DE102015207029A1

DE102015207029A1 - Filtervorrichtung sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102015207029A1
Application number: DE102015207029.8A
Authority: DE
Inventors: Jose Luis Arias Arias; Felipe Ramajo Araez; Juan Luis Hernandez Carabias
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-20
Also published as: FR3035006A1; ITUA20162616A1; FR3035006B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, umfassend ein Gehäuse (5), welches eine Durchlassöffnung (2) umschließt, ein erstes Filterelement (3), welches die Durchlassöffnung (2) von einer ersten Außenseite (11) des Gehäuses, überdeckt, und eine Fixierverbindung (8) zwischen dem ersten Filterelement (3) und dem Gehäuse (5), wobei die Fixierverbindung (8) von einem ersten Fixierbereich (6) des Gehäuses (5) aufgeschmolzenes Gehäusematerial umfasst, welches in Zwischenräume im Filtermaterial eingeschmolzen ist, um das erste Filterelement (3) am Gehäuse (5) zu fixieren.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere für automotive Anwendungen, z.B. ein DENOX-Filter oder einen Kraftstofffilter, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Filtervorrichtung.
Filtervorrichtungen werden im Stand der Technik zum Filtern von gasförmigen und/flüssigen Medien, z.B. Abgasen, Kraftstoffe, Öl usw., verwendet. Üblicherweise ist hierbei ein aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse vorgesehen, welches ein Filterelement aufnimmt. Das Filterelement wird dabei im Gehäuse mittels verschiedener Techniken, bspw. Kleben, Angießen, mittels Laser- oder Infrarotstrahlen oder dergleichen fixiert. Hierbei treten insbesondere bei Verwendung von Klebstoffen oder einem Anformen häufig Verunreinigungen auf, welche die Filtervorrichtung zusetzen können. Die Verwendung von Laserstrahlen ist häufig problematisch, da hier hohe Temperaturen auftreten können, welche unerwünschte Löcher in die Materialien brennen können bzw. das Material selbst entflammen können.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil einer sehr kostengünstigen und schnellen Herstellung auf. Erfindungsgemäß ist dabei ein Gehäuse vorgesehen, wobei das Gehäuse eine Durchlassöffnung umschließt. Ein erstes Filterelement ist derart am Gehäuse angeordnet, dass die Durchlassöffnung von einer ersten Außenseite des Gehäuses, vom ersten Filterelement überdeckt ist. Weiterhin ist eine Fixierverbindung zwischen dem Filterelement und dem Gehäuse vorgesehen, wobei die Fixierverbindung ein von einem Fixierbereich des Gehäuses aufgeschmolzenes Material umfasst. Das aufgeschmolzene Material ist dabei in Zwischenräumen im Filtermaterial eingeschmolzen, um das Filterelement unmittelbar am Gehäuse zu fixieren. Mit anderen Worten wird das Filterelement derart am Gehäuse fixiert, dass das Gehäusematerial aufgeschmolzen wird, welches dann in Zwischenräume innerhalb des Filterelements gelangt und dort aushärtet und somit das Filterelement am Gehäuse fixiert. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme können verschiedene sehr kostengünstige Fertigungsverfahren zur Herstellung der Filtervorrichtung verwendet werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Für eine verbesserte Filterleistung umfasst die Filtervorrichtung ferner bevorzugt ein zweites Filterelement. Das zweite Filterelement überdeckt ebenfalls die Durchlassöffnung des Gehäuses und ist insbesondere benachbart zum ersten Filterelement angeordnet.
Besonders bevorzugt weist das zweite Filterelement eine Durchlässigkeit auf, welche kleiner ist als eine Durchlässigkeit des ersten Filterelements. Dadurch können gröbere Partikel mittels des ersten Filterelements herausgefiltert werden und feinere Partikel durch das zweite Filterelement herausgefiltert werden. Die feineren Partikel sammeln sich dann im Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Filterelement. Vorzugsweise ist eine Durchströmungsrichtung des zu filternden Fluids durch die Filtervorrichtung zuerst durch das erste Filterelement mit größerer Durchlässigkeit und anschließend durch das zweite Filterelement mit geringerer Durchlässigkeit vorgesehen.
Weiter bevorzugt ist zwischen dem ersten und zweiten Filterelement ein Abstandhalter angeordnet. Der Abstandshalter ist dazu da, dass ein vorbestimmter Abstandswert zwischen den beiden Filterelementen vorhanden ist.
Bevorzugt ist ein weiteres Filterelement, insbesondere ein drittes und/oder viertes Filterelement, vorgesehen, welches die Durchlassöffnung an einer zweiten Außenseite des Gehäuses an einem zweiten Fixierbereich des Gehäuses überdeckt. Hierdurch ist zwischen dem ersten und/oder zweiten Filterelement sowie dem dritten und/oder vierten Filterelement ein Zwischenraum vorhanden.
Dadurch ist es auch möglich, das Medium von der ersten Außenseite und der zweiten Außenseite in den Zwischenraum strömt und das gefilterte Medium dann aus dem Zwischenraum über einen Kanal oder dgl. abgeführt wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse umlaufend geschlossen und weist eine Bogenform auf. Vorzugsweise ist dabei eine Durchströmungsrichtung durch das Gehäuse parallel zu einer Mittelachse des Bogens. Das Gehäuse kann jedoch auch jede andere Gestalt einnehmen, insbesondere quaderförmig, wodurch eine Herstellung des Gehäuses mit Filterelementen signifikant vereinfacht wird.
Für eine besonders sichere Fixierung des Filterelements am Gehäuse ist vorzugsweise der Fixierbereich ein nach Innen gerichteter, insbesondere vollständig umlaufender, Vorsprung, an welchem das erste und/oder zweite Filterelement fixiert ist. Dabei ist es möglich, dass an einer ersten Seite des Vorsprungs das erste Filterelement und an einer zweiten Seite des Vorsprungs das zweite Filterelement fixiert ist. Ebenfalls ist es möglich, dass zwei in Durchströmungsrichtung beabstandete Vorsprünge vorgesehen sind, wobei an einem ersten Vorsprung das erste Filterelement und an einem zweiten Vorsprung das zweite Filterelement fixiert ist.
Alternativ erfolgt eine Fixierung des Filterelements an einem Gehäuserand des Gehäuses. Dadurch kann das Filterelement beispielsweise einfach auf den Rand des Gehäuses aufgelegt werden und anschließend fixiert werden.
Weiter bevorzugt ist das Gehäuse aus einem ersten Kunststoff und das Filterelement ist aus einem zweiten Kunststoff mit einem anderen Schmelzpunkt hergestellt. Der Schmelzpunkt des zweiten Kunststoffes des Filterelements ist dabei größer als ein Schmelzpunkt des Gehäuses. Dadurch schmilzt bei Wärmeeintrag zuerst das Gehäuse an, sodass die oben beschriebene Fixierung des Filterelements durch Eindringen von aufgeschmolzenem Gehäusematerial in die Zwischenräume des Filters ermöglicht wird. Vorzugsweise ist ein Unterschied zwischen den Schmelzpunkten der Materialien des Gehäuses und des Filterelements in einem Bereich von 30 K bis 110 K, vorzugsweise 50 K bis 90 K. Alternativ sind das Gehäuse und das Filterelement aus demselben Kunststoff hergestellt.
Das Gehäuse ist vorzugsweise aus HDPE (High Density Polyethylen) hergestellt. Bevorzugt ist das Gehäuse aus HDPE mit einer Schmelztemperatur von 150° und das Filterelement ist vorzugsweise aus Polyamid (PA). Als Polyamid wird besonders bevorzugt PA6 mit einer Schmelztemperatur von 205°C oder PA66 mit einer Schmelztemperatur von 260°C verwendet. Weiter alternativ ist das Filterelement aus Polyoxymethylen (POM), vorzugsweise mit einer Schmelztemperatur von 175°C, hergestellt.
Besonders bevorzugt ist die Fixierverbindung eine Ultraschall-Schweißverbindung. Hierbei ist anzumerken, dass üblicherweise Ultraschall-Schweißverbindungen nur bei Kunststoffen mit gleichem Schmelzpunkt verwendet werden. Erfindungsgemäß wird nun bevorzugt zum ersten Mal eine Ultraschall-Schweißverbindung bei Kunststoffen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten vorgeschlagen. Dies ist daher möglich, da das Filterelement luftgefüllte Zwischenräume aufweist, welche mit dem aufschmelzenden Gehäusematerial gefüllt werden können, sodass eine sichere Fixierung des Filterelements am Gehäuse möglich ist und dadurch der erfindungsgemäße Verbindungsbereich entsteht. Hierbei wird auch für einen Fachmann in überraschender Weise eine stabile Verbindung hergestellt.
Weiter bevorzugt sind das erste Filterelement und/oder das zweite Filterelement ein Flachfilter. Unter einem Flachfilter wird dabei ein Filter verstanden, welcher in einer Ebene liegt. Dabei ist weiter bevorzugt der erste Fixierbereich des Gehäuses vor dem Verbinden mit dem Filterelement in einem Winkel α zu einer Oberfläche des Flachfilters angeordnet. Der Winkel ist vorzugsweise in einem Bereich von 10° bis 70°, bevorzugt 50° bis 70°, und beträgt besonders bevorzugt 60°. Durch das Vorsehen des Winkels wird eine besonders sichere Verbindung zwischen dem Filterelement und dem Gehäuse erreicht.
Vorzugsweise ist der Winkel des ersten Fixierbereichs zur Oberfläche des Flachfilters in einem Bereich von 40° bis 80° und beträgt insbesondere ca. 60°.
Besonders bevorzugt ist die Filtervorrichtung ein DENOX-Filter.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Filtervorrichtung mit einem Gehäuse, welches eine Durchlassöffnung umschließt, sowie wenigstens einem ersten Filterelement, welches die Durchlassöffnung überdeckt. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Anordnens des ersten Filterelements über der Durchlassöffnung derart, dass die Durchlassöffnung vom ersten Filterelement überdeckt ist. Dabei wird das erste Filterelement derart angeordnet, dass ein Randbereich des ersten Filterelements auf einem ersten Fixierbereich des Gehäuses aufliegt. Der Fixierbereich kann ein nach Innen gerichteter Vorsprung am Gehäuse sein oder alternativ auch ein Randbereich des Gehäuses. In einem nächsten Schritt wird dann das erste Filterelement am Fixierbereich des Gehäuses fixiert, wobei der Fixierbereich derart aufgeschmolzen wird, dass das aufgeschmolzene Material des Fixierbereichs in die Zwischenräume im Filtermaterial fließt. Nach dem Erstarren ist dann eine sichere Fixierverbindung zwischen dem ersten Filterelement und dem Gehäuse hergestellt.
Es sei angemerkt, dass das erste Filterelement Poren und/oder andersartige Zwischenräume aufweisen kann.
Für das erfindungsgemäße Verfahren weisen vorzugsweise das erste Filterelement und das Gehäuse einen unterschiedlichen Schmelzpunkt auf. Filterelement und Gehäuse sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Dabei liegt ein Schmelzpunkt des Gehäusematerials unter einem Schmelzpunkt des Filtermaterials. Dadurch kann durch Einbringen von Wärme zuerst das Gehäusematerial aufgeschmolzen werden, sodass das Gehäusematerial in die Zwischenräume im Filterelement eindringen kann. Sobald dies der Fall ist, wird die Wärmequelle entfernt, sodass ein Erstarren des Gehäusematerials erfolgt und somit ein sicherer Fixierbereich hergestellt ist.
Bevorzugt weist die Filtervorrichtung ein zweites Filterelement auf, welches in gleicher Weise wie das erste Filterelement am Gehäuse fixiert wird. Besonders bevorzugt werden das erste und zweite Filterelement dabei gleichzeitig fixiert.
Weiter bevorzugt ist ein drittes und/oder viertes Filterelement vorgesehen, welches die Durchlassöffnung an einer zweiten Außenseite des Gehäuses überdeckt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Fixieren des Filterelements am Gehäuse mittels Ultraschall erfolgt. Erfindungsgemäß wurde überraschend festgestellt, dass bei Verwendung von Kunststoffen für das Gehäuse und das Filterelement, insbesondere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, auch das Ultraschallverfahren möglich ist, um das Filterelement am Gehäuse zu fixieren. Üblicherweise wird ein Ultraschallverfahren nur bei Kunststoffen mit gleichem Schmelzpunkt verwendet. Die Verwendung des Ultraschallverfahrens ermöglicht eine besonders kostengünstige und schnelle Herstellung der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung. Insbesondere bei Verwendung von zwei zueinander benachbarten Filterelementen kann eine zweistufige Filtervorrichtung bereitgestellt werden, welche in einen Schritt herstellbar ist.
Wenn zwei Filterelemente am Gehäuse fixiert werden sollen, ist vorzugsweise zwischen dem ersten und zweiten Filterelement und/oder dem dritten und vierten Filterelement ein Abstandshalter angeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann derart vorgesehen, dass zuerst das erste Filterelement am Gehäuse fixiert wird, anschließend der Abstandshalter eingelegt wird und danach das zweite Filterelement am Gehäuse fixiert wird. Das Fixieren erfolgt vorzugsweise beides Mal mit Ultraschall.
Statt Ultraschall kann zur Fixierung auch ein heißes, plattenartiges Werkzeug verwendet werden, welches auf das am Gehäuse angeordnete Filterelement aufgelegt wird.
Wenn das Fixierverfahren mittels Ultraschall durchgeführt wird, ist vorzugsweise eine ultraschallerzeugende Sonotrode vorgesehen, welche eine zum Filterelement gerichtete Flachseite aufweist. Der erste Fixierbereich des Gehäuses ist vor dem Fixieren dabei in einem Winkel zur Flachseite der Sonotrode angeordnet. Der erste Fixierbereich weist somit vor dem Fixieren die Form einer schiefen Ebene auf. Während des Fixiervorgangs schmilzt dabei zuerst die Spitze der schiefen Ebene und anschließend nach und nach das weitere Material der schiefen Ebene des erste Fixierbereichs des Gehäuses. Dadurch kann eine schonende Erwärmung des ersten Fixierbereichs und ein Anschmelzen des ersten Fixierbereichs nach und nach erhalten werden, so dass Wärmespitzen vermieden werden können und eine sichere und beschädigungsfreie Verbindung des Filterelements mit dem aufgeschmolzenen Material des ersten Fixierbereichs des Gehäuses erreicht wird. Die Spitze der schiefen Ebene ist dabei besonders bevorzugt am inneren Mantelbereich des Gehäuses angeordnet.
Bevorzugt wird das Verfahren dabei derart durchgeführt, dass zuerst die Spitze der schiefen Ebene angeschmolzen wird. Dadurch wird ein zu großer Wärmeeintrag in den ersten Fixierbereich des Gehäuses vermieden und eine sichere Verbindung erreicht. Vorzugsweise wird dann nach und nach weiteres Material an der schiefen Ebene angeschmolzen und läuft in die freien Zwischenräume des Filterelements, um die Fixierverbindung zwischen dem Filterelement und dem Gehäuse zu bilden. Vorzugsweise ist dabei die Materialmenge der schiefen Ebene derart berechnet, dass es exakt alle Öffnungen am Filterfixierbereich des Filterelements ausfüllt, wenn der Fügevorgang abgeschlossen ist. Mit anderen Worten ist ein Volumen des Fixierbereichs mit schiefer Ebene des Gehäuses gleich einem Volumen der Poren/Durchlässe des Filterelements, um einen definierten Filterfixierbereich zu erhalten.
Der Winkel der schiefen Ebene zur Flachseite der Sonotrode oder zu einem flachen Filterelement liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 40° bis 80° und beträgt insbesondere ca. 60°.
Es sei angemerkt, dass auch andere Verfahren in Verbindung mit der schiefen Ebene am ersten Fixierbereich möglich sind, beispielsweise mittels eines heißen, plattenartigen Werkzeugs, das ebenfalls eine Flachseite aufweist, die in Richtung des ersten Fixierbereichs des Gehäuses gerichtet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht der Filtervorrichtung von 1,
3 eine schematische, perspektivische Schnittansicht der Filtervorrichtung von 1,
4 eine schematische Darstellung eines Filterelements mit Abstandshalter,
5 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens der Filtervorrichtung,
6 eine Detailansicht der Filtervorrichtung von 1
7 eine schematische Schnittansicht einer Filtervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 eine schematische Schnittdarstellung einer Filtervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung vor dem Fügevorgang,
9 eine schematische Schnittdarstellung der Filtervorrichtung von 8 nach dem Fügevorgang,
10 eine schematische Schnittansicht einer Filtervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
11 eine schematische Schnittansicht einer Filtervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 eine Filtervorrichtung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Filtervorrichtung 1 ein Gehäuse 5, welcher bogenförmig ausgebildet ist (s. 1) und eine Durchlassöffnung 2 aufweist. Die Durchlassöffnung 2 ist dabei senkrecht zum Bogen des bogenförmigen Gehäuses 5, parallel zu einer Mittelachse des Bogens, vorgesehen. Es sei angemerkt, dass die Form des Gehäuses 5 auch anders sein kann, insbesondere quaderförmig.
Die Filtervorrichtung 1 umfasst ferner ein erstes Filterelement 3 und ein zweites Filterelement 31. Weiterhin ist ein drittes Filterelement 4 und viertes Filterelement 41 vorgesehen. Sowohl das Gehäuse 5 als auch die Filterelemente sind aus Kunststoff hergestellt.
Das erste Filterelement 3 weist dabei eine erste Durchlässigkeit auf, welche größer ist als eine zweite Durchlässigkeit des zweiten Filterelements 31.
Ferner sind die vier Filterelemente 3, 31, 4, 41 aus dem gleichen Kunststoffmaterial hergestellt. Das Gehäuse 5 ist allerdings aus einem anderen Kunststoffmaterial hergestellt, nämlich einem Kunststoffmaterial mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Kunststoffmaterial der Filterelemente 3, 31, 4, 41. Vorzugsweise wird für das Gehäuse HDPE mit einer Schmelztemperatur von ca. 150°C verwendet und für die Filterelemente Polyamid, insbesondere PA6 mit einer Schmelztemperatur von 205°C oder PA66 mit einer Schmelztemperatur von 260°C. Weiter alternativ kann für das Filterelement auch Polyoximethylen (POM) mit einer Schmelztemperatur von 175°C verwendet werden. Die Wahl der Kunststoffe für das Gehäuse 5 und die Filterelemente wird dabei bevorzugt derart vorgenommen, dass ein Temperaturunterschied bei der Schmelztemperatur zwischen Gehäuse und Filterelementen größer als 50 K ist und insbesondere im Bereich von 50 bis 110 K liegt.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist zwischen dem ersten Filterelement 3 und dem zweiten Filterelement 31 ein Abstandshalter 9 angeordnet. Der Abstandshalter 9 verhindert, dass die Filterelemente 3, 31 sich im Betrieb berühren könnten. In gleicher Weise ist zwischen dem dritten Filterelement 4 und dem vierten Filterelement 41 ein weiterer Abstandshalter 9 vorgesehen, vgl. 4, welche das dritte Filterelement 4 mit eingelegtem Abstandshalter 9 zeigt, ohne dass schon das vierte Filterelement aufgelegt ist.
Die Filterelemente 3, 31, 4, 41 weisen jeweils Zwischenräume auf, durch welche das zu filternde Medium strömen kann. In 2 ist die Strömungsrichtung des zu filternden Mediums mit den Pfeilen A und B gekennzeichnet.
Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, ist zwischen dem ersten Filterelement 3 und dem zweiten Filterelement 4 ein Zwischenraum 10 vorgesehen. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine erste Außenseite am Gehäuse 5 und das Bezugszeichen 12 eine zweite Außenseite am Gehäuse.
In diesem Ausführungsbeispiel strömt Medium von beiden Außenseiten 11, 12 in den Zwischenraum 10 der Filtervorrichtung 1, wie durch die Pfeile A und B angedeutet. Das gefilterte Medium wird dabei aus dem Zwischenraum 10 dann seitlich abgeführt. Somit wird ein zweistufiges Filterkonzept vorgeschlagen, bei dem auf jeder Seite jeweils ein Grobfilter und ein Feinfilter vorgesehen ist, wobei der Grobfilter an der Außenseite der Filtervorrichtung und der Feinfilter an den Innenseite der Filtervorrichtung angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist nun eine Verbindung zwischen den Filterelementen 3, 31, 4, 41 und dem Gehäuse 5 sehr einfach und kostengünstig bereitstellbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist am besten aus den 5 und 6 ersichtlich und wird nur für das erste und zweite Filterelement 3, 31 im Detail beschrieben. Eine Fixierung des dritten und vierten Filterelements 4, 41 erfolgt in gleicher Weise. Wie aus 5 erkennbar ist, wird das erste und zweite Filterelement 3, 31 zuerst auf den ersten Fixierbereich 6 aufgelegt. Anschließend wird ein Ultraschall-Werkzeug 20 mit einer Flachseite 21 von oben auf das erste Filterelement 3 aufgelegt (Pfeil C). Dadurch kann Wärme in einen Filterfixierbereich 30 des Filterelements 3, welcher ein Randbereich des Filterelements 3 ist, eingebracht werden. Die Wärme wird auch durch das zweite Filterelement 31 zum ersten Fixierbereich 6 am Gehäuse 5 geleitet. Da der Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials des Gehäuses 5 niedriger liegt als der Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials des ersten und zweiten Filterelements beginnt der erste Fixierbereich 6 des Gehäuses aufzuschmelzen. Dadurch wird aufgeschmolzenes Material verflüssigt und gelangt in die im Filterfixierbereich 30 vorhandenen Öffnungen und Zwischenräume im ersten und zweiten Filterelement 3, 31. Nach Ablauf einer gewissen Zeit, wenn ausreichend Kunststoffmaterial des ersten Fixierbereiches 6 aufgeschmolzen ist, wird das Ultraschall-Werkzeug 20 wieder zurückgezogen und das aufgeschmolzene Kunststoffmaterial härtet in den Öffnungen im Filterelement 3 aus. Dadurch ergibt sich eine Fixierverbindung 8, welche die mit Gehäusematerial aufgefüllten Randbereiche der Filterelemente 3, 31 umfasst (vgl. 6). Nach dem Erstarren des aufgeschmolzenen Gehäusematerials des Fixierbereichs 6 wird somit eine sichere Fixierverbindung 8 erreicht. Dadurch wird eine sichere Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Filterelement 3, 31 und dem ersten Fixierbereich 6 des Gehäuses 5 erreicht.
Das Ultraschall-Werkzeug 20 weist dabei eine Flachseite 21 auf und der am Innenbereich des Gehäuses 5 liegende Fixierbereich 6 ist als schiefe Ebene 55 ausgebildet zwischen der Flachseite 21 der Sonotrode 20 und der schiefen Ebene ist dabei ein Winkel α1 gebildet. Dadurch wird das erste und zweite Filterelement 3, 31 auf kostengünstige und schnelle Weise sicher am Gehäuse 5 fixiert. 6 zeigt dabei den verbundenen Zustand zwischen den Filterelementen 3, 31 und dem Gehäuse 5. Hierbei hat sich nach Aushärten des aufgeschmolzenen Gehäusematerials die Fixierverbindung 8 gebildet. Diese umfasst mit Kunststoffmaterial des Gehäuses 5 aufgefüllte Zwischenräume im ersten Filterelement 3.
Wie aus 5 ersichtlich ist, weist der Fixierbereich 6 die schiefe Ebene 55 auf, welche in eine Winkel α1 zur Flachseite 21 der Sonotrode 20 oder zu einer Oberfläche des als Flachfilter ausgebildeten ersten Filterelements 3 vorgesehen ist (Winkel α). In gleicher Weise ist auch der zweite Fixierbereich 7 mit einer schiefen Ebene versehen. Dadurch wird erreicht, dass bei Einbringen von Wärme durch das Filterelement 3 zuerst nur eine geringere Menge von Kunststoffmaterial am ersten Fixierbereich 6 erwärmt werden muss und somit ein Aufschmelzen in diesem Bereich schneller erfolgen kann. Somit schmilzt zuerst die am inneren Mantelbereich des Gehäuses 5 liegende Spitze 56 der schiefen Ebene 55 auf und dann nach und nach das restliche Material der schiefen Ebene 55. Die schiefe Ebene ist dabei in einem Winkel α von ca. 60° vorgesehen.
Es sei angemerkt, dass dabei das erste Filterelement und das zweite Filterelement jeweils separat am Gehäuse 5 fixiert werden können oder auch gleichzeitig. Somit kann erfindungsgemäß eine Filtervorrichtung 1 bereitgestellt werden, welche eine zweistufige Filterung mittels des ersten Filterelements 3 und des zweiten Filterelements 31 sowie des dritten und vierten Filterelements 4, 41, ermöglicht werden.
Statt des Ultraschall-Werkzeugs 20 ist es auch möglich, ein heißes, plattenförmiges Werkzeug zu verwenden und damit den ersten Fixierbereich 6 und den zweiten Fixierbereich 7 des Gehäuses 5 aufzuschmelzen.
7 zeigt eine Filtervorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist nur ein einziges Filterelement 3 vorgesehen. Das Gehäuse 5 weist einen geschlossenen Boden an der zweiten Außenseite 12 auf. Der Pfeil A kennzeichnet wieder eine Durchströmungsrichtung des Filterelements. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist das erste Filterelement 3 auf einem umlaufenden Randbereich 50 des Gehäuses 5 aufgelegt und anschließend wie vorstehend beschrieben mittels Ultraschall am Randbereich 50 fixiert worden. Der Randbereich 50 wird dabei aufgeschmolzen und Kunststoffmaterial des aufgeschmolzenen Randbereichs 50 füllt die Öffnungen im ersten Filterelement 3. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Die 8 und 9 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 8 den Zustand vor dem Fügevorgang zeigt und 9 den Zustand nach dem Fügevorgang.
Wie aus 8 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 5 einen ersten Fixierbereich 6 mit einer schiefen Ebene 55 auf. Eine Spitze 56 der schiefen Ebene liegt dabei an einem inneren Mantelbereich 50 des Gehäuses 5. Die schiefe Ebene 55 ist dabei nicht über die gesamte Breite des Gehäuses 5 vorgesehen, sondern lediglich bis zur Hälfte. An der anderen Hälfte, welche zur Außenseite des Gehäuses 5 gerichtet ist, ist ein Absatz 57 vorgesehen. Es ist nur ein einziges Filterelement (erstes Filterelement 3) vorgesehen, so dass es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einstufiges Filterkonzept handelt. Das erste Filterelement 3 mit dem Filterfixierbereich 30 ist wiederum als Flachfilter vorgesehen. Die Wärme wird mittels einer Sonotrode 20 mit einer Flachseite 21 eingebracht. Durch diese Ausgestaltung wird bei Einbringen von Wärme zuerst die Spitze 56 erwärmt und dann nach und nach die restliche schiefe Ebene. Da der Absatz 57 an der Außenseite vorgesehen ist, verläuft auch Material der schiefen Ebene in Richtung zum Absatz. In dem in 9 gezeigten fertigen Zustand liegt dabei das erste Filterelement 3 abschließend auf dem ersten Absatz 57 auf, wobei aufgeschmolzenes Material der schiefen Ebene auch in den Filterfixierbereich 30 hineingelaufen ist, welcher am äußersten Rand des Filterelements 3 liegt. Dadurch wird eine sichere Fixierverbindung 8 zwischen dem ersten Filterelement 3 und dem Gehäuse 5 erreicht.
10 zeigt eine Filtervorrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist die Filtervorrichtung 1 des vierten Ausführungsbeispiels an jeder offenen Seite der Durchlassöffnung 2 jeweils zwei Filterelemente auf. Hierdurch wird ein zweistufiges Filterkonzept realisiert. Genauer weist die Filtervorrichtung an der ersten Außenseite 11 ein erstes Filterelement 3 und ein zweites Filterelement 31 auf und an der zweiten Außenseite 12 ein drittes Filterelement 4 und ein viertes Filterelement 41 auf. Hierbei sind die Maschenweiten des ersten Filterelements 3 und des zweiten Filterelements 31 unterschiedlich. Ebenfalls sind die Maschenweiten des dritten Filterelements 4 und des vierten Filterelements 41 unterschiedlich. Hierbei sind jeweils das erste Filterelement 3 und das dritte Filterelement 4 mit gröberen Maschenweiten vorgesehen, als das zweite Filterelement 31 und das vierte Filterelement 41. Es sei angemerkt, dass auch alle Maschenweite der vier Filterelemente unterschiedlich sein können. Alternativ sind die Maschenweite des ersten und dritten Filterelements gleich und die Maschenweiten des zweiten und vierten Filterelements gleich. Das erste Filterelement 3 und das zweite Filterelement 31 sind dabei mittels einer gemeinsamen Fixierverbindung 8 am Gehäuse 5 verbunden, wobei aufgeschmolzenes Gehäusematerial durch beide Filterelemente hindurchgeflossen ist. In gleicher Weise sind das dritte Filterelement 4 und das vierte Filterelement 41 fixiert.
11 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ebenfalls insgesamt vier Filterelemente 3, 4, 31, 41 vorsehen sind. Hierbei sind das erste Filterelement 3 und das zweite Filterelement 31 sowie das dritte Filterelement 4 und das vierte Filterelement 41 jeweils voneinander beabstandet, ähnlich wie beim fünften Ausführungsbeispiel. Allerdings sind hierbei keine Abstandshalter vorgesehen, sondern am inneren Mantelbereich 50 des Gehäuses 5 ist ein erster, nach innen gerichteter, umlaufender Absatz als erster Fixierbereich 6 und ein zweiter, nach innen gerichteter Absatz als zweiter Fixierbereich 7 vorgesehen. Dadurch wird ein Abstand zwischen dem ersten und zweiten Filterelement sowie dem dritten und vierten Filterelement ohne Abstandshalter realisiert. Wie im vierten oder fünften Ausführungsbeispiel können die Filterelemente dabei jeweils wieder entsprechend unterschiedliche Maschenweiten aufweisen.

Claims

Filtervorrichtung umfassend – ein Gehäuse (5), welches eine Durchlassöffnung (2) umschließt, – ein erstes Filterelement (3), welches die Durchlassöffnung (2) von einer ersten Außenseite (11) des Gehäuses, überdeckt, und – eine Fixierverbindung (8) zwischen dem ersten Filterelement (3) und dem Gehäuse (5), – wobei die Fixierverbindung (8) von einem ersten Fixierbereich (6) des Gehäuses (5) aufgeschmolzenes Gehäusematerial umfasst, welches in Zwischenräume im Filtermaterial eingeschmolzen ist, um das erste Filterelement (3) am Gehäuse (5) zu fixieren.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites Filterelement (31), welches benachbart zum ersten Filterelement (3) angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterelement (3) eine erste Durchlässigkeit aufweist, welche größer ist als eine zweite Durchlässigkeit des zweiten Filterelements (31).
Filtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Filterelement (3) und dem zweiten Filterelement (31) ein Abstandshalter (9) angeordnet ist, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dem ersten und zweiten Filterelement sicherzustellen.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Filterelement (4; 41) die Durchlassöffnung (2) an einer zweiten Außenseite (12) des Gehäuses an einem zweiten Fixierbereich (7) des Gehäuses überdeckt, so dass ein Zwischenraum (10) im Gehäuse vorhanden ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) umlaufend geschlossen ist, wobei das Gehäuse insbesondere eine Bogenform aufweist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fixierbereich (6) ein nach Innen gerichteter, insbesondere vollständig umlaufender, Vorsprung des Gehäuses (5) ist, an welchem das erste und/oder zweite Filterelement (3, 31) fixiert ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fixierbereich ein Rand (50) des Gehäuses (5) ist, an welchem das erste und/oder zweite Filterelement (3, 31) fixiert ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) aus einem ersten Kunststoff mit einem ersten Schmelzpunkt und das erste Filterelement (3) aus einem zweiten Kunststoff mit einem zweiten Schmelzpunkt hergestellt ist, wobei der erste Schmelzpunkt des Gehäuses (5) kleiner ist als der zweite Schmelzpunkt des ersten Filterelements (3) und wobei insbesondere ein Unterschied zwischen den Schmelzpunkten in einem Bereich von 30 K bis 110 K liegt und insbesondere zwischen 50 K und 90 K liegt.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Filterelement (3, 31) ein Flachfilter ist und der erste Fixierbereich (6) in einem Winkel (α) zu einer Oberfläche des ersten Filterelements (3) angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zur Oberfläche des ersten Filterelements (3) in einem Bereich von 40° bis 80° liegt, und insbesondere 60° beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Filtervorrichtung (1) mit einem Gehäuse (5), welches eine Durchlassöffnung (2) umschließt, und einem ersten Filterelement (3), welches die Durchlassöffnung (3) von einer ersten Außenseite (11) des Gehäuses, überdeckt, umfassend die Schritte: – Anordnen des ersten Filterelements (3) über der Durchlassöffnung (2) derart, dass die Durchlassöffnung (2) vom ersten Filterelement (3) überdeckt ist und ein Randbereich des ersten Filterelements (3) auf einem ersten Fixierbereich (6) des Gehäuses aufliegt, und – Fixieren des ersten Filterelements (3) am ersten Fixierbereich (6) des Gehäuses (5), wobei Gehäusematerial des ersten Fixierbereichs (6) derart aufgeschmolzen wird, dass das aufgeschmolzene Gehäusematerial in Zwischenräume im Filtermaterial fließt, um eine Fixierverbindung (8) zwischen dem ersten Filterelement (3) und dem Gehäuse (5) herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterelement (3) und das Gehäuse (5) aus Kunststoffmaterial hergestellt sind und ein Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials des ersten Filterelements (3) höher liegt als ein Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials des Gehäuses (5).
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Filterelement (31) über der Durchlassöffnung (2) angeordnet ist, derart, dass die Durchlassöffnung (2) vom zweiten Filterelement (31) überdeckt ist und/oder dass ein drittes und/oder viertes Filterelement (4, 41) die Durchlassöffnung an einer zweiten Außenseite (12) überdeckt, wobei ein Randbereich des dritten und/oder vierten Filterelements (4, 41) mit einem zweiten Fixierbereich (8) des Gehäuses (5) aufliegt, und dass das dritte und/oder vierte Filterelement (4, 41) am zweiten Fixierbereich (8) des Gehäuses (5) fixiert wird, wobei der zweite Fixierbereich (8) derart aufgeschmolzen wird, dass das aufgeschmolzene Kunststoffmaterial in Zwischenräume im Filtermaterial des zweiten Filterelements (4) fließt, um eine Fixierverbindung (8) zwischen dem zweiten Filterelement (4) und dem Gehäuse (5) herzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des ersten und /oder zweiten Fixierbereichs(7, 8) mittels Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Filterelement (3) und dem zweiten Filterelement (31) und/oder zwischen dem dritten und vierten Filterelement (4, 41) ein Abstandshalter (9) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine ultraschallerzeugende Sonotrode (20) eine zum ersten Filterelement (3) gerichtete Flachseite (21) aufweist und der Fixierbereich (6) des Gehäuses (5) eine zur Flachseite (21) der Sonotrode (20) gerichtete und in einem Winkel (α1) zum ersten Filterelement (3) angeordnete, schiefe Ebene (55) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spitze (56) der schiefen Ebene (55) an einem inneren Mantelbereich (50) des Gehäuses angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fügevorgangs die Spitze (56) der schiefen Ebene zuerst anschmilzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α1) in einem Bereich von 40° bis 80° liegt und insbesondere 60° beträgt.