DE102018000538A1

DE102018000538A1 - Filtergehäuse für eine Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE102018000538A1
Application number: DE102018000538.1A
Authority: DE
Inventors: Mario Rieger; Pedro Miguel Pereira Madeira; Stefan Kunze; Ulrich Dehnen; Johannes Stürner; Markus Beylich
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US11471807B2; DE112019000503A5; WO2019145133A1; BR112020014355A2; US20200346152A1; CN111629810A

Abstract

Ein Filtergehäuse für eine Filtereinrichtung weist einen Einlasskanal mit einer Einströmöffnung und einer Überströmöffnung auf, wobei sich die Querschnittsform zwischen Einström- und Überströmöffnung ändert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtergehäuse für eine Filtereinrichtung, beispielsweise für einen Luftfilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In US 3,816,982 wird ein Luftfilter mit einem hohlzylindrischen Filterelement in einem aufnehmenden Filtergehäuse beschrieben. Die zu filtrierende Luft wird über eine seitlich im Filtergehäuse angeordnete Einströmöffnung eingeleitet, die dem Filterelement axial vorgelagert ist, und gelangt in einen Einströmraum stromauf des Filterelementes, der sich in einem Einlassabschnitt des Filtergehäuses befindet und in dem im Übergang zum Gehäuseabschnitt mit dem Filterelement Leitschaufeln angeordnet sind, durch die die Verbrennungsluft hindurchströmt und einen Drall erfährt. Die Luft zirkuliert im Gehäuseabschnitt mit dem Filterelement und durchströmt das Filterelement radial von außen nach innen. Die gereinigte Luft wird axial aus dem Innenraum des hohlzylindrischen Filterelements über eine offene Endscheibe abgeleitet.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtergehäuse für eine Filtereinrichtung mit einfachen konstruktiven Maßnahmen in der Weise auszubilden, dass Schmutzpartikel aus dem zu filtrierenden Fluidstrom noch vor der Durchströmung des Filterelements in der Filtereinrichtung abgeschieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Filtergehäuse wird insbesondere für Filtereinrichtungen zur Gasfiltration eingesetzt, beispielsweise für einen Luftfilter zur Filtration der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft. Im Prinzip kommt aber auch eine Anwendung für Flüssigkeitsfilter in Betracht.
Das Filterelement ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und umfasst einen ringförmigen bzw. hohlzylindrischen Filtermediumkörper, der in Radialrichtung von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, insbesondere radial von außen nach innen, so dass die Außenseite des Filtermediumkörpers die Anström- bzw. Rohseite und die innenliegende Seite die Reinseite bildet. Aus dem innenliegenden Strömungsraum wird das gereinigte Fluid axial abgeleitet. Grundsätzlich kommt auch eine umgekehrte Durchströmung des Filtermediumkörpers radial von innen nach außen in Betracht.
Eine Stirnseite des ringförmig geschlossenen Filtermediumkörpers ist bevorzugt mit einer geschlossenen Endscheibe versehen, die den innenliegenden Strömungsraum an dieser Stelle axial verschließt. An der axial gegenüberliegenden Stirnseite - bezogen auf die Längsachse von Filterelement und Filtermediumkörper - ist am Filtermediumkörper eine offene Endscheibe angeordnet, die eine zentrale Ausnehmung aufweist, über die Fluid aus dem innenliegenden Strömungsraum des Filtermediumkörpers abgeleitet bzw. in diesen hineingeleitet werden kann.
Das Filtergehäuse umfasst ein Einlassgehäuse, über das das zu filtrierende Fluid eingeführt wird, sowie vorteilhafterweise ein Filtergrundgehäuse, in welchem das Filterelement aufgenommen ist. Filtergrundgehäuse und Einlassgehäuse können einteilig ausgebildet sein. Es kommt auch eine separate Ausbildung von Filtergrundgehäuse und Einlassgehäuse in Betracht, wobei in diesem Fall Einlassgehäuse und Filtergrundgehäuse miteinander strömungsdicht verbunden sind.
Am Einlassgehäuse befindet sich die Einströmöffnung zum Einleiten des zu reinigenden Fluids. Am Ausgang des Einlassgehäuses, im Übergang vom Einlassgehäuse zum Filtergrundgehäuse, liegt eine Überströmöffnung, die sich stromauf des Filterelements befindet und über die das Fluid in Richtung der Anströmseite des Filtermediumkörpers des Filterelements weitergeleitet wird.
In dem Filtergehäuse ist bevorzugt ein radial durchströmbares Filterelement auswechselbar einbaubar, das weiter bevorzugt eine langgestreckte, ovale, um die Längsachse angeordnete Querschnittsform besitzt und in dem Filtergehäuse, welches bevorzugt ebenfalls einen ovalen, langgestreckten Querschnitt aufweist und aus einem Filtergrundgehäuse und einem vorgelagerten Einlassgehäuse insbesondere einstückig gebildet sein kann. Das Filtergrundgehäuse nimmt bevorzugt das Filterelement auf. Das Filtergrundgehäuse weist bevorzugt eine um die Längsachse herum angeordnete Außenwand mit bevorzugt ebenfalls ovaler, langgestreckter Querschnittsform auf. Weiter bevorzugt sind das Filterelement und das Filtergehäuse, insbesondere dessen Außenwand, so ausgestaltet, dass über die axiale Länge des Filterelements der Abstand zwischen Innenseite der Außenwand und dem Filterelement, insbesondere der Außenseite des Filtermediumkörpers, umlaufend konstant ist, um die Umströmung möglichst widerstandsfrei zu machen. Die ovale Querschnittsform von Filterelement und Filtergehäuse weist bevorzugt zwei gegenüberliegende Schmalseiten mit starker Krümmung auf, die jeweils mit zwei gegenüberliegenden Längsseiten mit schwacher Krümmung oder gar geradem Verlauf miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind Filterelement und/oder Außenwand des Filtergrundgehäuses im Wesentlichen achssymmetrisch zur Mittel- bzw. Längsachse ausgestaltet. Längen- zu Breitenverhältnisse der ovalen Querschnittsform des Filtergehäuses und/oder des Filterelements betragen bevorzugt mindestens 2:1, bevorzugt mindestens 3:1, insbesondere beim Filterelement optional mindestens 4:1.
Die Einströmöffnung und die Überströmöffnung im Einlassgehäuse sind über einen Einlasskanal miteinander verbunden. Der Einlasskanal kann innerhalb des Einlassgehäuses angeordnet sein oder, in einer bevorzugten Ausführung, der Einlasskanal wird von dem Einlassgehäuse gebildet. Die Querschnittsform des Einlasskanals ändert sich über seine Länge in der Weise, dass ein zwischen Einström- und Überströmöffnung liegender Kanalabschnitt eine Querschnittsform aufweist, die sich sowohl von der Querschnittsform der Einströmöffnung als auch von der Querschnittsform der Überströmöffnung unterscheidet. Die sich ändernde Querschnittsform des Einlasskanals hat den Vorteil, dass auf die Fluidströmung Einfluss genommen werden kann. So ist es insbesondere möglich, der Strömung einen Drall aufzuprägen, um eine rotative Vorabscheidung zu erzeugen, bevor die Strömung durch das Filterelement tritt. In diesem Zusammenhang wird als Einlasskanal und dessen Querschnitt der Bereich vor dem Überströmen zum Filterelement bezeichnet, insbesondere vor dem Durchtreten durch die Überströmöffnung, die bevorzugt auf Höhe einer offenen oder geschlossenen Endscheibe angeordnet ist. Dabei wird im Folgenden ersichtlich, dass der effektive, für den Ein- und Übertritt der Luft zum Filterelement bzw. für den Übertritt in die rotierende Strömung zur Verfügung stehende Querschnitt teilweise durch den wie nachstehend beschrieben umlaufend sukzessiven Durchtritt der Luft durch die Überströmöffnung größer ist oder sein kann als der stromauf der Überströmöffnung zur Verfügung stehende Querschnitt des Einlasskanals.
Der Einlasskanal besitzt beispielsweise einen düsenähnlichen Querschnittsverlauf, bei dem die Querschnittsform des zwischenliegenden Kanalabschnitts gegenüber der Querschnittsform der Einströmöffnung und der Überströmöffnung abgeflacht oder verschlankt ist, z.B. im zwischenliegenden Kanalabschnitt eine in Axialrichtung langgestreckte und in Radialrichtung verschlankte und/oder geringere Erstreckung als an der Einströmöffnung aufweist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein Düseneffekt mit einer Strömungsbeschleunigung erreicht werden kann und eine Anpassung des Strömungsquerschnitts an den Strömungsdurchgangsbereich zwischen Endscheibe und Filtergehäuseinnenwand erzielt wird. Die Strömungsbeschleunigung führt zu einem höheren Geschwindigkeitsvektor der mitgeführten Schmutzpartikel, die aufgrund ihrer Trägheit bei der anschließenden Strömungsberuhigung ihre vergleichsweise hohe Geschwindigkeit länger beibehalten und bei einer Änderung der Strömungsrichtung radial nach außen getragen werden, insbesondere in einen sich konisch erweiternden Gehäusebereich. So kann die Vorabscheidewirkung verbessert werden.
Es kann zweckmäßig sein, dass die Einströmöffnung eine kreisrunde Querschnittsform oder eine ovale Querschnittsform mit einem geringen Höhen- zu Breiten-Verhältnis aufweist, wohingegen der sich anschließende Kanalabschnitt abgeflacht ist, wobei die minimale Höhe des Kanalabschnitts im Bereich der Abflachung auf maximal die Hälfte des Durchmessers der Einströmöffnung reduziert sein kann. Als geringes Höhen- zu Breiten-Verhältnis der Einströmöffnung wird bevorzugt ein Verhältnis nahe 1, insbesondere größer 0,5 bzw. kleiner 2 bezeichnet, bevorzugt sind zur Sicherstellung Verhältnisse größer 2/3 bzw. kleiner 1,5, wobei die Kreisform aufgrund dadurch einfacher und kostengünstiger Anbindung und Abdichtung das Optimum ist.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Strömungsquerschnittsfläche der Überströmöffnung größer als die Strömungsquerschnittsfläche der Einströmöffnung. Über die Überströmöffnung kann das zu reinigende Fluid in Richtung der Anströmseite des Filtermediumkörpers weitergeleitet werden. Die verhältnismäßig große Überströmöffnung ermöglicht eine gleichmäßige Anströmung des Filtermediumkörpers von verschiedenen Seiten. Es ist insbesondere zweckmäßig, dass die Querschnittsfläche der Überströmöffnung des Einlasskanals der Querschnittsfläche des sich anschließenden Filtergrundgehäuses entspricht, das zur Aufnahme des Filterelements dient. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich der Einlasskanal im Bereich der Überströmöffnung ohne Querschnittsänderung an das Filtergrundgehäuse anschließt, so dass sich im Übergang des Fluids vom Einlasskanal zum Filtergrundgehäuse eine gewünschte Strömung einstellen kann, beispielsweise ein aufgeprägter Drall der Strömung beibehalten und beispielsweise durch Leitschaufeln ein entsprechender Drall erzeugt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist der Einlasskanal mindestens einen Krümmungsabschnitt auf und erfährt im Bereich des Krümmungsabschnitts eine Richtungsänderung von mindestens 45°. Die Richtungsänderung kann ggf. 90° oder annähernd 90° betragen. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass der Einlasskanal mindestens zwei Krümmungsabschnitte aufweist, wobei die Krümmungen sich ggf. in unterschiedliche Richtungen erstrecken können, um eine Umlenkung der Fluidströmung in verschiedene Richtungen zu bewirken. Im Bereich jedes Krümmungsabschnitts liegt die Krümmung bei mindestens 45°, ggf. bei 90° oder annähernd 90°. Dies ermöglicht es beispielsweise, durch eine doppelte 90°-Umlenkung das Fluid über die Einströmöffnung zunächst in einem rechten Winkel sowie versetzt zur Längsachse des Filterelements in den Einlasskanal einzuführen, anschließend über den ersten Krümmungsabschnitt in Radialrichtung zur Längsachse zu führen und danach in einem zweiten Krümmungsabschnitt achsparallel über die Überströmöffnung zum Filterelement zu leiten. Der zwischenliegende Kanalabschnitt liegt vorzugsweise zwischen den Krümmungsabschnitten.
Der Krümmungsabschnitt oder die Krümmungsabschnitte im Einlasskanal versetzen der Fluidströmung einen Drall. Mitgeführte Schmutzpartikel werden radial nach außen geführt. Der Drall, der der Fluidströmung über den Krümmungsabschnitt oder die Krümmungsabschnitte aufgeprägt wird, sorgt für ein Zirkulieren der Fluidströmung um die Anströmseite des Filtermediumkörpers, wodurch ebenfalls die Abscheidung von Schmutzpartikeln unterstützt und außerdem eine gleichmäßige Anströmung des Filtermediumkörpers über dessen Anströmseite verbessert wird.
Es kann zweckmäßig sein, dass die Krümmung mindestens eines Krümmungsabschnitts des Einlasskanals nicht-konstant ist. Eine derartige Krümmung befindet sich insbesondere in einem mittleren Teil des betreffenden Krümmungsabschnitts, wohingegen der vorausliegende und der nachfolgende Teil eine geringere Krümmung aufweisen. Die größte Krümmung im mittleren Teil des Krümmungsabschnitts unterstützt die Abscheidung der mitgeführten Schmutzpartikel durch Auftreffen an der Innenseite der Einströmkanalwand.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Einlasskanal in mindestens einem Kanalabschnitt einen entlang des Umfangs des Filtergehäuses rampenförmigen Verlauf auf, wobei der rampenförmige Verlauf bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass entlang der Strömungsrichtung der Querschnitt in Axialrichtung des mindestens einen Kanalabschnitts abnimmt. Der rampenförmige Verlauf verläuft mindestens in einem Kanalabschnitt entlang der Längsseite eines ovalen Filtergehäuses und wird bevorzugt in einem an den Kanalabschnitt anschließenden Krümmungsabschnitt fortgesetzt. Der rampenförmige Verlauf entlang des Umfangs des Filtergehäuses ist weiter bevorzugt flach in Relation zu einer Ebene senkrecht zur Mittelachse ausgeführt, bevorzugt in einem Winkel von kleiner 30°.
Bevorzugt ist der mindestens eine Kanalabschnitt dabei zum Filtergrundgehäuse bzw. Filterelement hin offen ausgebildet ist, so dass durch den rampenförmigen Verlauf ein entlang des Umfangs des Filtergehäuses verteilter Übertritt der Strömung durch einen um das Ende des Filterelements herum angeordneten Strömungsdurchgang vom Einlassgehäuse in das Filtergrundgehäuse zum Filterelement bewirkt werden kann. Die Anordnung des rampenförmigen Verlaufs zumindest teilweise im Bereich oder entlang einer Längsseite des Filtergehäuses bzw. der Filtergehäuseaußenwand trägt dazu bei, einen größeren Teil der Strömung bereits dem Strömungsbereich um das Filterelement herum zuzuführen, bevor die um das Filterelement umlaufende Strömung im Bereich der Schmalseite, die im Vergleich zur Längsseite stärker gekrümmt ist, eine starke, vorabscheidungswirksame Umlenkung erfährt. Mindestens zwei Krümmungsabschnitte im Einlasskanal vorzusehen, weist den weiteren Vorteil auf, dass in Radialrichtung - bezogen auf die Längsachse des Filterelements - eine verhältnismäßig raumsparende Ausführung des Filtergehäuses und der Filtereinrichtung möglich ist. Der Einlasskanal erstreckt sich zumindest im Wesentlichen nicht oder nur geringfügig über die Außenkontur des Filtergrundgehäuses, in welchem das Filterelement aufgenommen ist, hinaus.
Figurenliste
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 in perspektivischer Explosionsdarstellung eine Filtereinrichtung als Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Filterelement in einem Filtergrundgehäuse und mit einem am Filtergrundgehäuse befestigbaren Einlassgehäuse mit einem mehrfach gekrümmten Einlasskanal,
2 die Filtereinrichtung im Längsschnitt,
3 einen Schnitt durch das Einlassgehäuse.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, die als Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur Filtration der den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft ausgebildet ist. 2 und 3 sind geringfügige Abwandlungen der Filtereinrichtung 1 im Bereich des Filtergehäuses.
Die Filtereinrichtung 1 umfasst wie gezeigt ein bevorzugt radial durchströmbares Filterelement 2, das wie weiter bevorzugt eine langgestreckte, ovale, um die Längsachse 15 angeordnete Querschnittsform besitzt und in einem Filtergehäuse 3 mit bevorzugt ebenfalls ovaler, langgestreckter Querschnittsform mit einem in 1 dargestellten Filtergrundgehäuse(-teil) 4 und einem vorgelagerten Einlassgehäuse(-teil) 5 angeordnet ist, die beide Teile des Filtergehäuses 3 sind. Das Filtergrundgehäuse 4 nimmt das Filterelement 2 auf. Das Filtergrundgehäuse 4 weist eine um die Längsachse 15 herum angeordnete Außenwand mit bevorzugt ebenfalls ovaler, langgestreckter Querschnittsform auf. Das Filterelement 2 und Filtergehäuse 3, insbesondere die Außenwand sind bevorzugt so ausgestaltet, dass über die axiale Länge des Filterelements 2 der Abstand zwischen Innenseite der Außenwand und dem Filterelement 2, insbesondere der Außenseite des Filtermediumkörpers 7, umlaufend konstant ist, um die Umströmung möglichst widerstandsfrei zu machen. Die ovale Querschnittsform von Filterelement 2 und Filtergehäuse 3 weist bevorzugt zwei gegenüberliegende Schmalseiten mit starker Krümmung auf, die jeweils mit zwei gegenüberliegenden Längsseiten mit schwacher Krümmung oder gar geradem Verlauf miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind Filterelement 2 und/oder Außenwand des Filtergrundgehäuses 4 im Wesentlichen achssymmetrisch zur Mittel- bzw. Längsachse 15 ausgestaltet.
In dem Einlassgehäuse 5, das mit dem Filtergrundgehäuse 4 zu verbinden ist, befindet sich eine bevorzugt seitlich, bevorzugt exzentrisch angeordnete, bevorzugt kreisförmige Einströmöffnung 6, über die die Verbrennungsluft in das Filtergehäuse 3 eingeführt und in Richtung des Filterelements 2 geleitet wird. Gemäß 2 ist das Filtergrundgehäuse 4 zur Aufnahme des Filterelements 2 einteilig ausgebildet; auch das Einlassgehäuse 5 ist einteilig mit dem Filtergrundgehäuse 4 ausgebildet.
Das Filterelement 2 weist einen bevorzugt zickzackförmig gefalteten Filtermediumkörper 7 (2) auf, der ringförmig geschlossen ausgebildet und bevorzugt mit einer langgestreckten, ovalen Querschnittsform versehen ist. Der Filtermediumkörper 7 wird bezogen auf seine Mittellängsachse 15 radial von außen nach innen von dem zu filtrierenden Fluid - der Verbrennungsluft - durchströmt, so dass die Außenseite des Filtermediumkörpers 7 die Roh- oder Anströmseite und die Innenseite die Reinseite bildet. Der Filtermediumkörper 7 ist an seiner Innen- bzw. Reinseite bevorzugt von einem Stützgerüst 8, welches aus Kunststoff besteht, ausgekleidet. Der innenliegende Strömungsraum im Filtermediumkörper 7 bildet den Reinraum, in welchem sich das gereinigte Fluid sammelt und aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
An den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Filterelements 2 ist jeweils eine Endscheibe 9, 10 angeordnet, wobei die der Einströmöffnung 6 benachbarte erste Endscheibe 9 geschlossen ausgebildet und die zweite, gegenüberliegende, der Einströmöffnung 6 abgewandte Endscheibe 10 offen ausgebildet ist, so dass das Fluid aus dem innenliegenden Reinraum axial über die offene Endscheibe 10 abströmen kann. An das Filtergrundgehäuse 4 schließt sich benachbart zur offenen Endscheibe 10 des Filterelements 2 ein gehäuseseitiger Auslassabschnitt 11 mit einer bevorzugt koaxialen, zentralen Abströmöffnung 12 an, über die das gereinigte Fluid aus der Filtereinrichtung 1 abgeleitet wird.
Die Querschnittsform des Filterelements 2 bzw. Filtermediumkörpers 7 ist langgestreckt, wobei - bezogen auf den Querschnitt - die beiden gegenüberliegenden Längsseiten bevorzugt eben sind und beispielsweise parallel zueinander verlaufen und über gekrümmte Schmalseiten verbunden sind. Ein gerader oder schwach gekrümmter Verlauf der Längsseiten erlaubt eine für flache Bauräume besonders geeignete Bauform. Die Erstreckung der Längsseiten ist mindestens doppelt so groß wie die von den Schmalseiten überbrückte Distanz, also dem Abstand zwischen den beiden Längsseiten. Das Filterelement 2 und Filtermediumkörper 7 weisen über die axiale Länge - bezogen auf die Mittellängsachse 15 - bevorzugt eine nicht-konstante Querschnittsfläche auf, die im Bereich der geschlossenen Endscheibe 9 kleiner ist als im gegenüberliegenden Bereich mit der offenen Endscheibe 10 und von der kleineren zur größeren Querschnittsfläche kontinuierlich und gleichmäßig anwächst. Das Filterelement ist damit bevorzugt konisch ausgeführt. Die konische Form unterstützt den Staubaustrag, da dadurch eine geringere absolute Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich mit größerem Durchmesser erzielt werden kann. Diese Strömungsberuhigung kann das Ablagern der Partikel im Gehäuse erleichtern. Daher ist es ferner bevorzugt, wenn die nicht-konstante Querschnittsfläche in Richtung des Bereichs, in welchem der Staubaustrag erfolgt, d.h. vorliegend auf der Seite, auf welcher die offene Endscheibe 10 und die Abströmöffnung 12 angeordnet sind, größer ist als auf der axial gegenüberliegenden Seite.
Benachbart zu dem gehäuseseitigen Auslassabschnitt 11 befindet sich im Filtergrundgehäuse 4 ein radial erweiterter Ringraum 14, an dem ein Austragsventil 13 angeordnet ist. In dem radial erweiterten Ringraum 14 können sich abgesonderte Schmutzpartikel sammeln, die über das Austragsventil 13 aus dem Filtergehäuse 3 abgeleitet werden können.
An der Außenseite der geschlossenen Endscheibe 9 ist ein mittig platziertes Stützauge 22 angeformt, mit dem das Filterelement 2 von außen axial abgestützt werden kann. Hierfür ist in dem Einlassgehäuse 5 ein Lager angeformt, das axial mit dem Stützauge 22 fluchtet.
Die über die Einströmöffnung 6 eingeleitete Verbrennungsluft strömt in Richtung eines Strömungsdurchgangs 20, der sich zwischen dem Außenumfang der geschlossenen Endscheibe 9 am Filtermediumkörper 7 und der Innenseite der Außenwand des das Filterelement 2 aufnehmenden Filtergrundgehäuses 4 befindet. In dem Strömungsdurchgang 20 sind bevorzugt Leitschaufeln 21 angeordnet, welche dazu beitragen, der durch den Einlasskanal 29 einströmende Verbrennungsluft im folgenden Verlauf im Filtergehäuse 3 einen schraubenartig umlaufenden Verlauf aufzuprägen. Die Leitschaufeln 21 weisen bevorzugt einen flachen Winkel gegenüber der geschlossenen Endscheibe 9 auf, beispielsweise zwischen 10 und 40°. Hierdurch wird die Luftströmung im Ringraum zwischen der Innenseite der Außenwand des Filtergrundgehäuses 4 und dem Filtermediumkörper 7 in eine zirkulierende, umlaufende Bewegung versetzt, wodurch mitgeführte Schmutzpartikel an der Innenseite der Außenwand des Gehäuses abgeschieden werden. Die abgelagerten Schmutzpartikel können über das Austragsventil 13 aus dem Filtergehäuse 3 abgeleitet werden.
Der Strömungsweg 20, welcher sich zwischen der Außenkontur der Endscheibe 9 und der Innenseite der umschließenden Gehäusewand des Filtergehäuseteils 4b erstreckt, ist ringförmig umlaufend ausgebildet und weist mindestens in einem Teil und bevorzugt nur in einem Teil seiner umlaufenden Länge die Leitschaufeln 21 auf. Über einen weiteren Teil ist der Strömungsweg 20 bevorzugt von einer Blende 25 abgedeckt, die sich vollständig über eine Schmalseite und teilweise noch entlang einer der beiden Längsseiten erstreckt. Hierdurch wird der freie für die Durchströmung zur Verfügung stehende Teil des Strömungswegs reduziert. Bevorzugt ist jedoch der verbliebene, nicht durch die Blende 25 abgedeckte, effektive Strömungsquerschnitt des Strömungswegs 20 wie auch in der gezeigten Ausführungsform mindestens so groß wie der Querschnitt der Einströmöffnung 6. Hierdurch kann die eintretende Luft so in das Filtergehäuse geleitet werden, dass die Vorabscheidung verbessert wird. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass ein Überströmen in überwiegend axialer Richtung durch die Blende 25 verhindert wird, so dass ein möglichst großer Teil der eintretenden Luft auf einen umlaufend rotierenden Strömungsweg geleitet wird.
Das Einlassgehäuse 5 bildet und/oder umfasst einen Einlasskanal 29, der sich zwischen der Einströmöffnung 6 und einer Überströmöffnung 30 erstreckt, wobei der Einlasskanal 29 im Bereich der Überströmöffnung 30 mit dem Filtergrundgehäuse 4 verbunden wird. Im montierten Zustand liegt die Überströmöffnung 30, die das Ende des Einlasskanals 29 bildet, benachbart zur geschlossenen Endscheibe 9 des Filterelements 2. Die über den Einlasskanal 29 herangeführte Verbrennungsluft strömt nach dem Verlassen der Überströmöffnung 30 durch den Strömungsdurchgang 20 zwischen dem Außenumfang der geschlossenen Endscheibe 9 und der Innenseite der Außenwand des Filtergehäuses 3 bzw. bevorzugt wie hier gezeigt des Filtergrundgehäuses 4.
Der Einlasskanal 29 weist einen ersten Krümmungsabschnitt 5a, einen zwischenliegenden Kanalabschnitt 5b sowie einen zweiten Krümmungsabschnitt 5c auf, wobei im Bereich jedes Krümmungsabschnitts 5a, 5c der Einlasskanal 29 eine Richtungsänderung von 90° erfährt. Der erste Krümmungsabschnitt 5a, welcher sich an die Einströmöffnung 6 anschließt und in den zwischenliegenden Kanalabschnitt 5b mündet, weist im Bereich der Einströmöffnung 6 eine bevorzugt kreisrunde Querschnittsfläche auf, die sich im Übergang zum zwischenliegenden Kanalabschnitt 5b zu einer in axialer Richtung langgestreckten Querschnittsfläche ändert. An den zwischenliegenden Kanalabschnitt 5b, der die langgestreckte Querschnittsfläche aufweist, schließt sich der zweite Krümmungsabschnitt 5c an, der eine weitere 90°-Richtungsänderung vollführt und in die Überströmöffnung 30 mündet. Die Überströmöffnung 30 besitzt eine an die zugewandte Öffnung des Filtergrundgehäuses 4 angepasste Querschnittsform und Querschnittsfläche und ist entsprechend wie das Filtergrundgehäuse 4 längsgestreckt.
Die Querschnittsform des Einlasskanals 29 ändert sich über seine Länge in der Weise, dass der zwischen der runden Einströmöffnung 6 und der Überströmöffnung 30 liegende Kanalabschnitt 5b eine Querschnittsform aufweist, die sich sowohl von der Querschnittsform der Einströmöffnung 6 als auch von der Querschnittsform der Überströmöffnung 30 unterscheidet. Der Einlasskanal 29 besitzt einen düsenähnlichen Querschnittsverlauf, bei dem die Querschnittsform des zwischenliegenden Kanalabschnitts 5b gegenüber der Querschnittsform der Einströmöffnung 6 und der Überströmöffnung 30 abgeflacht ist. Im Ausführungsbeispiel weist der zwischenliegende Kanalabschnitt 5b eine Art Brotform auf, siehe hierzu auch 4.
Der zwischenliegende Kanalabschnitt 5b mit abgeflachter Querschnittsform ist in axialer Richtung zu der Überströmöffnung 30 hin, die eine erweiterte Querschnittsfläche besitzt, bzw. zu dem Strömungsweg 20 hin offen ausgebildet. In Längsrichtung des Einlasskanals 29 gesehen mündet der zwischenliegende Kanalabschnitt 5b in die Überströmöffnung 30. Der Kanalabschnitt 5b und Krümmungsabschnitt 5c sind bevorzugt zumindest in teilweiser Überdeckung mit dem Strömungsweg 20 angeordnet, d.h. entlang des Außenumfangs des Filtergehäuses 3 und/oder der Überströmöffnung 30.
Die Längsachse 150 durch die Einströmöffnung 6 kreuzt die Längsachse 15 des Filterelements 2, sie liegt entsprechend winklig, insbesondere annähernd unter einem 90°-Winkel (+/-20) zur Längsachse 15, bevorzugt mit seitlichem Abstand, nicht schneidend, zur Längsachse 15. Die Ausrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 15 entspricht einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur geschlossenen Endscheibe 9. Die Längsachse 150 durch die Einströmöffnung 6 kann im Wesentlichen in Richtung einer Langseite des Filtergehäuses 3 gerichtet sein, in diesem Fall entfällt der erste Krümmungsabschnitt 5a. Alternativ kann die Längsachse 150 durch die Einströmöffnung 6 wie in der gezeigten Ausführungsform in einem Winkel zur Längsseite, vorliegend ungefähr senkrecht zu dieser, entlang und bevorzugt beabstandet von der Kurzseite des Filtergrundgehäuses 4, verlaufen. Mittels des ersten Krümmungsabschnitts 5a wird eine Umlenkung in Radialrichtung auf die Längsachse 15 zu, insbesondere entlang der Längsseite des Strömungswegs 20, erreicht. Mittels des zweiten Krümmungsabschnitts 5c wird eine weitere Umlenkung um 90° in Richtung der Längsachse 15 erzielt.
Der erste Krümmungsabschnitt 5a des Einlasskanals 29 ist bevorzugt nicht mit einer konstanten Krümmung versehen, sondern setzt sich aus verschiedenen Teilen unterschiedlicher Krümmung zusammen, um eine druckverlustoptimierte Umlenkung erreichen zu können. In einem mittleren Teil 31 des ersten Krümmungsabschnitts 5a ist die Krümmung am größten, unmittelbar vor diesem mittleren Teil 31 und nach diesem mittleren Teil 31 des ersten Krümmungsabschnitts 5a ist die Krümmung dagegen geringer. Diese Maximalkrümmung im mittleren Teil 31 des ersten Krümmungsabschnitts 5a bewirkt eine entsprechend starke Richtungsänderung, wodurch Schmutzpartikel, die im Luftstrom mitgeführt werden, schon in Richtung der Innenseite der Einlasswand gelenkt werden, wodurch die Abscheidung dieser Schmutzpartikel in der Folge unterstützt wird. Die Umlenkung des Luftmassenstroms im zweiten Krümmungsabschnitt und parallel und bevorzugt zumindest teilweise in Überdeckung dazu in der Schmalseite des Filtergrundgehäuses 4 führt, wobei die beiden Bereiche bevorzugt durch den Strömungsweg 20 miteinander verbunden sind, in beiden Bereichen zu einem Transport von Partikeln nach außen. Dadurch entsteht nicht nur innerhalb des Filtergrundgehäuses 4, sondern auch schon in den noch im Einlassgehäuse 5 bzw. Kanalabschnitt 5b bzw. Krümmungsabschnitt 5c befindlichen Strömungsteilen eine Vorabscheidewirkung.
Die Verjüngung des freien Strömungsquerschnitts im Bereich des zwischenliegenden Kanalabschnitts 5b und die anschließende Erweiterung des Strömungsquerschnitts im Bereich des zweiten Krümmungsabschnitts 5c bewirkt einen Düseneffekt mit einer Strömungsbeschleunigung und einer anschließenden Strömungsberuhigung. Bei der beschleunigten Strömung werden die Schmutzpartikel aufgrund ihrer Trägheit nach außen getragen. Die anschließende Beruhigung der Luftströmung führt zu einer gleichmäßigen Anströmung des Filtermediumkörpers über dessen axiale Länge und Umfang.
4 entspricht der 2, wobei hier jedoch gestrichelt schematisch der insbesondere „brotförmige“ Strömungsquerschnitt 160 des Kanalabschnitts 5b dargestellt ist. Der Strömungsquerschnitt des Kanalabschnitts 5b weist eine insbesondere im Vergleich zum Querschnitt der Einströmöffnung 6 schmale, in Richtung der Längsachse 15 langgestreckte Form auf und ist in der gezeigten Ausführungsform an der Schnittebene, die ungefähr auf der in 3 gezeigten Position verläuft, bereits nach unten, d.h. zum Filterelement 2 hin, offen, wobei wie gezeigt an dieser Stelle vorteilhaft eine direkte, im Wesentlichen axiale Anströmung des Filterelements 2 von der Blende verhindert wird, so dass die Luft auf einen Strömungsweg entlang des Kanalabschnitts, insbesondere entlang des Strömungsdurchgangs 20, insbesondere zunächst entlang der Längsseite geführt wird. Die Höhe des Einlasskanals 29 sinkt entlang des Strömungswegs bzw. entlang des Umfangs des Filtergehäuses 3 zumindest entlang des Kanalabschnitts 5c. Dies bedeutet, dass der Einlasskanal 29, insbesondere der Kanalabschnitt 5b sowie bevorzugt der daran anschließende zweite Krümmungsabschnitt 5c eine entlang des Umfangs des Einlassgehäuses 5 bzw. des Filtergehäuses 3 verlaufende Rampe bilden, die einen entlang des Umfangs des Filtergehäuses 5 verteilten Übertritt der Strömung durch den Strömungsdurchgang 20 vom Einlassgehäuse 5 in das Filtergrundgehäuse 4 bewirkt und von den Leitschaufeln 21 unterstützt wird. Wie aus 3 ersichtlich, befindet sich die Blende 25 benachbart zu oder an der Stelle, an welcher der Einlasskanal 29 zum Filterelement 2 hin öffnet oder zu öffnen beginnt, wie vorliegend gezeigt, bevorzugt im Bereich der der Einströmöffnung 6 zugewandten Schmalseite von Filterelement 2 oder Filtergehäuse 3, wobei sich wie gezeigt die Blende auch über einen Anfangsteil der Längsseite in Strömungsrichtung erstreckt. So ist der zur Verfügung stehende Bauraum druckverlustoptimiert für die Strömung zur Verfügung gestellt. Die Blende 25 unterstützt dabei, einem größtmöglichen Teil der Gesamtströmung eine umlaufende Bahn aufzuprägen. Am Ende der Rampe bzw. am Ende des Einlasskanals 29, bevorzugt wie gezeigt am zweiten Krümmungsabschnitt 5 c, weitet der Einlasskanal 29 bevorzugt auf. Dies ermöglicht im Bereich starker Krümmung an der Schmalseite, dass ein Teil der Strömung bei der Richtungsänderung am zweiten Krümmungsabschnitt 5c über die Endscheibe 9 bzw. deren schmalseitigen Endbereich hinweg strömt. So kann der Druckverlust an dieser Stelle reduziert werden, ohne nennenswerte Einbußen beim Vorabscheidegrad in Kauf nehmen zu müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3816982 [0002]

Claims

Filtergehäuse für eine Filtereinrichtung, beispielsweise für einen Luftfilter, wobei das Filtergehäuse (3) ein Einlassgehäuse (5) stromauf eines Filterelements (2) aufweist, mit einer Einströmöffnung (6) im Einlassgehäuse (5) zum Einleiten eines zu reinigenden Fluids und mit einer Überströmöffnung (30) am Ausgang des Einlassgehäuses (5) zum Weiterleiten des Fluids zum Filterelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassgehäuse (5) einen Einlasskanal (29) zwischen der Einströmöffnung (6) und der Überströmöffnung (30) aufweist, wobei die Querschnittsform eines zwischenliegenden Kanalabschnitts (5b) des Einlasskanals (29), der zwischen Einström- und Überströmöffnung liegt, sich von der Querschnittsform der Einströmöffnung (6) und von der Querschnittsform der Überströmöffnung (30) unterscheidet.
Filtergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (29) mindestens einen Krümmungsabschnitt (5a, 5c) aufweist und im Bereich des Krümmungsabschnitts (5a, 5c) eine Richtungsänderung von mindestens 45°, bevorzugt von 90°, erfährt.
Filtergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (29) mindestens zwei Krümmungsabschnitte (5a, 5c) aufweist und im Bereich jedes Krümmungsabschnitts (5a, 5c) eine Richtungsänderung von mindestens 45° erfährt.
Filtergehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (29) im Bereich mindestens eines Krümmungsabschnitts (5a, 5c) eine Richtungsänderung von 90° oder annähernd 90° erfährt.
Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung mindestens eines Krümmungsabschnitts (5a, 5c) des Einlasskanals (29) nicht-konstant ist.
Filtergehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung in einem mittleren Teil (31) des Krümmungsabschnitts (5a, 5c) am größten ist.
Filtergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (29) in mindestens einem Kanalabschnitt (5b, 5c) einen entlang des Umfangs des Filtergehäuses (3) rampenförmigen Verlauf aufweist.
Filtergehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rampenförmige Verlauf derart ausgestaltet ist, dass entlang der Strömungsrichtung der Querschnitt in Axialrichtung des mindestens einen Kanalabschnitts (5b, 5c) abnimmt.
Filtergehäuse nach Anspruch 7 oder 8, wobei der rampenförmige Verlauf mindestens in einem Kanalabschnitt (5b) entlang der Längsseite eines ovalen Filtergehäuses (3) verläuft.
Filtergehäuse nach Anspruch 9, wobei der rampenförmige Verlauf in einem an den Kanalabschnitt (5b) anschließenden Krümmungsabschnitt (5c) fortgesetzt wird.
Filtergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmöffnung (30) des Einlasskanals (29) zumindest annähernd der Strömungsquerschnittsfläche und/oder der Querschnittsform eines Filtergrundgehäuses (4) zur Aufnahme des Filterelements (2) entspricht.
Filtergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnittsfläche der Überströmöffnung (30) größer ist als die Strömungsquerschnittsfläche der Einströmöffnung (6).
Filtergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des zwischen Einström- (6) und Überströmöffnung (30) liegenden Kanalabschnitts (5b) des Einlasskanals (29) gegenüber der Querschnittsform von Einström- (6) und/oder Überströmöffnung (30) abgeflacht ist.
Filtergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung (6) eine kreisrunde Querschnittsform oder eine runde oder ovale Querschnittsform mit einem Längen- zu Breitenverhältnis größer 0,5 bzw. kleiner 2 aufweist.
Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem im Filtergehäuse (3) aufgenommenen Filterelement (2).
Filtereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (2) einen ringförmigen Filtermediumkörper (7) umfasst.
Filtereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Filtermediumkörper (7) und das Filtergehäuse (3) eine ovale, langgestreckte Querschnittsform aufweisen.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Überströmöffnung (30) des Einlasskanals (29) der Querschnittsform des Filterelements (2) entspricht.
Filterelement für den Einbau in eine Filtereinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen.