/oder Griffschutz eingebracht, so dass sie sich nicht zur in der Endscheibe eingebetteten Kante hin öffnen. Nur so ist ein zuverlässiger Formschluss gewährleistet. Weiter vorteilhaft sind die Öffnungen nur in dem Bereich vom Anström- und eingebracht, der von der Endscheibe insbesondere vollständig abgedeckt bzw. umgeben ist, damit eine zuverlässiger Anströmschutz sichergestellt werden kann, da schon kleine, durchströmbare Öffnungen den Vorabscheidegrad der Rotationsvorabscheidung reduzieren können.
Weiter bevorzugt ist es, wenn der Querschnitt von Anström- oder Griffschutz rein zylindrisch ist (kreiszylindrisch oder ovalzylindrisch, entsprechend der Form des Filterkörpers). Dies bedeutet, dass weder im Bereich der Endscheiben noch im von der jeweiligen Endscheibe abgewandten Ende radiale Fortsätze nach außen oder innen vorhanden sind. Ein Fortsatz am der Endscheibe abgewandten Ende könnte die umlaufende Strömung behindern, ein Fortsatz am endscheibenseitigen Ende würde zwar die Stabilität erhöhen, wäre jedoch aufwändiger herzustellen und würde, da an den Filterkörper axial angrenzend, die Gesamtlänge eines Filterelements ohne Vergrößerung der Filterfläche erhöhen.
Vorteilhafterweise kann der Anströmschutz und/oder der Griffschutz eine flexible Folie aufweisen, insbesondere durch eine flexible Folie gebildet sein, die auf die Mantelfläche des Filterkörpers aufgebracht ist. Diese sogenannte Folienzarge kann sehr dünnwandig sein und deshalb Bauraum vor allem im Vergleich zu am Gehäuse angespritzten Zargen sparen. Zusätzlich ist diese Folienzarge einfach herzustellen und ein Formschluss mittels einer eingebrachten Lochung kann zwischen Endscheibe und der Folie zusätzlich realisiert werden. Außerdem ist die Folie flexibel und toleriert leichte Verformungen beim Transport oder dem Handling des Filterelementes, ohne beschädigt zu werden. Zusätzlich ist es möglich, eine Bedruckung zu Marketingzwecken auf der Folie aufzubringen. Außerdem kann die Folie transparent ausgeführt sein und somit einen Staubentfernungsvorgang beim Wiederabreinigen des Filterelements aus Recyclinggründen sichtbar machen. Die Folie könnte andererseits auch komplett eingefärbt werden, um einen bestimmten Markierungs- und/oder Wiedererkennungseffekt zu bewirken.
Günstigerweise kann die flexible Folie mit Hilfe einer in axialer Richtung verlaufenden Ultraschallschweißung gefügt werden. Eine solche Schweißung ist schnell, kostengünstig und zuverlässig durchzuführen. Außerdem ist das Risiko einer Klebeverbindung, den Filterkörper mit Klebstoff zu verunreinigen, dadurch ausgeschaltet.
In einer günstigen Ausgestaltung kann der Filterkörper beispielsweise aus einem zickzackförmig gefalteten (plissierten) Filterbalg bestehen und ringförmig geschlossen ausgeführt sein. Die Faltung kann beispielsweise durch Messerfaltung, für längere Filterkörper, oder Rotationsfaltung hergestellt werden. Der Filterbalg kann beispielsweise aus Papier oder aus Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose bestehen. Der Filterbalg kann mit glatter Oberfläche, rolliert und/oder in verschiedenen Prägeformen gestalteter Oberfläche zur Versteifung und/oder Schaffung von Hohlräumen zur Staubablagerung ausgeführt sein. Der Filterbalg kann eine Beschichtung und/oder Imprägnierung aufweisen, um Feuchtigkeit abzuweisen. Er kann alternativ auch mit Nanofasern beschichtet sein. Der Filterkörper kann weiterhin mit einem Fadenwickel strukturell versteift sein. Der Einsatz dieser Werkstoffe als Filtermedium stellt eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit dar, ein solches Filterelement zu realisieren. Gleichzeitig bietet die beschriebene Formgestaltung eine stabile Anordnung, so dass eine selbsttragende Bauweise des Filterkörpers und damit eine günstige Montageeigenschaft gegeben ist.
Zweckmäßigerweise kann das Filterelement als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Der sichere Betrieb von Brennkraftmaschinen beruht auch auf einer sicheren und günstigen Filterung der Ansaugluft für den Verbrennungsbetrieb. Das beschriebene Filterelement stellt dafür eine wirtschaftliche Möglichkeit dar.
Vorteilhaft ist ebenso die Verwendung des Filterelements als Partikelfilter, insbesondere als Partikelfilter einer Brennkraftmaschine. Auch hier sind die sichere Montage und wirtschaftliche Austauschbarkeit des beschriebenen Filterelements von entscheidender Bedeutung.
Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filtersystem mit einem erfindungsgemäßen Filterelement, umfassend ein Gehäuse, welches im Wesentlichen konzentrisch um eine Längsachse aufgebaut ist, einen das Gehäuse verschließenden Deckel, der ebenfalls konzentrisch um die Längsachse aufgebaut ist, einen am Gehäuse und/oder Deckel angeordneten Einlass zum Zuführen des zu filternden Mediums, insbesondere Luft, wobei am Gehäuse konzentrisch zur Längsachse ein Auslass zur Ableitung des gefilterten Mediums vorgesehen ist, wobei am Gehäuse im Bereich des Auslasses eine Dichtungskontur vorgesehen ist, die mit einer radialen Dichtung der ersten Endscheibe des Filterelements korrespondiert, wobei das Filterelement auswechselbar in dem Gehäuse des Filtersystems angeordnet ist. Der wesentliche Vorteil eines solchen Filtersystems liegt dabei in der sicheren und stabilen Montage des Filterelements sowie einer sehr wirtschaftlichen Austauschbarkeit des Filterelements im Servicefall. Gerade bei niedrigen Standzeiten, wie sie im Land- und Baumaschineneinsatz auftreten können, ist die schnelle Austauschbarkeit von großer Bedeutung.
In einer vorteilhaften Anordnung kann ein Anströmschutz und/oder Griffschutz an einer äußeren Mantelfläche des dabei eingesetzten Filterelements angeordnet sein. Dadurch wird das Filterelement beim Anströmen durch das zu filternde Medium vor Beschädigung des Filtermediums durch Staubpartikel geschützt. Ein Griffschutz ermöglicht die Montage/Demontage des Filterelements in einfacher Weise, ohne das Filtermedium durch Berührung zu schädigen.
Vorteilhafterweise kann im Bereich des Einlasses des Filtersystems ein Zyklonabscheider vorgesehen sein und am Gehäuse oder am Deckel ein Schmutzauslass vorgesehen sein. Dieser Zyklonabscheider besteht aus einer Leitgeometrie, die das zu filternde Medium in eine Rotation versetzt. Durch diese Rotation wird der Schmutz im Bereich der Gehäusewand aufkonzentriert und an einer geeigneten Stelle über einen Schmutzauslass ausgetragen. Durch die Vorabscheidung des größten Teils an Schmutz aus der zu filternden Luft kann die Standzeit des eigentlichen Filterelements entscheidend verlängert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Sekundärelement im Inneren des Filterelements angeordnet sein. Das Sekundärelement, das aus einer tragenden Struktur in zylinderförmiger Ausgestaltung bestehen kann, die mit einem durchlässigen Filtermedium, beispielsweise einem Vlies, verkleidet ist, hat die Aufgabe, bei einem Austausch des Filterelements den Auslass des Filtersystems weiterhin verschlossen zu halten, so dass kein Schmutz in diesen Bereich eindringen kann, während das Filterelement gereinigt oder erneuert wird. Das Sekundärelement, das konzentrisch zur Längsachse des Filtersystems im Inneren des Filterelements angeordnet sein kann, ist beispielsweise über eine Schraubverbindung mit dem Gehäuse verbunden und zum Gehäuse mit einer Dichtung versehen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement mit einem verbesserten Strömungsverhalten zu schaffen, das eine effektive Vorabscheidung von gröberen Schmutzpartikeln ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem zur Aufnahme eines solchen austauschbaren Filterelements mit einem verbesserten Strömungsverhalten zu schaffen, das eine effektive Vorabscheidung von gröberen Schmutzpartikeln ermöglicht.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst bei einem Filterelement, bei dem eine zweite Endscheibe eine Abdichtstruktur aufweist, wodurch beim Einbau des Filterelements in ein Gehäuse ein Bereich zwischen der zweiten Endscheibe und einem Deckel des Gehäuses zu einem Innenbereich des Gehäuses abdichtbar ist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird eine Ausführungsform eines Filterelements vorgeschlagen, das einen Filterkörper mit einer Längsachse, eine erste an einer Stirnseite angeordnete offene oder geschlossene Endscheibe und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordnete Endscheibe umfasst. Dabei weist die zweite Endscheibe eine Abdichtstruktur auf, wodurch beim Einbau des Filterelements in ein Gehäuse ein Bereich zwischen der zweiten Endscheibe und einem Deckel des Gehäuses zu einem Innenbereich des Gehäuses abdichtbar ist. Bevorzugt ist die erste Endscheibe offen, d. h. mit einer zentralen Öffnung für die Ableitung von gefiltertem Fluid, und die zweite Endscheibe geschlossen ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch auch bei einer Konstruktion mit zwei offenen Endscheiben oder mit einer einzelnen oder zusätzlichen Abdichtstruktur an einer ersten, offenen Endscheibe denkbar.
Das Filterelement, dessen Filterkörper bestimmungsgemäß für das zu filternde Medium durchlässig gestaltet ist und der an beiden Enden durch Endscheiben abgeschlossen wird, von denen eine Endscheibe üblicherweise für das zu filternde Medium undurchlässig ist, wird vorteilhafterweise so in einem Filtersystem angeordnet, dass das zu filternde Medium, also beispielsweise staubbeladene Luft, über einen Einlass in das Gehäuse strömt und tangential am Filterelement vorbei geleitet wird. Durch die tangentiale Anströmung des Filterelements wird die Strömung in eine um das Filterelement rotierende Bewegung, eine sogenannte Zyklonbewegung, gebracht. In dieser Zyklonvorabscheidung wirken durch die Rotation der Strömung Fliehkräfte auf mögliche gröbere Staub- und Schmutzpartikel in der Luft, die dadurch zum großen Teil vorabgeschieden werden können. Im Stand der Technik kann der Bereich zwischen geschlossener Endscheibe des Filterelementes und Deckel des Gehäuses von dem zu filternden Medium durchströmt werden, wodurch zum einen Turbulenzen im Innenbereich des Gehäuses verursacht werden können, die die Effektivität des Zykloneffektes vermindern können, zum anderen ein Teil des Grobschmutzes sich im Bereich der Endscheibe ablagern kann. Erfindungsgemäß weist die Endscheibe deshalb eine Abdichtstruktur auf, die beim Einbau des Filterelementes in das Gehäuse den Bereich zwischen der Endscheibe und dem Deckel des Gehäuses vom restlichen Innenbereich des Gehäuses abdichtet. Die Abdichtstruktur kann dabei beispielsweise als elastischer Ring ausgeführt sein, der direkt unterhalb oder auf Höhe der Endscheibe auf dem Außenumfang des Filterkörpers aufliegt. Wird der Deckel des Gehäuses über das Filterelement auf das Gehäuse aufgesetzt, gleitet eine geeignet ausgeführte Innenkontur des Deckels, beispielsweise in Form eines innen liegenden Deckelbundes, über die Abdichtstruktur und dichtet so den Raum über der Abdichtstruktur, also im Bereich der Endscheibe, gegen den übrigen Innenraum des Filtersystems ab. Diese Abdichtstruktur in Form eines Rings kann über einzelne Stege mit der Endscheibe verbunden sein, um so beim Aufsetzen des Deckels auch bei einer engen Toleranzlage dafür zu sorgen, dass die Abdichtstruktur nicht nach unten geschoben werden kann und so die Abdichtwirkung verletzt wäre. Um eine sichere Abdichtwirkung der Abdichtstruktur zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn der Außendurchmesser der Abdichtstruktur größer ausgeführt ist, als der Innendurchmesser des innen liegenden Deckelbundes, wobei eine Überdeckung je nach gewähltem Werkstoff von einigen Zehntel Millimetern ausreichend ist. Die Abdichtstruktur wird sich dann beispielsweise in Form einer Dichtlippe eng an die Kontur des innen liegenden Deckelbundes anlegen. Dadurch kann der Bereich zwischen Endscheibe und Deckel nicht mehr umströmt werden und die Turbulenzen des zu filternden Mediums werden reduziert. Günstigerweise wird dadurch der Vorabscheidegrad des Filtersystems deutlich gesteigert, da die Strömung besser der gewünschten Zyklonbewegung folgen kann und sich die gröberen Schmutzpartikel an der Außenwand des Gehäuses abscheiden und über einen Schmutzauslass abgelassen werden können. Da der Bereich zwischen Endscheibe und Deckel außerhalb des Strömungsweges liegt, tragen dort auftretende Verwirbelungen und Ablenkungen der im Gehäuse rotierenden Luftströmung nur unnötig zum Druckverlust des Filtersystems bei. Die Bewegungsenergie der rotierenden Strömung kann dort nicht effizient zur Abscheidung von Verunreinigungen genutzt werden.
Es kann insbesondere ausreichend sein, wenn die Dichtwirkung der Abdichtstruktur staubdicht ist, um die genannten Wirkungen und Vorteile zu erzielen. Eine vollständig strömungsdichte oder wasserdichte Abdichtung ist daher vorteilhaft, jedoch technisch nicht zwingend erforderlich.
Vorteilhafterweise kann die Abdichtstruktur ringförmig einen Umfang der zweiten Endscheibe umschließen. Beispielsweise kann die Abdichtstruktur in der Form eines O-Rings die Endscheibe umschließen, der auf dem radial äußeren Umfang der Endscheibe aufliegt. Dadurch kann eine sehr zuverlässige und gleichmäßige Abdichtung des Bereichs zwischen der Endscheibe und dem Deckel des Gehäuses erfolgen. Durch die Dicke des O-Rings kann die Passung des Filterelementes zum Innendurchmesser des Deckels geeignet eingestellt werden, um eine leichte Montage des Deckels über das Gehäuse und/oder des Filterelements und auf der anderen Seite eine zuverlässige Abdichtung zu erreichen.
Ferner kann die Abdichtstruktur segmentartig regelmäßig oder unregelmäßig unterbrochen sein. Eine solche Anordnung kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Montage des Deckels zu schwergängig erfolgt. Durch eine derartig unterbrochene Abdichtstruktur lässt sich eine leichtere Montage erreichen und die Unterdrückung einer Umströmung des Bereichs zwischen Endscheibe und Deckel mit dem zu filternden Medium kann dennoch ähnlich wirksam wie in der durchgehenden Anordnung erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Abdichtstruktur eine radial nach außen gerichtete Dichtfläche auf, insbesondere zur Abdichtung an einer Zarge oder einem in Richtung des Gehäuseinnenraums eingezogenen Wandabschnitts des Deckels. Dies hat den Vorteil, dass an der Abdichtstruktur im Betrieb keine dauerhafte axiale, durch Verspannung des Filterelements im Gehäuse aufzubauende Kraft erforderlich ist, die die axiale Belastung des Filterelements zusätzlich erhöhen würde.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Abdichtstruktur durch eine ringförmig um den radialen Außenumfang der Endscheibe umlaufende Dichtlippe gebildet. Die Dichtlippe erstreckt sich bevorzugt radial über den Umfang des Filterkörpers und/oder die radiale Außenfläche der Endscheibe hinaus.
Vorteilhafterweise kann die Abdichtstruktur an die zweite Endscheibe angespritzt sein. Dies erleichtert die Montage des Filterelementes, da die Abdichtstruktur auf diese Weise bei der Lagerung nicht verloren gehen oder bei der Montage verschoben werden kann. Auch ist auf jeden Fall die zu dem Filterelement passende Abdichtstruktur bei der Montage vorhanden und kann nicht vertauscht werden. Dadurch, dass die Abdichtstruktur nachträglich angespritzt werden kann, kann auch das Material mit einer passenden Elastizität für die Abdichtwirkung gewählt werden und ist nicht auf das Material der Endscheibe festgelegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung andererseits kann die Abdichtstruktur auch mit der zweiten Endscheibe einstückig ausgeführt sein. Sollte das Material der Endscheibe eine für die Abdichtwirkung geeignete Elastizität aufweisen, kann die Abdichtstruktur auch mit der Endscheibe in einem Arbeitsgang an den Filterkörper angespritzt werden und so einstückig mit der Endscheibe ausgeführt werden. Dies stellt eine sehr kostengünstige Art dar, eine zusätzliche Abdichtstruktur umzusetzen. Auch dafür gelten die oben genannten Vorteile, dass die Abdichtstruktur nicht verloren gehen und auch nicht vertauscht werden kann.
Bevorzugt ist die erste und/oder die zweite Endscheibe aus einer in Gießschalen verarbeitbare Vergussmasse, wie beispielsweise Polyurethan oder bevorzugt Polyurethanschaum, gebildet. Der Filterkörper kann dabei beim Gießvorgang in das Endscheibenmaterial eingebettet werden. Dabei kann die äußere Form der Abdichtstruktur auf einfache Weise durch die Gießschale im radial äußeren Bereich der zu bildenden Endscheibe vorgegeben werden.
In einer günstigen Ausgestaltung kann der Filterkörper beispielsweise aus einem zickzackförmig gefalteten (plissierten) Filterbalg bestehen und ringförmig geschlossen ausgeführt sein. Die Faltung kann beispielsweise durch Messerfaltung, für längere Filterkörper, oder Rotationsfaltung hergestellt werden. Der Filterbalg kann beispielsweise aus Papier oder aus Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose bestehen. Der Filterbalg kann ferner mit glatter Oberfläche, rolliert und/oder in verschiedenen Prägeformen gestalteter Oberfläche zur Versteifung und/oder Schaffung von Hohlräumen zur Staubablagerung ausgeführt sein. Der Filterbalg kann eine Beschichtung und/oder Imprägnierung aufweisen, um Feuchtigkeit abzuweisen. Er kann alternativ auch mit Nanofasern beschichtet sein. Der Filterkörper kann weiterhin mit einem Fadenwickel strukturell versteift sein. Der Einsatz dieser Werkstoffe als Filtermedium stellt eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit dar, ein solches Filterelement zu realisieren. Gleichzeitig bietet die beschriebene Formgestaltung eine stabile Anordnung, so dass eine selbsttragende Bauweise des Filterkörpers und damit eine günstige Montageeigenschaft gegeben sind.
Zweckmäßigerweise kann das Filterelement als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Der sichere Betrieb von Brennkraftmaschinen beruht auch auf einer sicheren und günstigen Filterung der Ansaugluft für den Verbrennungsbetrieb. Das beschriebene Filterelement stellt dafür eine wirtschaftliche Möglichkeit dar.
Vorteilhaft ist ebenso die Verwendung des Filterelements als Partikelfilter, insbesondere als Partikelfilter einer Brennkraftmaschine. Auch hier sind die sichere Montage und wirtschaftliche Austauschbarkeit des beschriebenen Filterelements von entscheidender Bedeutung.
Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filtersystem mit einem erfindungsgemäßen Filterelement, umfassend ein Gehäuse, welches im Wesentlichen konzentrisch um eine Längsachse aufgebaut ist, einen das Gehäuse verschließenden Deckel, der ebenfalls konzentrisch um die Längsachse aufgebaut ist, einen am Gehäuse und/oder Deckel angeordneten Einlass zum Zuführen des zu filternden Mediums, insbesondere Luft, wobei am Gehäuse konzentrisch zur Längsachse ein Auslass zur Ableitung des gefilterten Mediums vorgesehen ist, eine Zarge oder einen in Richtung des Gehäuseinnenraums eingezogenen Wandabschnitts am Deckel oder am Gehäuse, an welcher die Abdichtstruktur des Filterelements so anliegt, dass der axial zwischen Endscheibe und Deckel oder Gehäuse gebildete Volumenbereich vom durchströmten Bereich des Gehäuses, der den Filterkörper ringförmig umgibt, getrennt ist.
Dabei kann am Gehäuse im Bereich des Auslasses eine Dichtungskontur vorgesehen sein, die mit einer radialen Dichtung der ersten Endscheibe des Filterelements korrespondiert, wobei das Filterelement auswechselbar in dem Gehäuse des Filtersystems angeordnet ist. Der wesentliche Vorteil eines solchen Filtersystems liegt dabei in der sicheren und stabilen Montage des Filterelements sowie einer sehr wirtschaftlichen Austauschbarkeit des Filterelements im Servicefall. Gerade bei niedrigen Standzeiten, wie sie im Land- und Baumaschineneinsatz auftreten können, ist die schnelle Austauschbarkeit von großer Bedeutung.
Vorteilhafterweise kann im Bereich des Einlasses des Filtersystems ein Zyklonabscheider vorgesehen sein und am Gehäuse oder am Deckel ein Schmutzauslass vorgesehen sein. Dieser Zyklonabscheider umfasst eine Leitgeometrie, die das zu filternde Medium in eine Rotation versetzt. Bevorzugt ist ein Einlass tangential in den Innenraum des Gehäuses gerichtet, bevorzugt am auslassseitigen Ende des Gehäuses, so dass die Strömung in eine Rotationsbewegung um das Filterelement herum gezwungen wird. Durch diese Rotation wird der Schmutz im Bereich der Gehäusewand aufkonzentriert und an einer geeigneten Stelle, beispielsweise am Gehäusedeckel am dem Auslassende gegenüberliegenden Ende des Gehäuses, über einen Schmutzauslass ausgetragen. Durch die Vorabscheidung des größten Teils an Schmutz aus der zu filternden Luft kann die Standzeit des eigentlichen Filterelements entscheidend verlängert werden.
Die Abdichtstruktur dichtet bevorzugt radial gegen eine so genannte Zarge ab. Als Zarge wird eine zylindrische, rohrförmige Wand definiert, die sich axial vom Deckel des Gehäuses (oder auch vom anderen Gehäuseteil im Bereich des Auslasses) über einen Teil der Länge des Filterelementes (beispielsweise zwischen 20 und 40 Prozent der Länge des Filterelements) in den Gehäuseinnenraum erstreckt und dabei das Filterelement bevorzugt koaxial umgibt. Zwischen der Zarge und der Außenwandung des Gehäuses bzw. des Deckels ist somit ein ringförmiger Strömungsbereich gebildet, in welchem das Fluid frei rotieren kann. Die Zarge umgibt das Filterelement in geringem Abstand, bevorzugt kleiner als 10 mm, besonders bevorzugt kleiner als 5 mm. Die Abdichtstruktur liegt bevorzugt radial an der Zarge insbesondere dichtend an. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die damit erreichte Abdichtung des zwischen Endscheibe und Deckel liegenden Bereichs und somit Trennung des Bereichs vom durchströmten Bereich des Gehäuses eine Verbesserung der Zyklon-Vorabscheideleistung erwirkt.
Im Vergleich zu einem Filtersystem ohne eine sich entlang des Filterkörpers erstreckende Zarge, in welchem ebenfalls in einem zwischen Endscheibe und Deckel liegenden Bereich noch eine Rotation der Strömung stattfindet, ist ebenfalls eine positive Wirkung durch die erfindungsgemäße Abdichtung vorhanden, wenn sich die Zarge oder ein in Richtung des Gehäuseinnenraums eingezogenen Wandabschnitts des Deckels oder des anderen Gehäuseteils bis zur Endscheibe des Filterelements erstreckt, so dass die Abdichtstruktur an der Zarge anliegt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Sekundärelement im Inneren des Filterelements angeordnet sein. Das Sekundärelement, das aus einer tragenden Struktur in zylinderförmiger Ausgestaltung bestehen kann, die mit einem durchlässigen Filtermedium, beispielsweise einem Vlies, verkleidet ist, hat die Aufgabe, bei einem Austausch des Filterelements den Auslass des Filtersystems weiterhin verschlossen zu halten, so dass kein Schmutz in diesen Bereich eindringen kann, während das Filterelement gereinigt oder erneuert wird. Das Sekundärelement, das konzentrisch zur Längsachse des Filtersystems im Inneren des Filterelements angeordnet sein kann, ist beispielsweise über eine Schraubverbindung mit dem Gehäuse verbunden und zum Gehäuse mit einer Dichtung versehen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filtersystem mit einem Stützrohr zu schaffen, bei dem das Stützrohr auf einfache und kostengünstige Art fest und verdrehsicher mit dem Gehäuse verbunden ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit einem Filtersystem, das über ein Stützrohr verfügt, welches über eine Rastverbindung mit dem Gehäuse verbunden ist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Es wird daher in einer Ausführungsform ein Filtersystem vorgeschlagen, wobei das Filtersystem ein Gehäuse mit Gehäusewand und wenigstens einem Deckel, einen am Gehäuse angeordneten Einlassstutzen zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, einen am Gehäuse angeordneten Auslassstutzen zur Ableitung des gefilterten Fluids, sowie ein im Inneren des Gehäuses angeordnetes Stützrohr zur Aufnahme eines Filterelements umfasst. Dabei erstreckt sich das Stützrohr entlang einer Gehäuseachse und ist über eine Rastverbindung an einer Aufnahmeseite mit dem Gehäuse verbunden.
Die erfindungsgemäße Lösung weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die Rastverbindung eine feste, d. h. nicht zerstörungsfrei lösbare, und gleichzeitig verdrehungssichere Anordnung eines Stützelements im Gehäuse eines Filtersystems ermöglicht. Weiter ist auch eine winkelgerichtete Kopplung zwischen dem gehäusefesten Stützrohr und dem Gehäuse, als auch zwischen einem Sekundärelement und dem gehäusefesten Stützrohr als weitere Ausführungsform denkbar.
Ein versehentliches Entnehmen des Stützrohres beim Tausch von Filterelementen ist im Gegensatz zu einer lösbaren Verbindung ohne Zerstörung des Bauteils nicht möglich. Auch ein Verdrehen des Stützrohres bei Schwingungsanregungen, beispielsweise während des Betriebs an einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, ist aufgrund des Verdrehschutzes nicht möglich.
Eine winkelgerichtete Kopplung sowohl zwischen dem Gehäuse und dem Stützrohr als auch zwischen einem Sekundärelement und dem Stützrohr kann vorgesehen werden, wodurch eine eindeutige Lage dieser drei Bauteile Gehäuse, Stützrohr und Sekundärelement zueinander gewährleistet wird. Dadurch kann insbesondere die Qualität des Signals eines Luftmassensensors wie beispielsweise eines Heißfilmluftmassenmessers (HFM), im Reinluftbereich des Filtersystems durch das gleichbleibende Strömungsfeld im Reinluftbereich, welches sonst durch eine veränderte Geometrie der relativen Positionen von Gehäuse, Stützrohr und/oder Sekundärelement zueinander beeinflusst werden kann, verbessert werden. Typischerweise werden Messungen mit HFM-Sensoren sehr nahe am Auslass eines Filtersystems durchgeführt, sodass die Messungen durch ein unterschiedliches Strömungsfeld stark beeinflusst werden können. Wenn nun strukturelle Bauteile eines Filtersystems wie Stützrohr und/oder Sekundärelement, die üblicherweise nicht völlig rotationssymmetrisch aufgebaut sind, beispielsweise durch Nähte von Filtermedien, Versteifungsrippen und dergleichen, in unterschiedlichen Winkellagen verbaut, so kann das daraus resultierende Strömungsfeld unterschiedlich geartet sein und damit die Messung des HFM-Sensors beeinflussen.
Bevorzugt kann die Rastverbindung aus korrespondierenden Rastelementen am Gehäuse und am Stützrohr gebildet sein. Auf diese Weise ist eine eindeutige Zuordnung von Stützrohr und Gehäuse möglich, sodass die Gefahr, dass falsche Teile bei der Montage verwendet werden, minimiert wird.
Besonders vorteilhaft kann sich auswirken, dass die Rastverbindung nicht zerstörungsfrei lösbar ausgeführt ist. Dadurch ist eine Manipulation oder Fehlbedienung beispielsweise beim Tausch eines Filterelements an dem Filtersystem leicht zu erkennen. Auch wird durch die Notwendigkeit, höhere Kräfte aufzuwenden, die Wahrscheinlichkeit eines versehentlichen Entfernens des Stützrohrs reduziert, wodurch eine versehentliche Verschmutzung des Reinluftbereichs beim Filterelementwechsel reduziert wird.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann als Teil der Rastverbindung ein wenigstens segmentweise ausgebildeter umlaufender Bund und wenigstens eine zum Bund gerichtete Haltenase vorgesehen sein. Durch das Zusammenwirken von Haltenase und umlaufendem Bund mit den jeweils korrespondierenden Rastelementen des jeweiligen anderen an der Rastverbindung beteiligten Bauteils, wie Gehäuse und/oder Stützrohr, kann eine sichere Verbindung zwischen Stützrohr und Gehäuse hergestellt werden.
Vorteilhaft kann dabei die Haltenase eine Haltefläche aufweisen, welche senkrecht zu der Gehäuseachse angeordnet ist. Dadurch ist eine relativ hohe Kraft nötig, um die Haltenase aus einer Rastposition wieder zu lösen und es ist möglich, eine zuverlässige Verbindung zwischen den beteiligten Bauteilen darzustellen. Die Haltenasen weisen günstigerweise Einführschrägen auf, sodass sie leicht über ihr korrespondierendes Rastelement geführt werden können. Durch die senkrechte Anordnung der Halteflächen ist aber ein zerstörungsfreies Lösen der verrasteten Verbindung nicht mehr möglich.
Günstigerweise kann das Gehäuse als Teil der Rastverbindung auf einem wenigstens segmentweise ausgebildeten umlaufenden Bund wenigstens eine nach innen gerichtete Haltenase mit einer Haltefläche aufweisen, welche senkrecht zu der Gehäuseachse angeordnet ist. Durch das Verrasten der Haltenase mit einer Haltenase und einem umlaufenden Bund des Stützrohrs kann eine sichere Verbindung zwischen Stützrohr und Gehäuse hergestellt werden.
Als dazu korrespondierendes Rastelement kann das Stützrohr als Teil der Rastverbindung auf einem umlaufenden Bund eine nach außen gerichtete Haltenase mit einer Haltefläche aufweisen, welche senkrecht zu der Gehäuseachse angeordnet ist und wobei das Stützrohr ein Sicherungselement aufweist, wodurch ein Sichern der Rastverbindung gegen Lösen bewirkbar ist. Durch das Verrasten der Haltenase mit einer Haltenase und einem umlaufenden Bund des Gehäuses kann eine sichere Verbindung zwischen Stützrohr und Gehäuse hergestellt werden, die außerdem noch gegen unbeabsichtigtes Lösen durch ein Sicherungselement gesichert ist.
In einer alternativen Ausführungsform können die Rastelemente von Gehäuse und Stützrohr spiegelbildlich ausgeführt sein, sodass das Stützrohr als Teil der Rastverbindung auf einem umlaufenden Bund wenigstens eine nach innen gerichtete Haltenase mit einer Haltefläche aufweist, welche senkrecht zu der Gehäuseachse angeordnet ist.
Dazu korrespondierend kann das Gehäuse als Teil der Rastverbindung auf einem umlaufenden Bund eine nach außen gerichtete Haltenase mit einer Haltefläche aufweisen, welche senkrecht zu der Gehäuseachse angeordnet ist und weiter kann das Gehäuse ein Sicherungselement aufweisen, wodurch ein Sichern der Rastverbindung gegen Lösen bewirkbar ist. Diese Ausführungsform der Rastverbindung funktioniert auf genau die gleiche Weise wie die zuvor beschriebene und weist lediglich vertauschte korrespondierende Rastelemente auf.
Vorteilhaft kann bei der erfindungsgemäßen Lösung das Stützrohr bezogen auf die Gehäuseachse axial winkelgerichtet montierbar sein. Die Rastelemente können so ausgeführt sein, dass jeweils korrespondierende Rastelemente nur auf eine festgelegte Weise miteinander verrastet werden können, beispielsweise durch unterschiedliche Abstände der Rastelemente auf einem umlaufenden Bund, und so nur in einer Winkelrichtung montiert werden können. Dadurch ist das Stützrohr nach dem so genannten Poka Yoke-Prinzip nur in einer festen und immer gleichen Position in dem Gehäuse montierbar.
In einer günstigen Ausgestaltung kann wenigstens ein Ausrichtelement an der Aufnahmeseite des Stützrohrs angeordnet sein und ein Gegenelement an dem Gehäuse angeordnet sein, wodurch ein Verdrehschutz des im Gehäuse montierten Stützrohrs darstellbar ist. Durch ein solches Ausrichtelement, beispielsweise eine Rippe, das nur mit seinem entsprechenden Gegenelement, beispielsweise einer Nut, korrespondiert, kann eine feste winkelgerechte Montage des Stützrohrs realisiert werden. Das Stützrohr lässt sich so nach dem Poka Yoke-Prinzip nur in einer Lage verbauen. Außerdem lässt sich das Stützrohr in seiner Einbaulage nicht mehr verdrehen. Wenn das Ausrichtelement nicht in sein korrespondierendes Gegenelement eingreift, so kann beispielsweise das Stützrohr nicht in der Rastverbindung verrasten. Auf diese Weise lässt sich die Montage in einer definierten Winkelposition absichern.
Zusätzlich kann der Verdrehschutz weiter durch das Verzahnen von Rippen an der Aufnahmeseite des Stützrohrs mit Stegen am Bund der Gehäusewand realisiert werden, indem die Rippen beim Einschieben und Verrasten des Stützrohrs im Gehäuse zwischen die Stege des Gehäuses greifen und so gegen Verdrehen geschützt sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann im Inneren des Stützrohres ein Sekundärelement angeordnet sein und das Sekundärelement sich entlang der Gehäuseachse erstrecken und über eine Rastverbindung mit dem Stützrohr und/oder Gehäuse verbindbar sein. Das Sekundärelement kann beispielsweise mit einer ähnlichen Rastverbindung wie das Stützrohr mit dem Gehäuse mit dem Stützrohr selbst verbunden werden und so ebenfalls leicht und sicher montierbar ausgeführt werden. Dabei kann auf das Sicherungselement verzichtet werden, wenn das Sekundärelement bei Wartungsprozessen tauschbar ausgeführt sein soll.
Durch die Anbringung des Sekundärelements im Inneren des Stützrohrs kann das Sekundärelement davor bewahrt werden, im Wartungsfall bei Abnehmen des Filterelements mit herauszufallen oder unabsichtlich mit herausgezogen zu werden. Auf diese Weise ist Reinluftbereich des Luftführungssystems einer Brennkraftmaschine gegen Verschmutzung bei Wechsel des Filterelements geschützt.
Günstigerweise kann das Sekundärelement bezogen auf die Gehäuseachse und/oder das Stützrohr axial winkelgerichtet montierbar sein. Durch entsprechende Ausführung der Rastelemente mit unterschiedlichen Abständen kann auch bei dem Sekundärelement erreicht werden, dass es nur in einer festen Winkelposition montierbar ist. Das Sekundärelement lässt sich so nach dem Poka Yoke-Prinzip nur in einer Lage verbauen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Sekundärelement bezogen auf die Gehäuseachse und/oder das Stützrohr winkelgerichtet montierbar. Dazu kann ein Ausrichtelement an einer Aufnahmeseite des Sekundärelements angeordnet sein und ein Gegenelement an dem Stützrohr angeordnet sein, wodurch ein Verdrehschutz des im Gehäuse und/oder in dem Stützrohr montierten Sekundärelements darstellbar ist.
Vorteilhaft kann wenigstens ein Ausrichtelement an einer Aufnahmeseite des Sekundärelements angeordnet sein und ein Gegenelement an dem Stützrohr angeordnet sein, wodurch ein Verdrehschutz des im Gehäuse und/oder in dem Stützrohr montierten Sekundärelements darstellbar ist. Durch ein solches Ausrichtelement, das nur mit seinem entsprechenden Gegenelement korrespondiert, kann eine feste winkelgerechte Montage des Sekundärelements realisiert werden. Außerdem lässt sich das Sekundärelement in seiner Einbaulage nicht mehr verdrehen. Wenn das Ausrichtelement nicht in sein korrespondierendes Gegenelement eingreift, so kann beispielsweise der Deckel des Filtersystems nicht geschlossen werden, da das Sekundärelement auf den Deckel drückt. Auf diese Weise lässt sich die Montage in einer definierten Winkelposition absichern. Die in den vorigen 5 Absätzen beschriebenen Ausführungsformen stellen auch in Verbindung mit einem gehäusefesten Stützrohr, das mit dem Gehäuse einstückig und materialeinheitlich durch einen einzigen Spritzgussvorgang oder eine Verschweißung oder Verklebung mit dem Gehäuse verbunden ist, eine eigenständige Erfindung dar, für die hier Schutz beansprucht wird.
Die Erfindung betrifft somit auch ein Filtersystem, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewand und wenigstens einem Deckel, einen am Gehäuse angeordneten Einlassstutzen zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, einen am Gehäuse angeordneten Auslassstutzen zur Ableitung des gefilterten Fluids, ein im Inneren des Gehäuses angeordnetes Stützrohr zur Aufnahme eines Filterelements, wobei das Stützrohr sich entlang einer Gehäuseachse erstreckt und mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei im Inneren des Stützrohres ein Sekundärelement angeordnet ist und wobei das Sekundärelement sich entlang der Gehäuseachse erstreckt und über eine Rastverbindung mit dem Stützrohr und/oder Gehäuse verbindbar ist. Das Filtersystem kann ebenfalls vorteilhaft mindestens eines der vorstehend oder nachstehend beschriebenen vorteilhaften Merkmale aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Sekundärelement zur Verwendung in einem Filtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sekundärelement sich entlang der Gehäuseachse erstreckt und einen gitterohrförmigen Stützköper sowie ein den Stützkörper ringförmig umschließendes Filtermedium mit in einem Nahtbereich miteinander verbundenen Endkanten.
In einer vorteilhaften Ausführung eines Sekundärelementes sind die Endkanten in einem Nahtbereich mittels einer Ultraschallschweißnaht, einer Klebespur, einer Metallklammer oder anderen Mitteln miteinander verbunden, so dass ein ringförmig geschlossener Filterkörper gebildet ist. Der Nahtbereich ist dabei bevorzugt radial außerhalb, bevorzugt direkt auf einer insbesondere durchgehenden Längsrippe des Stützkörpers angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Sekundärelement Rastmittel zur Bildung einer Rastverbindung mit dem Stützrohr und/oder Gehäuse auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1 eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass, zentrischem Auslass und bodenseitigem Schmutzauslass;
2 eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgenommenem Deckel des Gehäuses;
3 eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems nach 2, jedoch mit demontiertem Filterelement, sodass ein Stützrohr erkennbar ist;
4 einen Längsschnitt durch ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine Innenansicht eines Deckels eines Gehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine perspektivische Ansicht eines Sekundärelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 einen Schnitt durch den deckelseitigen Teil eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 einen Schnitt durch den auslassseitigen Teil eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass, zentrischem Auslass und bodenseitigem Schmutzauslass;
10 eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit radialem Einlass und zentrischem Auslass bei angeschnittenem Gehäuse und angeschnittenem Filterelement;
11 ein Filterelement mit einer flexiblen Folie als Anströmschutz nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 eine flexible Folie als gestanztes Halbzeug nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
13 eine flexible Folie als gestanztes Halbzeug endlos ultraschallgeschweißt nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
14 eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass, zentrischem Auslass und bodenseitigem Schmutzauslass;
15 einen Längsschnitt durch ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
16 ein Filterelement mit einer an der zweiten Endscheibe angespritzten Abdichtstruktur nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
17 einen Schnitt durch den deckelseitigen Teil eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine an der zweiten Endscheibe angespritzte Abdichtstruktur zeigt;
18 eine perspektivische Ansicht eines zweistufigen Filtersystems mit einem Zyklonabscheider nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
19 ein Längsschnitt des Filtersystems von 25 mit eingesetztem Stützrohr;
20 eine Detailansicht der Rastverbindung zwischen Stützrohr und Gehäuse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
21 eine Detailansicht der Rastelemente des Gehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
22 eine perspektivische Ansicht der Rastelemente des Gehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
23 ein Stützrohr mit Rastelementen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
24 eine perspektivische Ansicht der Rastelemente des Gehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
25 eine Detailansicht der Rastelemente des Gehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
26 ein Gehäuse eines Filtersystems mit abgenommenem Deckel und montiertem Stützrohr nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
27 ein Gehäuse eines Filtersystems mit abgenommenem Deckel und montiertem Stützrohr und Sekundärelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
28 ein Sekundärelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
29 ein Längsschnitt durch ein Gehäuse eines Filtersystems mit abgenommenem Deckel und montiertem Stützrohr und Sekundärelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
30 ein Sekundärelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass 102, zentrischem Auslass 104 und bodenseitigem Schmutzauslass 106. Dargestellt ist eine Rundfilterbauform, die ein Gehäuse 108 umfasst, das an einer Stirnseite 120 mit einem Deckel 110 verschlossen ist. In dem Luftfiltersystem strömt staubbeladene Luft durch den Einlass 102, der tangential zur Gehäusewand und zum innen eingebauten Luftfilterelement angeordnet ist, ebenfalls tangential in den das Luftfilterelement ringförmig umgebenden, rohseitigen Anströmraum, sodass die Luft im Innern des Gehäuses 108 in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Ein direktes Eindringen der durch den Einlass 102 eintretenden Luft in die im Einlassbereich vorhandenen Falten des Luftfilterelements wird durch einen Anströmschutz am Filterelement verhindert, der beispielsweise durch eine das Filterelement im Anströmbereich ringförmig umschließende, als Teil des Filterelements ausgebildete Folie gebildet ist. Alternativ kann der Anströmschutz auch durch eine das Filterelement im Einströmbereich ringförmig umgebende, sich von der auslassseitigen, axialen Gehäusewand in den Filtergehäuseinnenraum erstreckende Wand gebildet sein. Filterelement und Anströmschutz sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Durch den über die Rotationsbewegung der Luft bewirkten Zykloneffekt wirken Fliehkräfte auf die Staubpartikel der strömenden Luft, sodass diese sich teilweise an der Gehäusewand abscheiden und über den Schmutzauslass 106 aus dem Filtersystem 100 abströmen können. Dadurch wird das Filterelement weniger belastet. Die gereinigte Luft kann über den zentrischen Auslass 104 aus dem Gehäuse 108 abgeführt werden.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgenommenem Deckel des Gehäuses 108. Im Inneren des Gehäuses 108 ist ein montiertes Filterelement 10 mit einem Filterkörper 12, der mit einer zweiten Endscheibe 18 abgeschlossen ist, zu sehen. An der dem offenen Ende des Gehäuses 108, der Stirnseite 120, zugewandten Seite der zweiten Endscheibe 18 sind Abstütznoppen 20 zur Abstützung der Endscheibe 18 an einem Deckel (nicht dargestellt) zu erkennen.
In 3 ist weiter eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems 100 nach 2 bei abgenommenem Filterelement dargestellt. Man erkennt am offenen Ende des Gehäuses 108, der Stirnseite 120, ein gehäusefestes Stützrohr 14, das (bei montiertem Filterelement) im Inneren des Filterelements angeordnet ist und dieses radial innen stützt und gegen ein Kollabieren schützt. Im Ruhezustand des Systems ist jedoch das Stützrohr vom nicht durchströmten Filterkörper beabstandet. Dadurch wird die Montage des Filterelements nicht unnötig durch zusätzliche Reibung erschwert und die Gefahr einer Beschädigung des Filtermediums beim Einbau des Filterelements 10 reduziert. Konzentrisch zur Längsachse des Filtersystems 100 ist im Inneren des Stützrohrs 14 ein Sekundärelement 28 vorgesehen. Zu sehen ist das geschlossene Ende 55 des Sekundärelements 28, das als Handgriff 56 zum einfachen Entfernen des gesteckten Sekundärelements 28 aus dem Gehäuse 108 bzw. dem Stützrohr 14 ausgebildet ist.
In 4 ist ein Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass 102, zentrischem Auslass 104 und bodenseitigem Schmutzauslass 106 dargestellt. Das Gehäuse 108 des Filtersystems 100 ist an der Stirnseite 120 mit einem Deckel 110 verschlossen. Ein Filterelement 10, das einen um die Längsachse L konzentrischen Filterkörper 12 umfasst, ist an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten 15, 17 mit einer ersten offenen und einer zweiten Endscheibe 16, 18, die beispielsweise aus Polyurethanschaum oder einem Elastomer ausgeführt sein können, abgeschlossen. Der Filterkörper 12 kann beispielsweise aus einem zickzackförmig gefalteten (plissierten) Filterbalg bestehen und ringförmig geschlossen ausgeführt sein. Die Faltung kann beispielsweise durch Messerfaltung, für längere Filterkörper 12, oder Rotationsfaltung hergestellt werden. Der Filterbalg kann beispielsweise aus Papier, Zellulose oder einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose bestehen und mit glatter Oberfläche, rolliert und/oder in verschiedenen Prägeformen gestalteter Oberfläche zur Versteifung und/oder Schaffung von Hohlräumen zur Staubablagerung ausgeführt sein. Der Filterbalg kann eine Beschichtung und/oder Imprägnierung aufweisen, um Feuchtigkeit abzuweisen. Er kann alternativ auch mit Nanofasern beschichtet sein. Der Filterkörper 12 kann weiterhin mit einem Fadenwickel strukturell versteift sein.
Die zweite Endscheibe 18 weist Abstütznoppen 20 auf, welche axial nach außen erstreckend angeordnet sind und sich bei einem Einbau in das aufnehmende Gehäuse 108 an dem Gehäuse 108, genauer dem Deckel 110 des Gehäuses 108 bevorzugt im Bereich einer inneren Deckelkontur 114 des Deckels 110 anliegend axial abstützen, wobei die innere Deckelkontur 114 beispielsweise in einem Bereich als ringförmige Nut ausgebildet ist, in welche die Abstütznoppen eingreifen, so dass auch eine radiale Abstützung an den radialen Wänden der Nut möglich ist. Bevorzugt sind an der zweiten Endscheibe 18 eine zentrale Abstütznoppe 202 im Bereich der Längsachse L des Filterelements 10 und eine Mehrzahl von ringförmig oder kreisförmig um die Längsachse L herum angeordneten, regelmäßig oder unregelmäßig beabstandeten, exzentrischen Abstütznoppen 20 vorgesehen. Die Abstütznoppen sind bevorzugt einstückig und/oder materialeinheitlich mit der zweiten Endscheibe 18 ausgeführt. Die radiale Position, d. h. der Abstand vom Mittelpunkt der zweiten Endscheibe der exzentrischen Abstütznoppen 20 ist bevorzugt so gewählt, dass die exzentrischen Abstütznoppen in direkter axialer Fortsetzung des Stützrohrs 14 angeordnet sind. Bevorzugt stimmt daher der Durchmesser des Kreises, auf dem die exzentrischen Abstütznoppen 20, bevorzugt mit ihren Mittelpunkten, angeordnet sind, mit dem Durchmesser des Stützrohrs 14, bevorzugt mit dem Mittelwert zwischen Innen- und Außendurchmesser des Stützrohrs 14 überein. Anders ausgedrückt sind die exzentrischen Abstütznoppen 20 auf einem Kreis mit dem Durchmesser des Stützrohrs 14 angeordnet und/oder die exzentrischen Abstütznoppen 20 sind radial im Bereich des Querschnitts dies Stützrohrs 14 angeordnet. Die innere Deckelkontur 114 weist in der Mitte des Deckels 110 bevorzugt eine ebene Fläche auf, an welcher die zentrale Abstütznoppe 202 abstützbar ist. Die zweite Endscheibe 18 ist bevorzugt zumindest in dem vom Filterkörper 12 ringförmig umschlossenen Bereich derart elastisch ausgebildet, dass der mittlere Bereich mit der zentralen Abstütznoppe vom Sekundärelement 28 elastisch nach außen gedrückt werden kann, bis sie am Deckel anliegt. Während der Montage des Deckels 110 werden dann die exzentrischen Abstütznoppen 20 gegenüber der zentralen Abstütznoppe 202 leicht in Richtung offene Endscheibe 16 verschoben. Wenn dann der Gehäusedeckel 18 zum Wechsel des Filterelements abgenommen wird, ist die zweite Endscheibe 18 leicht vorgespannt und erleichtert das Entfernen des Filterelements 10 von seinem reibungsbehafteten Dichtsitz an der offenen Endscheibe 16. Im Inneren 50 des Filterelements 10 ist das gehäusefeste Stützrohr 14 um die Längsachse L konzentrisch angeordnet und an dem auslassseitigen Ende des Stützrohrs 14 fest mit dem Gehäuse 108 verbunden, beispielsweise verschnappt, verklebt oder verschweißt. Die dem Stützrohr 14 zugewandte Fläche der zweiten Endscheibe 18 liegt auf dem offenen, der Endscheibe 18 zugewandten, Ende des Stützrohrs 14 auf. Wenn beim Schließen des Deckels 110 die innere Deckelkontur 114 des Deckels 110 auf die Endscheibe 18 drückt, wird diese Kraft durch die Endscheibe 18 über die Abstütznoppen 20 auf die Endscheibe 18 durchgeleitet, da sich diese auf dem Stützrohr 14 abstützen kann. Der Kraftfluss erfolgt dabei bevorzugt rein axial vom Stützrohr 14 über die zweite Endscheibe 18 und deren exzentrische Abstütznoppen 20 auf die innere Deckelkontur 114 des Deckels 110. Auf diese Weise ist das Filterelement 10 über die zweite Endscheibe 18 axial gegen den Deckel 110 und damit gegen das Gehäuse 108 verspannt und erfährt dadurch insbesondere ohne Belastung des Filterkörpers 12 mit Axialkräften eine Festlagerung an der Stirnseite 17, dem deckelseitigen Ende des Filterelements 10.
Weiter sind in der inneren Deckelkontur 114, bevorzugt in der ringförmigen Nut, rippenförmige, bevorzugt radial verlaufende, sich weiter bevorzugt leicht in den Innenraum des Filtergehäuses erstreckende, Erhebungen 112 angebracht, mit denen sich der elastische Werkstoff der zweiten Endscheibe 18 verzahnen oder verkrallen kann, sodass das Filterelement 10 dadurch gegen mögliche Verdrehungen bei Vibrationen im Betrieb gesichert ist. Die Erhebungen drücken sich dabei in die exzentrischen Abstütznoppen 20 der zweiten Endscheibe, so dass ein Formschluss in Drehrichtung um die Längsachse L erzielt wird. Weiter sind auch an dem der Endscheibe 18 zugewandten Ende des Stützrohrs 14 Aussparungen 22 denkbar, welche eine weitere Verzahnung oder Verkrallung des Stützrohrs 14 mit der Endscheibe 18 ermöglichen, um so eine weitere Verdrehsicherung des Filterelements 10 durch Vibrationen zu gewährleisten. Die zweite Endscheibe drückt sich dabei in die Aussparungen 22, so dass ein Formschluss in Drehrichtung um die Längsachse L erzielt wird. Um das oben Beschriebene zu ermöglichen, ist es bevorzugt, eine zweite Endscheibe aus einem beispielsweise gegossenen, im Vergleich zum Gehäusematerial und Stützrohrmaterial (beides üblicherweise spritzgegossene Thermoplaste, insbesondere mit Glasfaseranteil, oder Metall) weichen Material zu verwenden, zweckmäßigerweise Polyurethanschaum oder ein ähnlich elastischer Werkstoff, bevorzugt mit einer Härte im Bereich von ca. 10–30 Shore A. Der Abstand zwischen der Innenfläche der zweiten Endscheibe 18 und den axialen Außenflächen der Abstütznoppen 20, 202 ist bevorzugt gleich oder bevorzugt etwas größer gewählt oder ausgelegt als der Abstand zwischen der Innenfläche des Deckels 110 im Bereich der Längsachse, d. h. in dessen Mitte, und dem axialen Ende des Sekundärelements 28 bzw. zwischen der Innenfläche des Deckels 110 im Bereich der inneren Deckelkontur 114 und dem Stützrohr 14. Besonders bevorzugt ist mindestens einer der genannten Abstände an der zweiten Endscheibe mit einem Übermaß von 1–5 mm ausgelegt, bevorzugt bezogen auf die durch den Deckel 110 einerseits und Stützrohr 14 sowie Sekundärelement 28 andererseits definierten Abstände. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Festlagerung des Filterelements 10 gewährleistet werden. In dem Fall, dass wie bevorzugt die zweite Endscheibe aus einem gegossenen Polyurethanschaum oder einem ähnlich elastischen Material hergestellt ist, können die Dicke der zweiten Endscheibe und damit auch die oben genannten, durch die zweite Endscheibe definierten Abstände leicht durch die Menge des in die Gießschale eindosierten Polyurethans eingestellt werden. Die Gießschale ist dabei einseitig offen und nimmt den Filterkörper vor dem Eindosieren des Polyurethans auf, wobei die Gießschale die axial nach außen weisende Form der zweiten Endscheibe 18 eindeutig definiert und die Innenfläche durch das frei in der Gießschale aufschäumende und anschließend aushärtende Polyurethan gebildet wird. Der Grad einer möglichen elastischen Verpressung wird jeweils aus den 7 und 8 in allen Bereichen deutlich, in welchen die Zeichnungen zur besseren Sichtbarkeit leicht übertrieben Materialkollisionen zeigen, die sich in Realität in elastischen Verformungen, hier im Wesentlichen des Materials der Endscheiben, äußern.
An der gegenüberliegenden Stirnseite 15 des Filterelements 10 ist an der ersten Endscheibe 16 eine Radialdichtung 26 angebracht, mit deren Hilfe das Filterelement 10 den ungefilterten gegen den gefilterten Luftraum abdichtet.
Staubbeladene Luft kann durch den Einlass 102 in Pfeilrichtung 40 einströmen, der in diesem Fall als tangentialer Einlass dargestellt ist und durch die mit Hilfe eines Zyklonabscheiders 36 bewirkte Rotationsbewegung der Luft einen Zyklonbetrieb ermöglicht. Staubpartikel können durch die Rotationsbewegung teilweise vorabgeschieden sich an der inneren Gehäusewand ablagern und durch den Schmutzauslass 106 bei Einbau des Filtergehäuses 108 in waagrechter Lage nach unten durch die Schwerkraft aus dem Filtersystem 100 entleert werden. Die Luft strömt beim Betrieb nach Teilabscheidung der Staubpartikel durch den Filterkörper 12 in Pfeilrichtung 42, 44 ins Innere 50 des Filterelements. Staubpartikel bleiben dabei je nach Filtermedium ab einer bestimmten Größe im Filtermedium hängen. Je nach Staubeintrag muss deshalb das Filterelement 10 nach einer gewissen Standzeit ausgetauscht werden. Über den Auslass 104 strömt die gefilterte Luft in Pfeilrichtung 46 ab.
Im Inneren 50 des Filterelements 10 ist ein Sekundärelement 28 angebracht, das im Wesentlichen aus einer tragenden Struktur, dem Körper 52 mit einem relativ durchlässigen Filtermedium, beispielsweise einem Vlies, besteht und beim Austausch des Filterelements 10 im Gehäuse 108 zum Schutz der weiteren Luftführung, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, gegen eindringende Staubpartikel und andere Gegenstände verbleibt. Das Sekundärelement 28 ist mit dem offenen Ende 54 in einen Gehäusesitz 58 am auslassseitigen Teil des Gehäuses 108 gesteckt. Auf dem geschlossenen Ende 55 des Sekundärelements 28 liegt die zweite Endscheibe 18 des Filterelements 10 im Bereich ihrer Mitte und/oder der Längsachse sowie der zentralen Abstütznoppe 202 auf, wodurch beim Schließen des Gehäusedeckels 110 eine Kraft über die zentrale Abstütznoppe 202 der Endscheibe 18 in das geschlossene Ende des Sekundärelements 28, das beispielsweise als Handgriff 56 ausgebildet ist, mit dem es aus dem Gehäusesitz 58 und damit dem Gehäuse 108 auch wieder entfernt werden kann, geleitet werden kann und das Sekundärelement 28 so fest in seinen Gehäusesitz 58 gepresst wird. Auf diese Weise ist das Filterelement 10 zusätzlich zum Stützrohr 14 über die zweite Endscheibe 18 axial gegen den Deckel 110 und damit gegen das Gehäuse 108 verspannt und erfährt dadurch eine Festlagerung an der Stirnseite 17, dem deckelseitigen Ende des Filterelements 10. Es ist zwar auch denkbar, die Länge des Stützrohrs 14 und des Sekundärelements jeweils so auszulegen, dass die zweite Endscheibe 18 ausschließlich am Sekundärelement 28 oder dem Stützrohr 14 anliegt. Bevorzugt ist jedoch eine solche Auslegung, dass die zweite Endscheibe 18 sowohl am Sekundärelement 18 als auch am Stützrohr 14 anlegbar ist, da auch einzelne Applikationen eines erfindungsgemäßen Luftfilters ohne Sekundärelement 28 denkbar sind. Eine Lösung, in der die zweite Endscheibe 18 ausschließlich am Sekundärelement 28 anliegt, wäre für Applikationen denkbar, in welchen eine Rotation des Filterelements 10 im Betrieb unkritisch ist oder mittels anderer Mittel behindert wird.
Das Filterelement 10 kann als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine, eingesetzt werden. Prinzipiell ist jedoch auch eine Verwendung als Partikelfilter in ähnlicher Bauform denkbar.
5 zeigt eine Innenansicht eines Deckels 110 eines Gehäuses eines Filtersystems mit rippenförmigen Erhebungen 112 in der inneren Deckelkontur 114 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Durch Verzahnung der Abstütznoppen einer zweiten Endscheibe eines Filterelements kann das Filterelement gegen Verdrehen im Betrieb auch bei einer möglichen Schwingungsanregung geschützt werden.
In 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Sekundärelements 28 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der zylinderförmige Körper 52 des Sekundärelements 28, der am auslassseitigen Ende 54 offen ist, um das gefilterte Medium auszuleiten, ist am anderen Ende 55 geschlossen und weist zur Entnahme aus dem Gehäuse des Filtersystems einen Handgriff 56 auf. Auf diesem geschlossenen Ende 55, insbesondere auf dem Handgriff 56, kann sich die zweite Endscheibe des Filterelements abstützen und so die Kraft in das Sekundärelement einleiten, um es in den Gehäusesitz zu pressen und damit auch den ungefilterten gegen den gefilterten Raum im Inneren des Sekundärelements 28 abzudichten.
7 zeigt einen Schnitt durch den deckelseitigen Teil eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist ein Teil des Filterelements 10, bestehend aus Filterkörper 12 und zweiter Endscheibe 18, sowie im Inneren des Filterelements 10 das gehäuseseitig montierte Stützrohr 14 und das ebenfalls in einem Gehäusesitz angebrachte Sekundärelement 28 dargestellt. Nach der Montage des Filterelements 10 im Gehäuse 108 und Schließen des Deckels 110 an der Stirnseite 120 drückt dieser auf die zweite Endscheibe 18 über die Abstütznoppen 20. Die Endscheibe 18 drückt auf der anderen Seite auf das der Endscheibe 18 zugewandte Ende des Stützrohrs 14 sowie auf das geschlossene Ende 55 des Sekundärelements 28 mit dem Handgriff 56. In der Zeichnung ist dabei eine Durchdringung der Endscheibe 18 mit dem Deckel 110, dem Stützrohr 14 und dem Sekundärelement 28 dargestellt. Da der Werkstoff der Endscheibe 18 zweckmäßigerweise Polyurethanschaum oder ein ähnlich elastischer Werkstoff ist, wird die Endscheibe 18 in der Realität zwischen Deckel 110, Stützrohr 14 und Sekundärelement 28 zusammengepresst und überträgt so die Kraft vom Deckel 110 auf das Stützrohr 14 und das Sekundärelement 28. Auf diese Weise wird das Filterelement 10 über die Endscheibe 18 fest eingeklemmt und damit fest gelagert. Außerdem presst die Endscheibe 18 auch das Sekundärelement 28 fest in seinen Gehäusesitz.
In 8 ist ein Schnitt durch den auslassseitigen Teil 104 eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Man erkennt zum einen, dass an der gegenüberliegenden Stirnseite 15 des Filterelements 10 an der ersten Endscheibe 16 eine Radialdichtung 26 angebracht ist, mit deren Hilfe das Filterelement 10 den ungefilterten gegen den gefilterten Luftraum abdichtet. Zum anderen ist in dem Schnitt deutlich zu erkennen, wie das Stützrohr 14 am auslassseitigen Ende über eine Rastverbindung 60 fest mit dem Gehäuse 108 verbunden ist. Das Sekundärelement 28 ist dagegen in einen Gehäusesitz 58 gesteckt und wird deshalb zweckmäßigerweise über das geschlossene Ende und die zweite Endscheibe des Filterelements in den Gehäusesitz 58 gepresst. 8 zeigt ferner eine flexible Folie, die als Anströmschutz ausgebildet ist. Diese ist am Ende des Bezugszeichenpfeils 10 in Form einer verdickten Linie dargestellt. Die Folie ist um den Außenumfang des Filterkörpers 12 über der äußeren Mantelfläche des Filterkörpers 12 angebracht und entlang einer Nahtstelle beispielsweise mit Hilfe einer Ultraschallschweißnaht zu einem endlosen, ringförmigen Halbzeug verbunden und in die zweite Endscheibe eingebettet.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das beispielsweise als Luftfilter einer Brennkraftmaschine eingesetzt sein kann, mit tangentialem Einlass 102, zentrischem Auslass 104 an einer Gehäusestirnseite und bodenseitigem Schmutzauslass 106. Dargestellt ist eine Rundfilterbauform, die aus einem Gehäuse 108 besteht, das mit einem Deckel 110, beispielsweise mit Schraub- oder Bajonettverschluss, verschlossen wird. Bei einer Verwendung als Luftfiltersystem strömt staubbeladene Luft in den Einlass 102, der tangential zum innen eingebauten Luftfilterelement angeordnet ist, so dass die Luft im Innern des Gehäuses 108 durch einen Anströmschutz am Filterelement in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Filterelement und Anströmschutz sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Durch den über die Rotationsbewegung der Luft bewirkten Zykloneffekt wirken Fliehkräfte auf die Staubpartikel der strömenden Luft, so dass diese sich teilweise an der Gehäusewand abscheiden und über den Schmutzauslass 106 aus dem Filtersystem 100 abströmen können. Dadurch wird das Filterelement weniger belastet, die Standzeit des Filterelements wird erhöht. Die gereinigte Luft kann über den zentrischen Auslass 104 aus dem Gehäuse 108 abgeführt werden.
In 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit radialem Einlass 102 und zentrischem Auslass 104 bei angeschnittenem Gehäuse 108 und angeschnittenem Filterelement 10 gezeigt. Man erkennt in dem angeschnittenen Gehäuse 108 das Filterelement 10, das entlang einer Längsachse L konzentrisch in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Filterelement 10, das mit seinem angeschnittenen Filterkörper 12 dargestellt ist, weist an der äußeren Mantelfläche 22 des Filterkörpers 12 einen fluiddichten Bereich 60 auf, der für das zu filternde Medium undurchlässig ist und aus einer flexiblen Folie als Anströmschutz 66 oder Griffschutz 68 besteht. Die axiale Ausdehnung des fluiddichten Bereichs 60 ragt dabei zweckmäßigerweise mindestens einige Millimeter, bevorzugt 5 mm bis 10 mm über den Bereich hinaus, in dem das einströmende Medium auf das Filterelement 10 trifft, damit das Medium auch wirksam in der ganzen Breite erfasst wird. Mindestens sollte die axiale Ausdehnung des fluiddichten Bereichs die Breite des Einlasses 102 um einige Millimeter, bevorzugt 5 mm bis 10 mm überragen. Außerdem ist der fluiddichte Bereich günstigerweise direkt gegenüber dem Einlass 102 auf der äußeren Mantelfläche 22 des Filterelements 10 angeordnet, so dass er das einströmende Medium auch voll abdeckt. Die flexible Folie ist mit Hilfe einer in axialer Richtung verlaufenden Ultraschallschweißung 62 gefügt. Das Filterelement 10 ist mit einer ersten Endscheibe 16 als Radialdichtung 26, die mit einer Dichtungskontur 116 korrespondiert, in dem Gehäuse 108 gelagert. Im Inneren des Filterelements 10 sind ein Stützrohr 14 zur Versteifung des Gehäuses 108 und Lagerung des Filterelements 10 sowie ein Sekundärelement 28, das beim Filterelementwechsel den Auslass 104 staubdicht abschließt und im Gehäuse 108 verbleibt, konzentrisch angeordnet. Stützrohr 14 und Sekundärelement 28 sind ebenfalls angeschnitten. Am dem Auslass 104 gegenüberliegenden Ende ist das Gehäuse 108 mit einem lösbaren Deckel 110 verschlossen, über den auch ein Wechsel des Filterelements 10 vorgenommen werden kann. Der Filterkörper 12 kann an einem axialen Ende einen Anströmschutz 66 und an einem in axialer Richtung gegenüberliegenden Ende einen Griffschutz 68 aufweisen. Der Filterkörper 12 kann beispielsweise aus einem zickzackförmig gefalteten (plissierten) Filterbalg bestehen und ringförmig geschlossen ausgeführt sein. Die Faltung kann beispielsweise durch Messerfaltung, für längere Filterkörper 12, oder Rotationsfaltung hergestellt werden. Der Filterbalg kann beispielsweise aus Papier, Zellulose oder einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose bestehen und mit glatter Oberfläche, rolliert und/oder in verschiedenen Prägeformen gestalteter Oberfläche zur Versteifung und/oder Schaffung von Hohlräumen zur Staubablagerung ausgeführt sein. Der Filterbalg kann eine Beschichtung und/oder Imprägnierung aufweisen, um Feuchtigkeit abzuweisen. Er kann alternativ auch mit Nanofasern beschichtet sein. Der Filterkörper 12 kann weiterhin mit einem Fadenwickel strukturell versteift sein.
Derartige Filtersysteme wie in 9 und 10 dargestellt, werden üblicherweise im Baumaschinen und Landmaschinenbereich eingesetzt. Sie zeichnen sich durch große Robustheit aus und weisen wegen der hohen Filterlast kurze Standzeiten auf. Ein Filtersystem mit beladenem Filterelement muss dabei einen Gewichtszuwachs von 10 kg oder mehr tolerieren.
11 zeigt ein Filterelement 10 in einem Bereich 60, der für das zu filternde Medium undurchlässig ausgeführt ist, eine flexible Folie als Anströmschutz 66 oder Griffschutz 68 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Folie ist in dem Bereich 60 des Filterkörpers 12 über der äußeren Mantelfläche 22 des Filterkörpers 12 angebracht und entlang einer Nahtstelle beispielsweise mit Hilfe einer Ultraschallschweißnaht 62 zu einem endlosen Halbzeug verbunden. An der oberen Stirnseite 17 ist das Filterelement 10 mit einer Endscheibe 18, die Abstütznoppen 20 zur Verspannung im Gehäuse nach Montage des Deckels aufweist, abgeschlossen. Die untere Stirnseite 15 ist mit einer Endscheibe 16 abgeschlossen, wobei der Anströmschutz 66 und/oder der Griffschutz 68 an einer an die Endscheibe 16 angrenzenden Kante in die Endscheibe 16 eingebettet ist. Dies kann noch durch Öffnungen 64, die vom Material der Endscheibe 16 durchsetzt sind und für zusätzliche Verzahnung sorgen, unterstützt werden. Alternativ kann der Filterkörper 12 auch an einem Ende eine flexible Folie als Anströmschutz 66 aufweisen und am anderen Ende eine flexible Folie als Griffschutz 68, wobei der Anströmschutz 66 günstigerweise direkt gegenüber dem Einlass 102 des Filtersystems 100 auf der äußeren Mantelfläche 22 des Filterkörpers 12 angeordnet ist. Dabei sollte die axiale Ausdehnung des Anströmschutzes 66 so gewählt werden, dass er die Breite des Einlasses 102 um einige Millimeter, bevorzugt 5–10 mm, überragt. Die axiale Ausdehnung des Griffschutzes 68 ist günstigerweise so zu wählen, dass das Filterelement 10 an diesem Griffschutz 68 auch sicher gehalten werden kann, also beispielsweise im Bereich 100 mm bis 150 mm liegt. Wenn sowohl Anströmschutz 66 als auch Griffschutz 68 vorgesehen sind, sollte jedoch die Gesamtlänge der axialen Ausdehnungen von Anströmschutz 66 und Griffschutz 68 so gewählt werden, dass zwischen beiden Folien ein bevorzugt etwa gleich langer Bereich für das zu filternde Medium durchlässig bleibt, damit auch eine genügend hohe Filterwirkung des Filtersystems gegeben ist.
In 12 ist eine flexible Folie, die nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Anströmschutz 66 und/oder Griffschutz 68 ausgestaltet sein kann, als gestanztes Halbzeug dargestellt. Die Folie kann beispielsweise von einem Band, das an einer Kante gestanzte Öffnungen 64, beispielsweise Löcher, aufweist, abgelängt sein.
13 zeigt eine solche flexible Folie aus 12 als gestanztes Halbzeug endlos ultraschallgeschweißt nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das in 12 dargestellte Band kann beispielsweise um einen zylindrischen Filterkörper geschlungen werden und dann an einer Nahtstelle in axialer Richtung mit Hilfe einer Ultraschallschweißnaht 62 verschweißt werden. Die Kante der Folie, die gestanzte Öffnungen 64, wie Löcher, aufweist, kann zweckmäßigerweise nach Anbringen der Folie auf dem Filterkörper und Verschweißen der Nahtstelle 62 in eine Endscheibe des Filterkörpers mit eingespritzt und über die gestanzten Löcher 64 sicher verzahnt werden.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das beispielsweise als Luftfilter einer Brennkraftmaschine eingesetzt sein kann, mit tangentialem Einlass 102, zentrischem Auslass 104 an einer Gehäusestirnseite und bodenseitigem Schmutzauslass 106. Dargestellt ist eine Rundfilterbauform, die aus einem Gehäuse 108 besteht, das mit einem Deckel 110, beispielsweise mit Schraub- oder Bajonettverschluss, verschlossen wird. Bei einer Verwendung als Luftfiltersystem strömt staubbeladene Luft in den Einlass 102, der tangential zum innen eingebauten Luftfilterelement angeordnet ist, so dass die Luft im Innern des Gehäuses 108 durch einen Anströmschutz am Filterelement in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Filterelement und Anströmschutz sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Durch den über die Rotationsbewegung der Luft bewirkten Zykloneffekt wirken Fliehkräfte auf die Staubpartikel der strömenden Luft, so dass diese sich teilweise an der Gehäusewand abscheiden und über den Schmutzauslass 106 aus dem Filtersystem 100 abströmen können. Dadurch wird das Filterelement weniger belastet, die Standzeit des Filterelements wird erhöht. Die gereinigte Luft kann über den zentrischen Auslass 104 aus dem Gehäuse 108 abgeführt werden.
In 15 ist ein Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass 102, zentrischem Auslass 104 und bodenseitigem Schmutzauslass 106 dargestellt. Das Gehäuse 108 des Filtersystems 100 ist an seiner Stirnseite 120 mit einem Deckel 110 verschlossen. Ein Filterelement 10, das im Wesentlichen aus einem um die Längsachse L konzentrischen Filterkörper 12 besteht, ist an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten 15, 17 mit einer ersten offenen Endscheibe 16 und einer zweiten Endscheibe 18, die beispielsweise aus Polyurethanschaum oder einem Elastomer ausgeführt sein können, abgeschlossen. Der Filterkörper 12 kann beispielsweise aus einem zickzackförmig gefalteten (plissierten) Filterbalg bestehen und ringförmig geschlossen ausgeführt sein. Die Faltung kann beispielsweise durch Messerfaltung, für längere Filterkörper 12, oder Rotationsfaltung hergestellt werden. Der Filterbalg kann beispielsweise aus Papier, Zellulose oder einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose bestehen und mit glatter Oberfläche, rolliert und/oder in verschiedenen Prägeformen gestalteter Oberfläche zur Versteifung und/oder Schaffung von Hohlräumen zur Staubablagerung ausgeführt sein. Der Filterbalg kann eine Beschichtung und/oder Imprägnierung aufweisen, um Feuchtigkeit abzuweisen. Er kann alternativ auch mit Nanofasern beschichtet sein. Der Filterkörper 12 kann weiterhin mit einem Fadenwickel strukturell versteift sein.
Die zweite Endscheibe 18 weist Abstütznoppen 20 auf, welche sich von der axialen Außenfläche der zweiten Endscheibe axial nach außen erstrecken und kreisförmig bevorzugt regelmäßig beabstandet um die Längsachse L angeordnet sind und bei einem Einbau in das aufnehmende Gehäuse 108 an einer Innenfläche, beispielsweise an einer inneren Deckelkontur 114 des Deckels 110 anliegend sich an dem Deckel 110 axial abstützen. Im Inneren 50 des Filterelements 10 ist ein gehäusefestes Stützrohr 14 um die Längsachse L konzentrisch angeordnet und an dem auslassseitigen Ende des Stützrohrs 14 fest mit dem Gehäuse 108 verbunden. Die dem Stützrohr 14 zugewandte Fläche der zweiten Endscheibe 18 liegt auf dem offenen, der Endscheibe 18 zugewandten, Ende des Stützrohrs 14 auf. Wenn beim Schließen des Deckels 110 die innere Deckelkontur 114 des Deckels 110 auf die Endscheibe 18 drückt, wird diese Kraft durch die Endscheibe 18 über die Abstütznoppen 20 auf die Endscheibe 18 durchgeleitet, die sich weiter auf dem Stützrohr 14 abstützen kann. Auf diese Weise ist das Filterelement 10 über die zweite Endscheibe 18 axial gegen den Deckel 110 und damit gegen das Gehäuse 108 verspannt und erfährt dadurch eine Festlagerung an der Stirnseite 17, dem deckelseitigen Ende des Filterelements 10. Da die Abstütznoppen 20 die Endscheibe 18 vom Deckel 110 beabstanden, entsteht zwischen Deckel 110 und Endscheibe 18 ein offener, nicht von Material gefüllter Bereich 119, auch Totvolumen genannt.
Weiter sind in der inneren Deckelkontur 114 rippenförmige Erhebungen 112 angebracht, mit denen sich der elastische Werkstoff der zweiten Endscheibe 18 verzahnen oder verkrallen kann, so dass das Filterelement 10 dadurch gegen mögliche Verdrehungen bei Vibrationen im Betrieb gesichert ist. Weiter sind auch an dem der Endscheibe 18 zugewandten Ende des Stützrohrs 14 Aussparungen 22 denkbar, welche eine weitere Verzahnung oder Verkrallung des Stützrohrs 14 mit der Endscheibe 18 ermöglichen, um so eine weitere Verdrehsicherung des Filterelements 10 durch Vibrationen zu gewährleisten.
An der gegenüberliegenden Stirnseite 15 des Filterelements 10 ist an der ersten Endscheibe 16 eine Radialdichtung 26 angebracht, die mit einer Dichtungskontur 116 des Gehäuses 108 korrespondiert, d. h. an dieser dichtend anliegt und mit deren Hilfe das Filterelement 10 den ungefilterten gegen den gefilterten Luftraum abdichtet.
Staubbeladene Luft kann durch den Einlass 102 in Pfeilrichtung 40 einströmen, der in diesem Fall als tangentialer Einlass dargestellt ist und durch die mit Hilfe eines Zyklonabscheiders 36 bewirkte Rotationsbewegung der Luft einen Zyklonbetrieb ermöglicht. Staubpartikel können durch die Rotationsbewegung teilweise vorabgeschieden sich an der inneren Gehäusewand ablagern und durch den Schmutzauslass 106 bei Einbau des Filtergehäuses 108 in waagrechter Lage nach unten durch die Schwerkraft aus dem Filtersystem 100 entleert werden. Diese Vorabscheidung findet in einem Innenbereich 118 des Gehäuses, bevorzugt an der Innenwand des Gehäuses 108, statt, in dem die staubbeladene Luft frei strömen kann. Zwischen der zweiten Endscheibe 18 und dem Deckel 110 des Gehäuses 108 ist ein Bereich 119, auch als Totvolumen bezeichenbar, angeordnet, der durch eine mit der zweiten Endscheibe 18 einstückig und materialeinheitlich ausgebildeten Abdichtstruktur 24 abgedichtet ist, so dass in dem Bereich 119 keine Umströmung stattfinden kann. Diese Abdichtstruktur 24 kann beispielsweise ringförmig am Umfang der Endscheibe 18 angebracht sein. Andererseits ist es für eine Unterbindung der Umströmung in dem Bereich 119 nicht unbedingt nötig, dass die Abdichtstruktur 24 über den Umfang der Endscheibe 18 durchgehend zu dem Gehäuse 108 und/oder Deckel 110 abdichtet. Die Abdichtstruktur 24 kann auch segmentartig unterbrochen sein, um die Umströmung zu unterbinden. Die Abdichtstruktur dichtet, wie in 2 gezeigt, bevorzugt radial gegen eine so genannte Zarge 240 ab. Die Zarge 240 ist eine zylindrische, rohrförmige Wand, die sich axial vom Deckel 110 des Gehäuses 108 (oder auch vom anderen Gehäuseteil 108 im Bereich des Auslasses 104) über einen Teil der Länge des Filterelementes 10 (beispielsweise zwischen 20 und 40 Prozent der Länge des Filterelements 10) in den Gehäuseinnenraum erstreckt und dabei das Filterelement 10 bevorzugt koaxial umgibt. Zwischen der Zarge 240 und der Außenwandung des Gehäuses 108 bzw. des Deckels 110 ist somit ein ringförmiger Strömungsbereich gebildet, in welchem das Fluid frei rotieren kann. Die Zarge 240 umgibt das Filterelement 10 in geringem Abstand, bevorzugt kleiner als 10 mm, besonders bevorzugt kleiner als 5 mm. Die Abdichtstruktur 24 liegt bevorzugt radial an der Zarge 240 insbesondere dichtend an. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die damit erreichte Abdichtung des zwischen Endscheibe 18 und Deckel 110 liegenden Bereichs 119 und somit Trennung des Bereichs 119 vom durchströmten Bereich des Gehäuses 108 eine Verbesserung der Zyklon-Vorabscheideleistung erwirkt.
Die Luft strömt beim Betrieb dann weiter nach Teilabscheidung der Staubpartikel durch den Filterkörper 12 in Pfeilrichtung 42, 44 ins Innere 50 des Filterelements. Staubpartikel bleiben dabei je nach Filtermedium ab einer bestimmten Größe im Filtermedium hängen. Je nach Staubeintrag muss deshalb das Filterelement 10 nach einer gewissen Standzeit ausgetauscht werden. Über den Auslass 104 strömt die gefilterte Luft in Pfeilrichtung 46 ab.
Im Inneren 50 des Filterelements 10 ist ein Sekundärelement 28 angebracht, das im Wesentlichen aus einer tragenden Struktur, dem Körper 52 mit einem relativ durchlässigen Filtermedium, beispielsweise einem Vlies, besteht und beim Austausch des Filterelements 10 im Gehäuse 108 zum Schutz der weiteren Luftführung, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, gegen eindringende Staubpartikel und andere Gegenstände verbleibt. Das Sekundärelement 28 ist mit dem offenen Ende 54 in einen Gehäusesitz 58 am auslassseitigen Teil des Gehäuses 108 gesteckt. Auf dem geschlossenen Ende 55 des Sekundärelements 28 liegt die zweite Endscheibe 18 des Filterelements 10 auf, wodurch beim Schließen des Gehäusedeckels 110 eine Kraft über die Abstütznoppen 20 der Endscheibe 18 in das geschlossene Ende des Sekundärelements 28, das als Handgriff 56 ausgebildet ist, mit dem es aus dem Gehäusesitz 58 und damit dem Gehäuse 108 auch wieder entfernt werden kann, geleitet werden kann und das Sekundärelement 28 so fest in seinen Gehäusesitz 58 gepresst wird.
Derartige Filtersysteme wie in 14 und 15 dargestellt, werden üblicherweise im Baumaschinen- und Landmaschinenbereich eingesetzt. Sie zeichnen sich durch große Robustheit aus und weisen wegen der hohen Filterlast kurze Standzeiten auf. Ein Filtersystem mit beladenem Filterelement muss dabei einen Gewichtszuwachs von 10 kg oder mehr tolerieren.
16 zeigt eine Ansicht des Filterelements 10 nach 15, mit einer an der zweiten Endscheibe 18 einstückig und materialeinheitlich ausgebildeten Abdichtstruktur 24 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filterelement 10 besteht aus einem Filterkörper 12, der an den beiden Stirnseiten 15, 17 mit den Endscheiben 16, 18 abgeschlossen ist. Die zweite Endscheibe 18 weist an der Oberseite Abstütznoppen 20 für eine axiale Verspannung und radiale Abstützung in einem Gehäuse auf, wenn das Filterelement 10 eingesetzt ist und das Gehäuse von außen mit einem Deckel verschlossen wird, an dem sich das Filterelement 10 mit den Abstütznoppen 20 der Endscheibe 18 verspannen und verzahnen kann. Die Abdichtstruktur 24 ist in 16 als radialer Dichtring dargestellt, der mit der Endscheibe 18 einstückig ausgebildet ist, könnte jedoch auch in einem Spritzgussprozess an die Endscheibe 18 angespritzt werden, beispielsweise in einem Zweikomponentenspritzgussverfahren, bei welchem die Abdichtstruktur 24 als Weichkomponente um eine harte, kunststoffspritzgegossene Endscheibenstruktur 18 herum angespritzt wird. Weiter könnte die Abdichtstruktur 24 auch als unterbrochene Struktur realisiert werden, da keine vollständige Abdichtung nötig ist, um die Umströmung der Endscheibe 18 im Bereich zwischen Endscheibe 18 und Deckel 110 des Gehäuses zu unterbinden.
17 zeigt einen Schnitt durch den deckelseitigen Teil eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, insbesondere durch das in 1 gezeigte Filtersystem mit einem in 2 und 3 gezeigten Filterelement, wobei eine mit der zweiten Endscheibe einstückig und materialeinheitlich ausgebildete Abdichtstruktur 24 gezeigt ist. Es ist ein Teil des Filterelements 10, bestehend aus Filterkörper 12 und zweiter Endscheibe 18, sowie im Inneren des Filterelements 10 das gehäuseseitig montierte Stützrohr 14 und das ebenfalls in einem Gehäusesitz angebrachte Sekundärelement 28 dargestellt. Nach der Montage des Filterelements 10 im Gehäuse 108 und Schließen des Deckels 110 an der Stirnseite 120 drückt dieser auf die zweite Endscheibe 18 über die Abstütznoppen 20. Die Endscheibe 18 drückt auf der anderen Seite auf das der Endscheibe 18 zugewandte Ende des Stützrohrs 14 sowie auf das geschlossene Ende 55 des Sekundärelements 28 mit dem Handgriff 56. In der Zeichnung ist dabei eine Durchdringung der Endscheibe 18 mit dem Deckel 110, dem Stützrohr 14 und dem Sekundärelement 28 dargestellt. Da der Werkstoff der Endscheibe 18 zweckmäßigerweise Polyurethanschaum oder ein ähnlich elastischer Werkstoff ist, wird die Endscheibe 18 in der Realität zwischen Deckel 110, Stützrohr 14 und Sekundärelement 28 zusammengepresst und überträgt so die Kraft vom Deckel 110 auf das Stützrohr 14 und das Sekundärelement 28. Auf diese Weise wird das Filterelement 10 über die Endscheibe 18 fest eingeklemmt und damit fest gelagert. Außerdem presst die Endscheibe 18 auch das Sekundärelement 28 fest in seinen Gehäusesitz.
Zwischen Endscheibe 18 und Deckel 110 ist die an der Endscheibe 18 angebrachte Abdichtstruktur 24 zu erkennen, welche die Abdichtung des Innenbereichs des Gehäuses gegen den Bereich 119 zwischen Endscheibe 18 und Deckel 110 bewirkt, um so eine Umströmung des Bereichs 119 mit dem ungefilterten Medium zu verhindern. Dadurch wird zum einen eine Verschmutzung des Bereichs 119 verhindert. Außerdem wird durch eine wesentlich homogenisierte Strömung des ungefilterten Mediums im Innenbereich des Gehäuses eine erhöhte Vorabscheidung von Schmutzpartikeln über den Zykloneffekt erreicht. Die Abdichtstruktur 24 kann dabei beispielsweise als elastischer Ring ausgeführt sein, der direkt unterhalb oder auf Höhe der Endscheibe 18 auf dem Außenumfang des Filterkörpers 12 aufliegt. Wird der Deckel 110 des Gehäuses 108 über das Filterelement 10 auf das Gehäuse 108 aufgesetzt, gleitet eine geeignet ausgeführte Innenkontur des Deckels 110, beispielsweise in Form eines innen liegenden Deckelbundes, über die Abdichtstruktur 24 und dichtet so den Raum über der Abdichtstruktur 24, also im Bereich der Endscheibe 18, gegen den übrigen Innenraum 50 des Filtersystems 100 ab. Diese Abdichtstruktur 24 in Form eines Rings kann über einzelne Stege mit der Endscheibe 18 verbunden sein, um so beim Aufsetzen des Deckels 110 auch bei einer engen Toleranzlage dafür zu sorgen, dass die Abdichtstruktur 24 nicht nach unten geschoben werden kann und so die Abdichtwirkung verletzt wäre. Im Detail der 24 wird deutlich, dass die Abdichtstruktur 24 bevorzugt, wie in dieser Figur gezeigt, einstückig mit der insbesondere geschlossenen, bevorzugt aus einer Polyurethan oder Polyurethanschaum gegossenen Endscheibe 18 ausgebildet ist. Die Abdichtstruktur ist in diesem Fall durch eine ringförmig um den radialen Außenumfang der Endscheibe 18 umlaufende Dichtlippe gebildet, deren axiale Erstreckung nur einem Teil der Dicke in axialer Richtung der Endscheibe 18 beträgt. Die axiale Ausdehnung der Dichtlippe, im Folgenden als Breite bezeichnet, beträgt dabei bevorzugt weniger als 10 mm, besonders bevorzugt weniger als 5 mm. Die Dichtlippe erstreckt sich bevorzugt radial über den Umfang des Filterkörpers 12 und/oder die radiale Außenfläche der Endscheibe 18 hinaus, beispielsweise beträgt die radiale Erstreckung zwischen 1–10 mm.
18 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweistufigen Filtersystems 100 mit einem Zyklonabscheider 50 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tangentialem Einlass 102, zentrischem Auslassstutzen 104 an einer Gehäusestirnseite 124 und bodenseitigem Schmutzauslass 106. Dargestellt ist eine Rundfilterbauform, die aus einem Gehäuse 108 besteht, das eine Gehäusewand 112 aufweist und mit einem Deckel 110, beispielsweise mit Schraub- oder Bajonettverschluss, verschlossen wird. Bei einer Verwendung als Luftfiltersystem strömt staubbeladene Luft in den Einlass 102, der tangential zum innen eingebauten Luftfilterelement angeordnet ist, sodass die Luft im Innern des Gehäuses 108 durch einen Anströmschutz am Filterelement in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Filterelement und Anströmschutz sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Durch den über die Rotationsbewegung der Luft bewirkten Zykloneffekt wirken Fliehkräfte auf die Staubpartikel der strömenden Luft, sodass diese sich teilweise an der Gehäusewand abscheiden und über den Schmutzauslass 106 aus dem Filtersystem 100 abströmen können. Dadurch wird das Filterelement weniger belastet, die Standzeit des Filterelements wird erhöht. Die gereinigte Luft kann über den zentrischen Auslass 104 aus dem Gehäuse 108 abgeführt werden.
Derartige Filtersysteme, wie in 18 dargestellt, werden üblicherweise als Luft- und/oder Partikelfilter insbesondere für Brennkraftmaschinen im Baumaschinen- und Landmaschinenbereich eingesetzt. Sie zeichnen sich durch große Robustheit aus und weisen wegen der hohen Filterlast kurze Standzeiten auf. Ein Filtersystem 100 mit beladenem Filterelement muss dabei einen Gewichtszuwachs von 10 kg oder mehr tolerieren.
In 19 ist ein Längsschnitt des Filtersystems 100 von 18 mit eingesetztem Stützrohr 12 dargestellt. Das Filtersystem 100 umfasst ein Gehäuse 108 mit Gehäusewand 112 und einem Deckel 110, einen am Gehäuse 108 angeordneten Einlassstutzen 102 zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, einen am Gehäuse 108 angeordneten Auslassstutzen 104 zur Ableitung des gefilterten Fluids, sowie ein im Inneren 10 des Gehäuses 108 angeordnetes Stützrohr 12 zur Aufnahme eines Filterelements. Dabei erstreckt sich das Stützrohr 12 entlang einer Gehäuseachse L und ist über eine Rastverbindung 14 an einer Aufnahmeseite 16 mit dem Gehäuse 108 verbunden.
20 zeigt eine Detailansicht der Rastverbindung 14 zwischen Stützrohr 12 und Gehäuse 108 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Rastverbindung 14 aus korrespondierenden Rastelementen 18, 20, 24, 26 am Gehäuse 108 und am Stützrohr 12 gebildet ist. Als Teil der Rastverbindung 14 ist ein wenigstens segmentweise ausgebildeter umlaufender Bund 18, 24 und wenigstens eine zum Bund 18, 24 gerichtete Haltenase 20, 26 vorgesehen. Die Haltenasen 20, 26 weisen jeweils eine Haltefläche 22, 28 auf, welche senkrecht zu der Gehäuseachse L angeordnet ist. Das Gehäuse 108 weist dabei als Teil der Rastverbindung 14 auf einem wenigstens segmentweise ausgebildeten umlaufenden Bund 18 wenigstens eine nach innen gerichtete Haltenase 20 mit einer Haltefläche 22 auf, welche senkrecht zu der Gehäuseachse L angeordnet ist. Korrespondierend dazu weist das Stützrohr 12 als Teil der Rastverbindung 14 auf einem umlaufenden Bund 24 eine nach außen gerichtete Haltenase 26 mit einer Haltefläche 28 auf, welche senkrecht zu der Gehäuseachse L angeordnet ist. Weiter weist das Stützrohr 12 ein Sicherungselement 30 auf, wodurch ein Sichern der Rastverbindung 14 gegen Lösen bewirkbar ist. Eine derart ausgeführte Rastverbindung 14 ist nicht zerstörungsfrei lösbar, da das Sicherungselement 30 auf Grund der Haftreibung verhindert, dass die Haltenase 20 leicht nach außen gebogen werden kann.
In einer alternativen, aber nicht dargestellten Ausführungsform können die Rastelemente zwischen Gehäuse und Stützrohr vertauscht sein, sodass das Stützrohr 12 als Teil der Rastverbindung 14 auf einem umlaufenden Bund 18 wenigstens eine nach innen gerichtete Haltenase 20 mit einer Haltefläche 22 aufweist, welche senkrecht zu der Gehäuseachse L angeordnet ist. Dazu korrespondierend weist dann das Gehäuse 108 als Teil der Rastverbindung 14 auf einem umlaufenden Bund 24 eine nach außen gerichtete Haltenase 26 mit einer Haltefläche 28 auf, welche senkrecht zu der Gehäuseachse L angeordnet ist. Weiter weist das Gehäuse 108 dann ein Sicherungselement 30 auf, wodurch ein Sichern der Rastverbindung 14 gegen Lösen bewirkbar ist.
21 zeigt eine Detailansicht der Rastelemente 18, 20, 22 des Gehäuses 108 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt sind unmittelbar in der Nähe des Auslassstutzens 104 an der Gehäusewand 112 angebrachte Haltenasen 20 mit Halteflächen 22, die an einem umlaufenden Bund 18 angeordnet sind.
In 22 ist dazu eine perspektivische Ansicht der Rastelemente 18, 20, 22 des Gehäuses 108 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. So ist zu erkennen, dass die unmittelbar in der Nähe des Auslassstutzens 104 an der Gehäusewand 112 angebrachte Haltenasen 20 mit ihren Halteflächen 22 kreisförmig auf dem umlaufenden Bund 18 angeordnet sind. Am Bund 18 sind weiter Stege 44 angebracht, in welche Rippen 46 eines Stützrohrs 12 eingreifen können, um so einen zusätzlichen Verdrehschutz des eingebauten Stützrohrs 12 zu gewährleisten.
23 zeigt ein Stützrohr 12 mit den Rastelementen 24, 26, 28 sowie dem Sicherungselement 30 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. An der Aufnahmeseite 16 des Stützrohrs 12 sind auf dem umlaufenden Bund 24 Haltenasen 26 mit ihren Halteflächen 28 angeordnet. Unterhalb der Haltenase 26 liegt in einem Abstand das Sicherungselement 30 zum Sichern der Rastverbindung gegen unbeabsichtigtes Lösen. An dem aufnahmeseitigen Ende des Stützrohrs 12 ist ein Ausrichtelement 32 angeordnet, welches zur festen winkelgerichteten Montage des Stützrohrs 12 im Gehäuse 108 dient. Das Stützrohr 12 ist so bezogen auf die Gehäuseachse L axial winkelgerichtet montierbar. An der Aufnahmeseite 16 des Stützrohrs 12 ist wenigstens ein Ausrichtelement 32 angeordnet und an dem Gehäuse 108 ist ein Gegenelement 33 angeordnet, wodurch sowohl eine winkelgerichtete Montage als auch ein Verdrehschutz des im Gehäuse 108 montierten Stützrohrs 12 darstellbar ist. Ein zusätzlicher Verdrehschutz ist über das Verzahnen von Rippen 46 an der Aufnahmeseite 16 des Stützrohrs 12 mit Stegen 44 am Bund 18 der Gehäusewand 112 realisiert.
24 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rastelemente 18, 20, 22 des Gehäuses 108 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Rastelemente Haltenase 20 mit Haltefläche 22 sind auf einem umlaufenden Bund 18 in regelmäßigen Abständen angeordnet, wobei die Haltenasen 20 an einer Stelle einen größeren Abstand als Gegenelement 33 aufweisen, wo nämlich das Ausrichtelement 32 des Stützrohrs 12 eingreifen kann, um das Stützrohr 12 winkelgerichtet montieren zu können.
In 25 ist eine weitere perspektivische Detailansicht der Rastelemente 18, 20, 22 des Gehäuses 108 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, sodass die räumliche Anordnung des Bundes 18 mit den Haltenasen 20 und Halteflächen 22 deutlicher zu erkennen sind.
26 zeigt ein Gehäuse 108 eines Filtersystems 100 mit abgenommenem Deckel 110 und montiertem Stützrohr 12 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Stützrohr 12 ist dabei konzentrisch zur Längsachse L des Filtersystems 100 im Inneren der Gehäusewand 112 angeordnet. Das Stützrohr 12 weist an seinem oberen Ende ein Gegenelement 41 zur winkelgerichteten Montage eines Sekundärelements 36 nach dem Poka Yoke-Prinzip auf.
In 27 ist weiter ein Gehäuse 108 eines Filtersystems 100 mit abgenommenem Deckel 110 und montiertem Stützrohr 12 und Sekundärelement 36 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Sekundärelement 36 ist dabei im Inneren 34 des Stützrohres 12 angeordnet und erstreckt sich entlang der Gehäuseachse L. Das Sekundärelement 36 ist über eine Rastverbindung 38 mit dem Stützrohr 12 und/oder Gehäuse 108 verbunden und über die Verbindung von Ausrichtelement 40 und Gegenelement 41 bezogen auf die Gehäuseachse L und/oder das Stützrohr 12 axial winkelgerichtet montiert.
28 zeigt ein Sekundärelement 36 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Am oberen Ende des Sekundärelements 36 ist als Ausrichtelement 40 zur winkelgerichteten Montage im Stützrohr 12 eine vorspringende Rippe zu erkennen. An einer Aufnahmeseite 42 des Sekundärelements 36 ist wenigstens ein Ausrichtelement 40 angeordnet, wobei ein Gegenelement 41, beispielsweise eine Nut, an dem Stützrohr 12 angeordnet ist, wodurch eine winkelgerichtete Montage sowie ein Verdrehschutz des im Gehäuse 108 und/oder in dem Stützrohr 12 montierten Sekundärelements 36 darstellbar ist.
29 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gehäuse 108 eines Filtersystems 100 mit abgenommenem Deckel 110 und montiertem Stützrohr 12 und Sekundärelement 36 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Inneren 10 des Filtersystems 100 ist das Stützrohr 12 über eine Rastverbindung 14 an der Gehäusewand 112 oberhalb des Auslassstutzens 104 montiert, während das Sekundärelement 36 im Inneren 34 des Stützrohrs 12 über eine Rastverbindung 38 angeordnet ist, wobei das Sekundärelement 36 über das Ausrichtelement 40, beispielsweise eine Rippe, und sein Gegenelement 41, beispielsweise eine Nut, im Stützrohr 12 winkelgerichtet montiert ist.
30 zeigt ein Sekundärelement 36 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Am oberen Ende des Sekundärelements 36 ist als Ausrichtelement 40 zur winkelgerichteten Montage im Stützrohr 12 eine vorspringende Rippe zu erkennen. An einer Aufnahmeseite 42 des Sekundärelements 36 ist wenigstens ein Ausrichtelement 40 angeordnet, wobei ein Gegenelement 41, beispielsweise eine Nut, an dem Stützrohr 12 angeordnet ist, wodurch eine winkelgerichtete Montage sowie ein Verdrehschutz des im Gehäuse 108 und/oder in dem Stützrohr 12 montierten Sekundärelements 36 darstellbar ist. Die Enden eines ringförmig um einen hier gestrichelt teilweise dargestellten, gitterförmigen Stützkörper 60 angeordnete Filtermediums schließen im Nahtbereich 61 aneinander an und sind bevorzugt wir in der Figur schematisch gezeigt dort überlappend angeordnet. Die Enden sind dort mittels einer Ultraschallschweißnaht, einer Klebespur, einer Metallklammer oder anderen Mitteln miteinander verbunden, so dass ein ringförmig geschlossener Filterkörper gebildet ist. Der Nahtbereich 61 ist bevorzugt radial außerhalb, bevorzugt direkt auf einer insbesondere durchgehenden Längsrippe des Stützkörpers 60 angeordnet. Im Fall einer Verbindung mit Ultraschallschweißnaht oder Klebespur kann eine Verschweißung oder Verklebung direkt mit dieser Längsrippe erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Position der Balgnaht 62 definiert ist, so dass sie nicht willkürlich an verschiedenen Winkelpositionen angeordnet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/047196 A1 [0002, 0003]
DE 29780439 U1 [0004, 0006, 0007, 0009]

Claims

Filtersystem (100) für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, umfassend – ein Gehäuse (108) mit einer Längsachse (L), – einen Deckel (110), der das Gehäuse (108) an einer Stirnseite (120) verschließt, – einen am Gehäuse (108) angeordneten Einlass (102) zum Zuführen eines zu filternden Mediums und einen am Gehäuse (108) angeordneten Auslass (104) zur Ableitung des gefilterten Mediums, – ein auswechselbares Filterelement (10), welches im Gehäuse (108) angeordnet ist und einen Filterkörper (12), eine erste an einer Stirnseite (15) angeordnete offene Endscheibe (16) und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite (17) angeordnete Endscheibe (18) umfasst, – ein gehäusefestes Stützrohr (14), welches im Inneren des Filterelements (10) um die Längsachse (L) konzentrisch angeordnet ist, insbesondere zur radialen Abstützung des Filterkörpers (12), wobei das Filterelement (10) mit der zweiten Endscheibe (18) auf dem Stützrohr (14) aufliegend an einer inneren Deckelkontur (114) anliegend verdrehsicher gelagert ist.
Filtersystem (100), insbesondere nach Anspruch 1, mit einem Filterelement (10) nach einem der vorhergehenden Filterelement-Ansprüche, umfassend – ein Gehäuse (108), welches im Wesentlichen konzentrisch um eine Längsachse (L) aufgebaut ist, – einen das Gehäuse (108) verschließenden Deckel (110), der ebenfalls konzentrisch um die Längsachse (L) aufgebaut ist, – einen am Gehäuse (108) und/oder Deckel (110) angeordneten Einlass (102) zum Zuführen des zu filternden Mediums, insbesondere Luft, wobei am Gehäuse (108) konzentrisch zur Längsachse (L) ein Auslass (104) zur Ableitung des gefiltertem Mediums vorgesehen ist, wobei am Gehäuse (108) im Bereich des Auslasses (104) eine Dichtungskontur (116) vorgesehen ist, die mit einer radialen Dichtung (26) der ersten Endscheibe (16) des Filterelements (10) korrespondiert, wobei das Filterelement (10) auswechselbar in dem Gehäuse (108) des Filtersystems (100) angeordnet ist.
Filtersystem (100), insbesondere nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der vorhergehenden Filtersystem-Ansprüche, mit einem Filterelement (10) nach einem der vorhergehenden Filterelement-Ansprüche, umfassend – ein Gehäuse (108), welches im Wesentlichen konzentrisch um eine Längsachse (L) aufgebaut ist, – einen das Gehäuse (108) verschließenden Deckel (110), der ebenfalls konzentrisch um die Längsachse (L) aufgebaut ist, – einen am Gehäuse (108) und/oder Deckel (110) angeordneten Einlass (102) zum Zuführen des zu filternden Mediums, insbesondere Luft, – eine Zarge oder einen in Richtung des Gehäuseinnenraums eingezogenen Wandabschnitts am Deckel (110) oder am Gehäuse (108), an welcher die Abdichtstruktur (24) des Filterelements (10) so anliegt, dass der axial zwischen Endscheibe (18) und Deckel (110) oder Gehäuse (108) gebildete Volumenbereich (119) vom durchströmten Bereich des Gehäuses, der den Filterkörper (12) ringförmig umgibt, getrennt ist.
Filtersystem (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – ein Gehäuse (108) mit Gehäusewand (112) und wenigstens einem Deckel (110), – einen am Gehäuse (108) angeordneten Einlassstutzen (102) zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, – einen am Gehäuse (108) angeordneten Auslassstutzen (104) zur Ableitung des gefilterten Fluids, – ein im Inneren (10) des Gehäuses (108) angeordnetes Stützrohr (12) zur Aufnahme eines Filterelements, wobei das Stützrohr (12) sich entlang einer Gehäuseachse (L) erstreckt und über eine Rastverbindung (14) an einer Aufnahmeseite (16) mit dem Gehäuse (108) verbunden ist.
Filtersystem (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – ein Gehäuse (108) mit Gehäusewand (112) und wenigstens einem Deckel (110), – einen am Gehäuse (108) angeordneten Einlassstutzen (102) zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, – einen am Gehäuse (108) angeordneten Auslassstutzen (104) zur Ableitung des gefilterten Fluids, – ein im Inneren (10) des Gehäuses (108) angeordnetes Stützrohr (12) zur Aufnahme eines Filterelements, wobei das Stützrohr (12) sich entlang einer Gehäuseachse (L) erstreckt und mit dem Gehäuse (108) verbunden ist, wobei im Inneren (34) des Stützrohres (12) ein Sekundärelement (36) angeordnet ist und wobei das Sekundärelement (36) sich entlang der Gehäuseachse (L) erstreckt und über eine Rastverbindung (38) mit dem Stützrohr (12) und/oder Gehäuse (108) verbindbar ist.
Filterelement (10) zum Einbau in ein Filtersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (10) auswechselbar in dem Gehäuse (108) des Filtersystems (100) anordenbar ist und einen Filterkörper (12), eine erste an einer Stirnseite (15) angeordnete offene Endscheibe (16) und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite (17) angeordnete, geschlossene Endscheibe (18) umfasst, wobei das Filterelement (10) an der zweiten Endscheibe (18) auf der in Richtung der offenen Endscheibe (16) gewandten Innenseite der zweiten Endscheibe (18) eine Anlagefläche zur Anlage an einem gehäuseseitigen Stützrohr (14) und/oder einem Sekundärelement (28) und auf der Außenseite der zweiten Endscheibe (18) eine Abstützstruktur zur verdrehsicheren Abstützung an einer inneren Deckelkontur (114) aufweist.
Filterelement (10), insbesondere nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend einen Filterkörper (12) mit einer Längsachse (L), dessen innere und äußere Mantelfläche (22) für ein zu filterndes Medium, insbesondere Luft, durchlässig ist, eine erste an einer Stirnseite (15) angeordnete offene oder geschlossene Endscheibe (16) und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite (17) angeordnete Endscheibe (18), wobei die äußere Mantelfläche (22) des Filterkörpers (12) zumindest einen fluiddichten Bereich (60) aufweist, der für das zu filternde Medium undurchlässig ist.
Filterelement (10), insbesonder nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Filterkörper (12) mit einer Längsachse (L), eine erste an einer Stirnseite (15) angeordnete, offene Endscheibe (16) und eine zweite an der gegenüberliegenden Stirnseite (17) angeordnete, geschlossene Endscheibe (18), wobei die zweite Endscheibe (18) eine Abdichtstruktur (24) aufweist, wodurch beim Einbau des Filterelements (10) in ein Gehäuse ein Bereich (119) zwischen der zweiten Endscheibe (18) und einem Deckel (110) des Gehäuses (108) zu einem Innenbereich (118) des Gehäuses (108) abdichtbar ist.
Sekundärfilterelement (28) zum Einbau in ein Filtersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sekundärfilterelement (28) auswechselbar in dem Gehäuse (108) des Filtersystems (100) anordenbar ist.
Sekundärelement (36, insbesondere nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sekundärelement (36) sich entlang der Gehäuseachse (L) erstreckt und einen gitterohrförmigen Stützköper 60 sowie ein den Stützkörper 60 ringförmig umschließendes Filtermedium mit in einem Nahtbereich 61 miteinander verbundenen Endkanten.
Verfahren zur Verbesserung der Vorabscheideleistung eines Filtersystems, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, das Filtersystem umfassend ein zylinderförmiges Gehäuse mit einem Deckel und ein zylindrisches, ringförmig geschlossenes Filterelement mit zwei Endscheiben, insbesondere nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei welchem das einströmende Fluid insbesondere durch eine exzentrische, tangentiale Einströmung in einem ringförmigen Strömungsbereich zwischen Gehäusewand und Filterelement in Rotation versetzt wird und der Raum, in welchem das Fluid rotieren kann, durch eine an einer Endscheibe des Filterelements ausgebildete Abdichtstruktur, die an eine Zarge oder einem in Richtung des Gehäuseinnenraums eingezogenen Wandabschnitts am Deckel oder am Gehäuse anliegt, von einem Volumenbereich (119) getrennt wird, welcher axial zwischen der Endscheibe mit daran ausgebildeter Abdichtstruktur und dem Gehäuse oder den Deckel gebildet ist.