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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinheit für eine Luftfiltereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 20 2005 020 099 U1 wird ein Luftfilter für ein Kraftfahrzeug zur Filtration der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft beschrieben. Das Filterelement des Luftfilters ist hohlzylindrisch ausgeführt und wird radial von außen nach innen von der zu reinigenden Verbrennungsluft durchströmt. An den Stirnseiten des hohlzylindrischen Filterelementes befinden sich Endscheiben, wobei in eine der Endscheiben eine Abströmöffnung eingebracht ist, über die die Reinluft aus dem Inneren des hohlzylindrischen Filterelementes axial abströmen kann. Das Filterelement ist in einem Filtergehäuse aufgenommen, über das die Strömungsführung mit der Zufuhr der ungereinigten und der Ableitung der gereinigten Verbrennungsluft erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinheit mit einem ringförmigen Filterelement mit hohem Wirkungsgrad auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Filtereinheit kann in Luftfiltereinrichtungen zur Filtration eines Fluids eingesetzt werden. Bei der Filtereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Luftfilter, über den die Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine zu reinigen ist. In Betracht kommen aber auch sonstige Anwendungen zur Filtration gasförmiger Fluide.
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Die Filtereinheit umfasst ein Filterelement, das ringförmig bzw. hohlzylindrisch aufgebaut ist und radial von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Die Durchströmung erfolgt insbesondere radial von außen nach innen, so dass die äußere Mantelfläche die Rohseite bildet und der innen liegende Innenraum im Filterelement die Reinseite, über die das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
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Das Filterelement weist an seinen beiden gegenüberliegenden axialen Stirnseiten jeweils eine Endscheibe auf. In eine der Endscheiben ist eine Abströmöffnung eingebracht, über die das Fluid aus dem Innenraum im Filterelement axial abströmen kann. Die zweite, gegenüberliegende Endscheibe ist Träger eines Zusatzfilterelementes, welches von dem Fluid axial durchströmt wird, wobei die Achsrichtung mit der Längsachse des Filterelementes zusammenfällt. Das Filterelement und das Zusatzfilterelement werden parallel zueinander durchströmt, d. h. durch die beiden Elemente wird jeweils ein Teilstrom geführt.
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Das Zusatzfilterelement erhöht insgesamt die Filterfläche in der Filtereinheit, wobei sich die Gesamtfilterfläche aus der Anströmfläche des ringförmigen Filterelementes sowie der Anströmfläche des Zusatzfilterelementes an der Endscheibe zusammensetzt. Die Anströmung der Filtereinheit erfolgt im Unterschied zur Ausführung aus dem Stand der Technik nicht nur über die radiale Außenseite des Filterelementes, sondern zusätzlich axial über die Außenseite des Zusatzfilterelementes. Das ringförmige Filterelement bildet das Hauptfilterelement, über das üblicherweise der größere Teil des Fluidstroms geleitet wird, das Zusatzfilterelement kann jedoch den zu reinigenden Fluidstrom im Vergleich zu Ausführungen aus dem Stand der Technik erhöhen. Insgesamt wird hierdurch bei zumindest annähernd gleichen Abmessungen ein erhöhter Durchsatz und eine erhöhte Leistungsfähigkeit der Filtereinheit erreicht.
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Die Durchströmung des Zusatzfilterelementes erfolgt aufgrund der Position des Zusatzfilterelementes an der Endscheibe in Achsrichtung und somit orthogonal zur Durchströmungsrichtung des ringförmigen Filterelementes. Da der Innenraum in der Filtereinheit radial von dem ringförmigen Filterelement und axial von dem Zusatzfilterelement begrenzt ist, vereinigen sich die gereinigten Teilfluidströme im Innenraum und werden gemeinsam aus diesem über die Abströmöffnung in der weiteren Endscheibe abgeleitet. Eine separate, reinseitige Strömungsführung für die Teilfluidströme durch das ringförmige Filterelement und das Zusatzfilterelement ist nicht erforderlich.
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Das Zusatzfilterelement weist vorteilhaft den gleichen Strömungswiderstand wie das ringförmige Filterelement auf. Gegebenenfalls kommen aber auch Filterelemente mit einem unterschiedlichen Strömungswiderstand in Betracht.
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Das ringförmige Filterelement und das Zusatzfilterelement können aus dem gleichen Filtermaterial bestehen, beispielsweise aus Papier oder Vlies, wobei auch eine unterschiedliche Materialwahl für diese Filterelemente in Betracht kommt.
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Auch im Hinblick auf den geometrischen Aufbau können sich das ringförmige Filterelement und das Zusatzfilterelement gleichen. Es ist beispielsweise möglich, dass sowohl das ringförmige Filterelement als auch das Zusatzfilterelement als Faltenfilter oder beide als blockförmige Filter ausgebildet sind. Gleichwohl kommt auch im Hinblick auf den Aufbau der Filterelemente eine unterschiedliche Ausführung in Betracht. So kann beispielsweise das ringförmige Filterelement als blockförmiger Filter und das Zusatzfilterelement als Faltenfilter oder umgekehrt ausgeführt sein. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist das Zusatzfilterelement in eine Ausnehmung in der Endscheibe eingesetzt und dort insbesondere unverlierbar an der Endscheibe gehalten, beispielsweise durch Umspritzen des Zusatzfilterelementes mit dem Kunststoffmedium der als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführten Endscheibe. In Betracht kommt aber auch ein Verbinden des Zusatzfilterelementes mit der Endscheibe auf mechanischem Wege, beispielsweise durch Anclipsen, oder eine formschlüssige Verbindung oder auf stoffschlüssige Weise, beispielsweise durch Verschweißen oder Ankleben.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Zusatzfilterelement in der Weise an der Endscheibe gehalten und in die Ausnehmung eingesetzt, dass das Zusatzfilterelement im montierten Zustand nicht in den Innenraum im ringförmigen Filterelement einragt. Das Zusatzfilterelement befindet sich somit vollständig außerhalb des Innenraums und beeinflusst dadurch die Strömungsverhältnisse im Innenraum nicht.
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Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der das Zusatzfilterelement zumindest teilweise in den Innenraum einragt, so dass ein Teil des Zusatzfilterelementes im Innenraum liegt und ein Teil außerhalb. Beispielsweise kann das Zusatzfilterelement über seine halbe Höhe in den Innenraum des ringförmigen Filterelementes einragen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Bauraum in Achsrichtung für die Filtereinheit reduziert ist.
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Die Filtereinheit kann flach bauend ausgeführt werden, insbesondere bei einer geringen axialen Höhe des ringförmigen Filterelements und einer Ausführung des Zusatzfilterelements als plattenförmiger Flachfilter. Dies erlaubt das Einsetzen der Filtereinheit in ein entsprechend flach ausgeführtes Filtergehäuse, das bei reduzierter Bauhöhe beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Zusatzfilterelement in Bezug auf das ringförmige Filterelement so dimensioniert, dass sich das Zusatzfilterelement innerhalb des Innenradius des ringförmigen Filterelementes befindet. Hierdurch ist sichergestellt, dass in Radialrichtung keine Überlappung zwischen dem Zusatzfilterelement und dem ringförmigen Filterelement erfolgt und die gesamte Filterfläche des Zusatzfilterelementes für die Fluidfiltration genutzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind an der Endscheibe senkrecht überstehende Wandungen angeformt, welche die Stirnseiten des Zusatzfilterelementes abdecken. Beispielsweise können bei einer Ausführung des Zusatzfilterelementes als Faltenfilter die gegenüberliegenden Stirnkanten des Zusatzfilterelementes von je einer Wandung abgedeckt sein, die einteilig mit der Endscheibe ausgeführt sind. Hierdurch werden Fehlströme bei der Durchströmung des Zusatzfilterelementes vermieden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist genau ein Zusatzfilterelement an einer Endscheibe des Filterelementes angeordnet. Möglich ist aber auch eine Ausführung mit einem mehrteiligen Zusatzfilterelement bzw. zwei oder mehreren Zusatzfilterelementen an der Endscheibe, die nebeneinanderliegend angeordnet sind. Die verschiedenen Zusatzfilterelemente können gleichartig oder auch unterschiedlich ausgeführt sein, beispielsweise eine unterschiedliche Höhe aufweisen, wodurch eine verbesserte Anpassung an verschiedene Einbausituationen möglich ist. Die verschiedenen Zusatzfilterelemente können unmittelbar aneinandergrenzen oder von einem Steg oder dergleichen separiert sein, der an der Endscheibe angeordnet ist.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Zusatzfilterelement mit einer chemisch aktiven Beschichtung versehen, beispielsweise mit einem Kohlen-Wasserstoff-(HC-)Adsorber. Über die chemisch aktive Beschichtung kann Einfluss auf die Zusammensetzung des durchströmenden Fluids genommen werden. Soweit die chemisch aktive Beschichtung als HC-Adsorber ausgeführt ist, werden hierbei Kohlenwasserstoffe aus der durchströmenden Luft absorbiert. Die chemisch aktive Beschichtung kann auf die Oberfläche des Zusatzfilterelementes aufgebracht sein, beispielsweise durch Auflaminieren oder Aufkleben. Vorteilhaft hierbei ist es, dass ohne konstruktive Änderung des Zusatzfilterelementes eine Zusatzfunktion durch das Aufbringen der chemisch aktiven Beschichtung erreicht werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt längs durch eine Filtereinheit mit einem ringförmigen Filterelement, das stirnseitig von Endscheiben eingefasst ist, wobei eine Endscheibe eine Abströmöffnung aufweist und die gegenüberliegende Endscheibe Träger eines Zusatzfilterelementes ist,
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2 die Filtereinheit in perspektivischer Ansicht,
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3 die Filtereinheit in einem weiteren Schnitt,
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4 eine perspektivische Darstellung einer Filtereinrichtung zur Aufnahme einer Filtereinheit gemäß den 1 bis 3,
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5 einen Schnitt durch die Filtereinrichtung gemäß 4,
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6 einen Schnitt durch eine Filtereinheit in einer modifizierten Ausführung, bei der das Zusatzfilterelement außerhalb des von dem ringförmigen Filterelement begrenzten Innenraums liegt,
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7 eine perspektivische Ansicht der Filtereinheit gemäß 6,
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8 einen weiteren Schnitt durch die Filtereinheit gemäß den 6 bzw. 7.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Filtereinheit 1 dargestellt, die Bestandteil eines Luftfilters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug ist. Die Filtereinheit 1 umfasst ein Filterelement 2, das ringförmig aufgebaut ist und einen Innenraum 9 umschließt und an den beiden axialen Stirnseiten mit jeweils einer Endscheibe 3 bzw. 4 versehen ist. Die Längsachse des Filterelementes 2 ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
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In eine Endscheibe 3 ist ein Abströmstutzen 5 mit einer Abströmöffnung 6 eingebracht, über die das Fluid aus dem Innenraum 9 abgeleitet werden kann. Die zweite Endscheibe 4 weist eine Ausnehmung 7 auf, in die ein Zusatzfilterelement 8 eingesetzt ist.
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Die Anströmung der Filtereinheit 1 mit dem zu filtrierenden Fluid erfolgt, wie mit den Pfeilen dargestellt, zum einen radial – bezogen auf die Längsachse 10 – durch das ringförmige Filterelement 2 und zum anderen axial durch das Zusatzfilterelement 8. Die Außenflächen des Filterelementes 2 sowie des Zusatzfilterelementes 8 bilden somit die Rohseite. Der Innenraum 9 grenzt an die Reinseiten von Filterelement 2 und Zusatzfilterelement 8 an, im Innenraum 9 sammelt sich das gereinigte Fluid, welches sowohl das Filterelement 2 als auch das Zusatzfilterelement 8 durchströmt hat. Über die Abströmöffnung 6 im Abströmstutzen 5 erfolgt die axiale Ableitung des gereinigten Fluids aus der Filtereinheit 1.
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Wie der perspektivischen Ansicht der Filtereinheit 1 gemäß 2 zu entnehmen, ist die Filtereinheit 1 bzw. die Filtereinheit 2 länglich ausgebildet und weist nur eine verhältnismäßig geringe Höhe auf; dementsprechend baut die Filtereinheit 1 flach. Bei 1 handelt es sich um einen Schnitt längs durch die Filtereinheit 1, bei 3 um einen Schnitt in Querrichtung durch die Filtereinheit 1. Die Länge der Filtereinheit 1 ist um mindestens 50% größer als die Breite. Die axiale Höhe der Filtereinheit 1 beträgt nur einen Bruchteil der Länge und auch der Breite.
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Die Ausnehmung 7 in der Endscheibe, in die das Zusatzfilterelement 8 eingesetzt ist, weist einen radialen Abstand zur Innen- bzw. Reinseite des Filterelementes 2 auf. Das in die Ausnehmung 7 eingesetzte Zusatzfilterelement 8 kann somit über seine gesamte Anströmfläche von dem zu reinigenden Fluid durchströmt werden.
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Das Zusatzfilterelement 8 ist in der Weise in der Ausnehmung 7 in der Endscheibe 4 aufgenommen, dass ein Teil des Zusatzfilterelementes 8 in den Innenraum 9 einragt. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 liegt das Zusatzfilterelement 8 mittig in der Ausnehmung 7 in der Endscheibe 4, so dass das Zusatzfilterelement 8 etwa mit seiner halben Höhe in den Innenraum 9 einragt.
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Das Filterelement 2 ist als blockförmiges Filtermittel ausgeführt, wohingegen das Zusatzfilterelement 8 als Faltenfilter ausgebildet ist. Die Stirnkanten der Falten des Zusatzfilterelementes 8 sind, wie den 2 und 3 zu entnehmen ist, von Wandungen 11 und 12 abgedeckt, die einteilig mit der Endscheibe 4 ausgeführt sind.
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Das Zusatzfilterelement 8 kann zweiteilig ausgeführt sein und zwei Teile 8a und 8b aufweisen, zwischen denen ein Steg 13 liegt, der sich zwischen den Wandungen 11 und 12 an der Endscheibe 4 erstreckt. Der Steg 13 hat eine stabilisierende bzw. tragende Funktion. Die Teile 8a und 8b des Zusatzfilterelementes 8 können mit den Wandungen 11 und 12 und mit dem Steg 13 verbunden sein, beispielsweise von dem Material der Wandungen bzw. des Stegs umspritzt oder durch Kleben verbunden sein. Der Steg 13 verläuft, wie 3 zu entnehmen, axial außerhalb der Endscheibe 4.
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In den 4 und 5 ist eine Filtereinrichtung 14 mit einem Filtergehäuse 15 zur Aufnahme der Filtereinheit 1 dargestellt. In das Filtergehäuse 15 ist ein seitlicher Einströmstutzen 16 eingebracht, in einen Deckel 17 des Filtergehäuses 15 ein Abströmstutzen 18, in den von innen der Abströmstutzen 5 an der Endscheibe 3 des Filterelementes 2 eingesteckt wird.
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In den 6 bis 8 ist eine Filtereinheit 1 in einer Ausführungsvariante dargestellt, die den gleichen Grundaufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 aufweist. Unterschiedlich ist jedoch die Anordnung des Zusatzfilterelementes 8 in der Ausnehmung 7 an der Endscheibe 4. Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 6 bis 8 ragt das Zusatzfilterelement 8 nicht in den Innenraum 9 ein, welcher von dem ringförmigen Filterelement 2 begrenzt wird. Vielmehr befindet sich das Zusatzfilterelement 8 axial vollständig außerhalb des Innenraums 9 und erstreckt sich nur zu einer Seite der Endscheibe 4. Hierdurch ist zwar der axiale Bauraum im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel etwas erhöht, zugleich werden aber die Strömungsverhältnisse in dem Innenraum 9 nicht durch das Zusatzfilterelement 8 beeinflusst.
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Aufgrund der außen liegenden Anordnung des Zusatzfilterelementes 8 ist der Steg 13 zwischen den beiden Teilen 8a, 8b des Zusatzfilterelementes axial außerhalb des Innenraums 9 angeordnet (8).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005020099 U1 [0002]
