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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere zur Gasfiltration, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 328 718 B1 ist ein Luftfilter für eine Brennkraftmaschine bekannt, der ein hohlzylindrisches Filterelement mit einem Filtermediumkörper aufweist, welcher radial von außen nach innen von der zu reinigenden Luft durchströmt wird, wobei der Innenraum im Filtermediumkörper die Reinseite bildet, aus der die gereinigte Luft axial abgeleitet wird. Der Filtermediumkörper des Filterelementes weist an seinen beiden gegenüberliegenden axialen Stirnseiten jeweils eine Endscheibe auf, zusätzlich ist an einer der Endscheiben ein Gehäusedeckel fest mit dem Filterelement verbunden, der im montierten Zustand auf ein Filtergrundgehäuse aufsetzbar ist. In den Deckel ist ein Strömungsstutzen eingebracht, der mit einer Öffnung in der Endscheibe fluchtet und über den das gereinigte Fluid ableitbar ist.
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Auch in der
FR 2 255 933 A wird ein Luftfilter beschrieben, dessen Filterelement hohlzylindrisch ausgebildet ist und an beiden gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils mit einer Endscheibe versehen ist. Eine der Endscheiben, die jeweils fest mit dem Filtermediumkörper des Filterelementes verbunden sind, bildet einen Gehäusedeckel und kann auf ein Grundgehäuse aufgesetzt werden. Einteilig mit dem Gehäusedeckel ist ein gekrümmter Abströmstutzen ausgebildet, über den die gereinigte Luft abzuleiten ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Filterelement mit einem gekrümmten, einen Strömungsraum zumindest teilweise umschließenden Filtermediumkörper mit einfachen konstruktiven Maßnahmen mit hoher Filtrationsleistung 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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Das Filterelement wird zur Filtration vorzugsweise gasförmiger Fluide eingesetzt, insbesondere zur Luftfiltration, beispielsweise für einen Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine oder für die Filtration der einem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft. Gegebenenfalls kann das Filterelement auch zur Filtration flüssiger Medien eingesetzt werden.
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Das Filterelement weist einen Filtermediumkörper auf, an dem die Filtration stattfindet und der gekrümmt ausgeführt ist und einen Strömungsraum zumindest teilweise umschließt. Der Strömungsraum kann sich an der Reinseite oder der Rohseite des Filtermediumkörpers befinden. Der gekrümmte Abschnitt des Filtermediumkörpers grenzt an den Strömungsraum an, so dass der Strömungsraum eine entsprechend gekrümmte Außenkontur aufweist.
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Der Filtermediumkörper ist an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils mit einer Endscheibe versehen, die mit dem Filtermediumkörper verbunden sind. Die Durchströmung des Filtermediumkörpers mit dem zu reinigenden Fluid erfolgt in Radialrichtung zur Krümmung zwischen Roh- und Reinseite, wobei die Radialrichtung vorzugsweise zu der Ebene einer Endscheibe parallel verläuft.
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Eine der Endscheiben bildet einen Gehäusedeckel und ist auf ein Grundgehäuse eines Filtergehäuses aufsetzbar, welches Bestandteil einer Filtereinrichtung ist, zu der auch das Filterelement gehört. Dieser Endscheibe kommt somit eine doppelte Funktion zu: Zum einen dichtet die Endscheibe den Filtermediumkörper ab, wodurch Fehlluftströme zwischen Roh- und Reinseite des Filterelementes verhindert werden. Zum andern ist die Endscheibe zugleich als Gehäusedeckel ausgebildet und bildet somit ein Gehäusebauteil, wodurch insgesamt ein Bauteil der Filtereinrichtung eingespart werden kann. Außerdem wird die Montage des Filterelementes in das Filtergehäuse vereinfacht, indem lediglich das Filterelement einschließlich dem einteilig ausgebildeten Gehäusedeckel in ein Grundgehäuse eingesetzt wird. Der Gehäusedeckel wird auf den Randbereich des Grundgehäuses aufgesetzt und ggf. mit diesem verbunden.
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Der Filtermediumkörper weist eine nicht-runde Querschnittsform auf und ermöglicht dadurch zum einen eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Einbausituationen mit besserer Ausnutzung des vorhandenen Bauraums und zum andern eine größere Anström- und Abströmfläche, so dass eine höhere Filtrationsleistung gegeben ist. Es sind beispielsweise Filtermediumkörper mit einer langgestreckten Querschnittsform möglich, die zumindest abschnittsweise gekrümmt ist. Es kommen z. B. ovale Querschnittsformen in Betracht oder zwei halbkreisförmige Abschnitte, welche über geradlinige Abschnitte miteinander verbunden sind. Allgemein sind sowohl Querschnittsformen möglich, bei denen der Filtermediumkörper in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet ist und somit den Strömungsraum in Umfangsrichtung vollständig umschließt, als auch teilweise offene Querschnittsformen, beispielsweise eine U-förmige Querschnittsform. Der Strömungsraum liegt im Inneren des Filtermediumkörpers und wird bei umlaufend ausgebildetem Filtermediumkörper vollständig von diesem umschlossen und bei teilweise offenem Filtermediumkörper entsprechend nur teilweise umschlossen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist in die den Gehäusedeckel bildende Endscheibe eine Strömungsöffnung eingebracht, welche mit dem zumindest teilweise umschlossenen Strömungsraum in Strömungsverbindung steht. Über die Strömungsöffnung im Gehäusedeckel erfolgt eine Abströmung oder ggf. eine Zuströmung von Fluid aus bzw. in den Strömungsraum.
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Es kann ggf. zweckmäßig sein, in die Endscheibe mindestens eine zweite Strömungsöffnung einzubringen, die beispielsweise einen Anschluss für Sekundärluft bildet, um ein weiteres Aggregat mit gereinigter Luft zu versorgen. Die zweite Strömungsöffnung kann ggf. einen kleineren Querschnitt als die erste Strömungsöffnung aufweisen, was insbesondere für den Fall vorteilhaft ist, dass der Fluidstrom über die zweite Strömungsöffnung kleiner ist als der Fluidstrom über die erste Strömungsöffnung im Gehäusedeckel.
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Gemäß noch einer vorteilhaften Ausführung ist der Filtermediumkörper nach Art eines Flachfilters mit einer axialen Erstreckung zwischen seinen beiden Endscheiben ausgeführt, die kleiner ist als die radiale Erstreckung zwischen den Außenseiten des Filtermediumkörpers. Der Filtermediumkörper weist somit in Achsrichtung eine verhältnismäßig geringe Erstreckung auf, in Radialrichtung zwischen seinen Außenseiten dagegen eine verhältnismäßig große Erstreckung. Auf Grund dieser flachen Ausführung kann das Filterelement in entsprechend flache Aufnahmeräume in einem Filtergehäuse eingesetzt werden. Die verhältnismäßig große Erstreckung in Radialrichtung gewährleistet trotz der geringen axialen Höhe eine große Filterfläche mit einer entsprechend hohen Filtrationsleistung.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die den Gehäusedeckel bildende Endscheibe zumindest bereichsweise schräg gestellt und schließt mit der Radialrichtung einen Winkel ein, der beispielsweise maximal 30° beträgt, z. B. 15° oder 20°, wobei ggf. auch größere Winkel in Betracht kommen. Hierbei ist es zweckmäßig, dass nur der Bereich der Endscheibe schräg gestellt ist, der unmittelbar mit dem vom Filtermediumkörper umschlossenen, innenliegenden Strömungsraum in Kontakt steht, wohingegen die Abdichtfläche der Endscheibe, die direkt auf der Stirnseite des Filtermediumkörpers aufliegt, in einer Radialebene bzw. orthogonal zur Längsachse liegt. Die Schrägstellung des mittleren, unmittelbar am Strömungsraum liegenden Abschnittes der Endscheibe hat den Vorteil, dass bei einer Anordnung der Strömungsöffnung seitlich an dem schräg gestellten Deckelabschnitt über die Schräge eine Unterstützung bei der Strömungsführung zwischen dem Strömungsraum und der Strömungsöffnung erfolgt. Die Schräge erlaubt eine Umlenkung der Strömung zwischen der Längsachse im Strömungsraum und der quer verlaufenden Achse der seitlich angeordneten Strömungsöffnung.
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Der schräg gestellte Deckelabschnitt ist insbesondere eben ausgebildet. Alternativ zu einem ebenen, schrägen Deckelabschnitt ist auch eine Ausführung als Krümmer möglich, der in den Gehäusedeckel integriert bzw. Bestandteil der den Gehäusedeckel bildenden Endscheibe ist. Auch bei einer Ausführung als Krümmer ist die Strömungsöffnung seitlich angeordnet und weist die Achse durch die Strömungsöffnung eine sich von der Längsachse unterscheidende Ausrichtung auf.
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Gemäß noch einer zweckmäßigen Ausführung ist die den Gehäusedeckel bildende Endscheibe zumindest zweiteilig ausgebildet und weist zum einen eine Abdichtfläche auf, die unmittelbar an der Stirnkontur des Filtermediumkörpers anliegt und diese abdichtet, und zum anderen einen Deckelabschnitt, an dessen Unterseite die Abdichtfläche angeordnet ist, wobei der Deckelabschnitt und die Abdichtfläche über Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Der Deckelabschnitt ist insbesondere Träger der Strömungsöffnung. Es kann zweckmäßig sein, den Deckelabschnitt und die Abdichtfläche einteilig miteinander auszubilden, insbesondere als Spritzguss-Kunststoffbauteil. Die Ausführung mit Abdichtfläche und Deckelabschnitt hat den Vorteil, dass die Verbindung zwischen der Abdichtfläche und der Stirnkontur des Filtermediumkörpers mittels eines Aufschmelzens der Abdichtfläche durchgeführt werden kann, ohne dass der Schmelzvorgang den Deckelabschnitt schädigt.
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Der Filtermediumkörper kann als Filterbalg mit einer Vielzahl von Falten ausgeführt sein, welche von dem Fluid durchströmt werden.
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Der Gehäusedeckel kann eine vom Filtermediumkörper abweichende Querschnittsgeometrie aufweisen. Beispielsweise besitzt der Gehäusedeckel eine an das Grundgehäuse angepasste Rechteckform, wohingegen der Filtermediumkörper mindestens eine Krümmung besitzt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht ein Filterelement mit einem Filtermediumkörper, der aus zwei halbkreisförmigen Filterabschnitten mit geradlinigen, verbindenden Filterabschnitten besteht und an seinen Seitenflächen von jeweils einer Endscheibe abgedeckt ist, wobei die obere Endscheibe zugleich einen Gehäusedeckel bildet,
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2 einen Schnitt längs durch das Filterelement,
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3 in perspektivischer Ansicht eine Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und dem Filterelement gemäß 1 bzw. 2,
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4 einen Schnitt längs durch die Filtereinrichtung gemäß 3.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Das in den Figuren dargestellte Filterelement 1 umfasst einen Filtermediumkörper 2, der umlaufend geschlossen ausgebildet ist und einen innen liegenden Strömungsraum in Umfangsrichtung umschließt. Der Filtermediumkörper 2 weist zwei gegenüberliegende, halbkreisförmige Abschnitte 2a auf, die über geradlinige Filterabschnitte 2b verbunden sind. Hierdurch erhält der Filtermediumkörper 2 eine nicht-runde Querschnittsform in Form eines langgezogenen Ringes.
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Gegebenenfalls sind die verbindenden Filterabschnitte 2b gekrümmt ausgeführt, insbesondere konvex nach außen, so dass der Filtermediumkörper 2 eine elliptische oder annähernd elliptischer Querschnittsform besitzt.
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Der innen liegende, vom Filtermediumkörper 2 umschlossene Strömungsraum 5 bildet die Reinseite, der Filtermediumkörper wird radial von innen nach außen von dem zu reinigenden Fluid, insbesondere einem gasförmigen Fluid, durchströmt. Dementsprechend bildet die Außenseite des Filtermediumkörpers 3 die Rohseite. Der Strömungsraum 5 grenzt an die gekrümmte, innen liegende Reinseite des Filtermediumkörpers.
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An beiden Seiten- bzw. Stirnflächen ist der Filtermediumkörper 2 mit jeweils einer Endscheibe 3 bzw. 4 versehen, die zum einen die Stirnkontur des Filtermediumkörpers strömungsdicht abdeckt und zum andern auch den innen liegenden Strömungsraum 5 abdeckt. Die untere Endscheibe 4 erstreckt sich parallel zur Radialrichtung und zugleich orthogonal zur Achsrichtung, wobei die axiale Erstreckung zwischen den gegenüberliegenden Stirnkonturen des Filtermediumkörpers bzw. zwischen den Endscheiben 3, 4 erheblich kleiner ist als die radiale Erstreckung zwischen den Außenseiten des Filtermediumkörpers. Dadurch sind der Filtermediumkörper und das Filterelement ähnlich wie ein Flachfilter aufgebaut, jedoch mit dem vom Filtermediumkörper ringsum eingeschlossenen, inneren Strömungsraum 5 zur Aufnahme des gereinigten Fluids.
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Die untere Endscheibe 4 ist geradflächig und durchgehend ausgebildet und weist im Bereich des Strömungsraums 5 keine Strömungsöffnung auf. Die obere Endscheibe 3 ist mit einer Strömungsöffnung 6 versehen, die an einem Strömungsstutzen im Seitenbereich der Endscheibe 3 und des Filterelementes 1 angeordnet ist und in Radialrichtung den Filtermediumkörper 2 überragt. Die obere Endscheibe 3 besitzt einen schräg gestellten Deckelabschnitt 7, der gegenüber einer Radialebene einen Winkel von ca. 10° einnimmt. Der Deckelabschnitt 7 ist nur in dem Bereich schräg gestellt, welcher unmittelbar mit dem innen liegenden Strömungsraum 5 in Kontakt steht, nicht jedoch mit den randseitigen Bereichen in Höhe der Stirnkante des Filtermediumkörpers 2. Der Strömungsstutzen mit der Strömungsöffnung 6 befindet sich im radialen bzw. seitlichen Bereich an der höchsten Stelle des schräg gestellten Deckelabschnittes 7.
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Zusätzlich ist eine zweite Strömungsöffnung 8 in den schräg gestellten Bereich des Deckelabschnittes 7 eingebracht, der an einem nach außen führenden Strömungsstutzen angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche der zweiten Strömungsöffnung kleiner ist als die Querschnittsfläche der ersten Strömungsöffnung 6. Über die zweite Strömungsöffnung 8 kann gereinigte Sekundärluft einem weiteren Aggregat zugeführt werden.
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Auf Grund der Schrägstellung des Deckelabschnittes 7 wird die Reinluft im Strömungsraum 5, welche axial abgeleitet wird, in Richtung der seitlichen Strömungsöffnung 6 umgelenkt.
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Die obere Endscheibe 3 bildet zugleich einen Gehäusedeckel und ragt mit ihrem in der Radialebene liegenden, äußeren umlaufenden Deckelabschnitt 7 radial bzw. seitlich über den Filtermediumkörper 2 hinaus. Dies ermöglicht es, dass der Gehäusedeckel 3 auf ein Grundgehäuse der Filtereinrichtung aufsetzbar ist, das einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Filterelements aufweist. Der Gehäusedeckel ist mit einer vom Filtermediumkörper abweichenden Querschnittsgeometrie versehen, er weist Rechteckform auf und ist an die entsprechende Querschnittsgeometrie des aufnehmenden Grundgehäuses angepasst.
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Die obere Endscheibe 3, die den Gehäusedeckel bildet, ist mehrteilig aufgebaut und weist eine Abdichtfläche 9 auf, die unmittelbar auf der Stirnkontur des Filtermediumkörpers 2 aufliegt und diese abdichtet. Zusätzlich weist die Endscheibe 3 den Deckelabschnitt 7 auf, an dessen Unterseite die umlaufende Abdichtläche 9 über zapfenförmige Verbindungselemente gehalten ist. Die Abdichtfläche 9, die Verbindungselemente und das Deckelelement 7 sind vorzugsweise als einteiliges Kunststoffbauteil ausgebildet. Indem die Abdichtfläche 9 lediglich über einzelne, punktförmige Verbindungselemente mit dem Deckelabschnitt 7 verbunden ist, kann die Abdichtfläche 9 für die strömungsdichte Verbindung mit der Stirnkontur des Filtermediumkörpers ohne Gefahr einer Schädigung des Deckelabschnitts 7 angeschmolzen werden.
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In den 3 und 4 ist eine Filtereinrichtung 10 dargestellt, deren Filtergehäuse ein Grundgehäuse 11 umfasst, in das das Filterelement 1 nach den 1 und 2 einsetzbar ist. Das Grundgehäuse 11 weist im Seitenbereich eine Einströmöffnung 12 für die Zufuhr von Rohluft auf. Die Querschnittsgeometrie des Grundgehäuses 11 ist rechteckförmig, die Querschnittsgeometrie des Deckels 3, der Bestandteil des Filterelementes 2 ist, ist an die Querschnittsgeometrie des Grundgehäuses angepasst. Die Außenkontur des Deckels 3 weist einen umgebogenen, nach unten gerichteten Rand auf, der im montierten Zustand die freie Stirnseite des Grundgehäuses 11 übergreift.
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Die axiale Höhe des Aufnahmeraums im Grundgehäuse 11, in welchem das Filterelement 1 aufgenommen ist, ist größer als die axiale Höhe des Filtermediumkörpers 2, so dass das Filterelement 1 im montierten Zustand frei im Grundgehäuse 11 hängt und die untere Endscheibe 4 auf Abstand zum Boden des Grundgehäuses 11 angeordnet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sich keine Vibrationen vom Boden des Grundgehäuses 11 auf das Filterelement 1 auswirken können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1328718 B1 [0002]
- FR 2255933 A [0003]
