DE102020103065A1

DE102020103065A1 - Luftfilter mit einem Primärluftauslass und einem Sekundärluftauslass sowie Filterelement hierfür

Info

Publication number: DE102020103065A1
Application number: DE102020103065.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schmid; Matthias Krohlow; Martin Sonntag; Steffen Pfannkuch; Martin Schmid; Christoph Wittmers; Robert Hasenfratz
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement (30) mit einem sternförmig gefalteten Filtermedium (32), das eine Längsachse (33) des Filterelements (30) ringförmig umgibt und das in einem ersten Umfangsbereich (64) Falten (60) mit einer ersten Faltenhöhe (66) in radialer Richtung aufweist, wobei das Filtermedium (32) von radial außen nach radial innen durchströmbar ist und einen, vorzugsweise zentralen, Primärluftdurchlass (46) aufweist, wobei das Filterelement (30) eine erste Endscheibe (36) mit einem Sekundärluftdurchlass (54) aufweist, wobei das Filtermedium (32) in einem zweiten Umfangsbereich Falten (60) mit einer gegenüber der ersten Faltenhöhe (66) reduzierten zweiten Faltenhöhe (70) aufweist, so dass ein Kanal (58) im Filtermedium (32) ausgebildet ist, der fluidisch mit dem Sekundärluftdurchlass (54) verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Luftfilter (10), aufweisend ein Filtergehäuse (12) mit einem Rohlufteinlass (18), einem Primärluftauslass (20) und einem Sekundärluftauslass (22), und ein solches Filterelement (30), das in dem Filtergehäuse (12) eine mit dem Rohlufteinlass (18) kommunizierende Rohseite (42) von einer Reinseite (44) trennt, wobei der Primärluftauslass (20) über den Primärluftdurchlass (46) und der Sekundärluftauslass (22) über den Sekundärluftdurchlass (54) mit der Reinseite (44) kommuniziert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Luftfilter mit einem Rohlufteinlass, einem Primärluftauslass und einem Sekundärluftauslass.
Stand der Technik
Luftfilter mit einem Primärluftauslass und einem Sekundärluftauslass für gefilterte Luft werden beispielsweise bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der Primärluftauslass dient typischerweise der Bereitstellung von (gefilterter) Reinluft zur Verwendung bei der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor. Der Sekundärluftauslass kann beispielsweise zur Bereitstellung von (gefilterter) Reinluft zur Verwendung in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors dienen, insbesondere zur Abgasnachbehandlung.
EP 1 451 464 B1 beschreibt einen Ansaugluftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Filtergehäuse, das einen Rohlufteinlass und einen Reinluftauslass sowie einen reinseitigen Sekundärluftauslass aufweist. Der Ansaugluftfilter weist einen in dem Filtergehäuse angeordneten, radial von außen nach innen durchströmten Ringfiltereinsatz auf. Der Ringfiltereinsatz weist an einem axialen Ende eine erste Endscheibe auf, die mindestens eine Öffnung aufweist, durch die der Reinluftauslass mit einem Inneren des Ringfiltereinsatzes kommuniziert. Der Ringfiltereinsatz weist an einem von der ersten Endscheibe abgewandten axialen Ende eine zweite Endscheibe auf, die mindestens eine Öffnung aufweist, durch die der Sekundärluftauslass mit dem Inneren des Ringfiltereinsatzes kommuniziert, wobei an der zweiten Endscheibe ein Anschlussstutzen ausgebildet ist.
Ein ähnlicher Luftfilter ist auch aus WO 2017/103048 A1 bekannt.
WO 2012/172017 A1 beschreibt ein Filterelement mit einem ringförmigen Filterkörper, der einen Innenraum in Umfangsrichtung umschließt. In einer Endscheibe des Filterelements ist ein Hauptanschluss, der mit dem Innenraum fluidisch verbunden ist, ausgebildet. Der Filterkörper weist einen Kanal auf, der sich axial erstreckt und der radial offen ist, wobei ein Nebenabschluss, der mit dem Innenraum fluidisch verbunden ist, im Bereich des Kanals angeordnet ist. Ein Kanalboden des Kanals kann durch flächig aneinander anliegende Endfalten des Filtermaterials gebildet sein, wobei die Endfalten tangential bezüglich eines um die Längsmittelachse des Filterkörpers verlaufenden Kreises orientiert sind.
Aus DE 10 2014 006 117 B4 ist ein als ein Flachfilter ausgeführtes Filterelement bekannt, wobei ein Filtermediumkörper des Filterelements gebogen ausgebildet ist und einen Strömungsraum zumindest teilweise umschließt. Der innenliegende Strömungsraum kommuniziert über einen Strömungsstutzen mit der Außenseite am Filterelement. Der Strömungsstutzen ragt bezogen auf seine Längsachse radial zur Hälfte in eine randseitige offene Ausnehmung in den Filtermediumkörper ein und ragt teilweise über eine Endscheibe hinaus.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Luftfilter mit einem Primärluftauslass und einem Sekundärluftauslass sowie ein Filterelement hierfür anzugeben, bei dem eine Durchströmung des Primärluftauslasses von einer Durchströmung des Sekundärluftauslasses nicht wesentlich beeinflusst wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie einen Luftfilter gemäß Anspruch 13 gelöst. In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner ein Verfahren zum Montieren eines Luftfilters mit einem Primärluftauslass und einem Sekundärluftauslass, das die in Anspruch 15 angegebenen Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen bzw. Varianten sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
Erfindungsgemäßes Filterelement
Erfindungsgemäß ist ein Filterelement vorgesehen. Das Filterelement weist ein Filtermedium auf. Das Filtermedium umgibt eine Längsachse des Filterelements ringförmig. Für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung beziehen sich Richtungsangaben wie beispielsweise radial, axial oder exzentrisch - wenn nicht anders angegeben - auf die Längsachse des Filterelements. Das Filtermedium ist von radial außen nach radial innen durchströmbar. Mithin ist eine Reinseite des Filterelements radial innerhalb des Filtermediums ausgebildet. Das Filtermedium kann aus Cellulosefasern, synthetischen Fasern, Glasfasern oder Mischmedien aus den genannten Fasertypen bestehen.
Das Filtermedium ist sternförmig gefaltet. Dadurch kann eine wirksame Filterfläche des Filtermediums vergrößert werden, ohne die Außenabmessungen des Filterelements zu erhöhen. Falzkanten und Falten des Filtermediums verlaufen typischerweise in axialer Richtung. Unter einer Falte wird der Bereich zwischen zwei benachbarten Falzkanten verstanden. Eine Falte ist durch eine radial innere und eine radial äußere Falzkante begrenzt. Die Falten schließen typischerweise jeweils einen spitzen Winkel mit einer die Längsachse enthaltenden Ebene ein. Typischerweise verlaufen die Falzkanten parallel zur Längsachse. Vorzugsweise weisen alle radial äußeren Falzkanten des Filtermediums den gleichen Abstand von der Längsachse auf.
Das Filtermedium weist in einem ersten Umfangsbereich Falten mit einer ersten Faltenhöhe in radialer Richtung auf. Die Faltenhöhe wird mit anderen Worten in radialer Richtung gemessen. Typischerweise besitzen alle Falten im ersten Umfangsbereich die gleiche Faltenhöhe. Alle radial inneren Falzkanten im ersten Umfangsbereich können den gleichen Abstand von der Längsachse aufweisen.
Das Filterelement weist einen Primärluftdurchlass auf. Der Primärluftdurchlass ist vorzugsweise zentral, insbesondere koaxial zur Längsachse, am Filterelement ausgebildet. Gefilterte Luft (Reinluft) kann durch den Primärluftdurchlass aus dem Inneren des Filterelements, d.h. von der Reinseite, herausströmen bzw. abgezogen werden.
Das Filterelement weist eine erste Endscheibe auf. Die erste Endscheibe ist an einer ersten Stirnseite des Filtermediums angeordnet. Die erste Endscheibe ist grundsätzlich dichtend, typischerweise stoffschlüssig, mit dem Filtermedium verbunden. Das Filtermedium kann mit der ersten Endscheibe verschweißt (vorzugsweise durch thermisches Plastifizieren der ersten Endscheibe, insbesondere mittels Infrarotstrahlung), verklebt oder in die erste Endscheibe eingeschäumt sein. Die erste Endscheibe weist typischerweise eine ringförmig umlaufende Frontfläche auf, die sich in einer, vorzugsweise zur Längsachse senkrechten, Ebene erstreckt. Die erste Endscheibe kann aus Kunststoff oder Polyurethanschaum bestehen.
An der ersten Endscheibe ist ein Sekundärluftdurchlass ausgebildet. Durch den Sekundärluftdurchlass kann - unabhängig vom Primärluftdurchlass - gefilterte Luft (Reinluft) aus dem Inneren des Filterelements, d.h. von der Reinseite, herausströmen bzw. abgezogen werden. Der Sekundärluftdurchlass kann als ein Durchbruch in der ersten Endscheibe ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß weist das Filtermedium in einem zweiten Umfangsbereich Falten mit einer gegenüber der ersten Faltenhöhe reduzierten zweiten Faltenhöhe auf. Dadurch ist ein Kanal im Filtermedium ausgebildet. Der Kanal ist fluidisch mit dem Sekundärluftdurchlass verbunden. Der Kanal ist auf der Reinseite des Filterelements angeordnet. Nach radial außen ist der Kanal durch die Falten mit der reduzierten zweiten Faltenhöhe begrenzt. Dadurch kann gefilterte Luft durch das Filtermedium im zweiten Umfangsbereich direkt in den Kanal strömen. Der Kanal bildet mit anderen Worten einen Teil der Reinseite aus. Der Kanal erstreckt sich typischerweise parallel zur Längsachse. Vorzugsweise ist der Kanal in axialer Richtung durchgängig ausgebildet. Typischerweise besitzen alle Falten im zweiten Umfangsbereich die gleiche Faltenhöhe. Alle radial inneren Falzkanten im zweiten Umfangsbereich können den gleichen Abstand von der Längsachse aufweisen.
Der mit dem Sekundärluftdurchlass kommunizierende Kanal erlaubt eine von dem Primärluftdurchlass räumlich getrennte Abzweigung eines Sekundärluftstroms von der Reinseite des Filterelements. Dadurch kann eine Beeinflussung der Durchströmung des Primärluftdurchlasses durch die Durchströmung des Sekundärluftdurchlasses zumindest verringert oder vorzugsweise vermieden werden. Insbesondere kann durch die separaten Reinluftdurchlässe erreicht werden, dass ein Geschwindigkeitsprofil der Luftströmung in einem Primärluftauslass eines Filtergehäuses mit dem Filterelement qualitativ nicht oder zumindest nicht nennenswert dadurch beeinflusst wird, ob Luft durch den Sekundärluftdurchlass und einen zugeordneten Sekundärluftauslass des Filtergehäuses strömt oder nicht bzw. wie groß ein Volumenstrom bzw. Massenstrom von Reinluft durch den Sekundärluftdurchlass ist.
Die zweite Faltenhöhe kann wenigstens 10 %, bevorzugt wenigstens 20 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 %, der ersten Faltenhöhe betragen. Typischerweise beträgt die zweite Faltenhöhe höchstens 70 %, bevorzugt höchstens 60 %, besonders bevorzugt höchstens 50 %, der ersten Faltenhöhe. Durch Letzteres kann einerseits erreicht werden, dass sich der Kanal ausreichend weit nach radial außen erstreckt. Durch Ersteres kann erreicht werden, dass auch im zweiten Umfangsbereich eine möglichst große wirksame Filterfläche eingerichtet ist.
Im zweiten Umfangsbereich können wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens sechs, Falten ausgebildet sein. Dadurch wird ein ausreichend breiter Kanal erhalten. Typischerweise sind im zweiten Umfangsbereich höchstens 20 Falten ausgebildet. Eine übermäßige Verbreiterung des Kanals auf Kosten der wirksamen Filterfläche des Filtermediums kann dadurch vermieden werden.
Vorzugsweise ist in dem Kanal ein Stützkörper angeordnet. Die Form des Kanals kann durch den Stützkörper definiert werden. Insbesondere kann der Stützkörper vermeiden, dass in Umfangsrichtung an den Kanal angrenzende Falten des ersten Umfangsbereichs den Kanal in unerwünschter Weise verschmälern. Ferner kann der Stützkörper die Falten des zweiten Umfangsbereichs auf ihrer radialen Position halten.
Radial innen am Filtermedium kann ein Stützrohr angeordnet sein. Das Stützrohr kann das Filtermedium stabilisieren. Insbesondere kann das Stützrohr ein Kollabieren des Filtermediums nach radial innen und ein axiales Stauchen des Filtermediums verhindern. Das Stützrohr kann axial verlaufende Stege und in Umfangsrichtung verlaufende Stege aufweisen.
Der Stützkörper kann an dem Stützrohr gehalten sein. Vorzugsweise ist der Stützkörper einstückig mit dem Stützrohr ausgebildet. Dies kann die Fertigung des Filterelements vereinfachen.
Besonders bevorzugt ist die erste Endscheibe in einer definierten Drehstellung an den Stützkörper gehalten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Sekundärluftdurchlass der ersten Endscheibe korrespondierend zum Kanal ausgerichtet ist.
Das Filterelement kann weiterhin eine Abdeckung aufweisen, die den Kanal radial innen abschnittsweise abdeckt. Vorzugsweise ist eine Einströmöffnung in den Kanal von dem Primärluftdurchlass entfernt angeordnet. Die Einströmöffnung ist durch den nicht abgedeckten Bereich des Kanals gebildet. Dadurch kann eine Beeinflussung der Durchströmung des Primärluftdurchlasses durch die Durchströmung des Sekundärluftdurchlasses weiter verringert werden. Die Abdeckung kann an dem Stützrohr bzw. dem Stützkörper gehalten sein. Insbesondere kann die Abdeckung einstückig mit dem Stützrohr und/ oder dem Stützkörper ausgebildet sein.
Das Filterelement kann weiterhin eine zweite Endscheibe aufweisen. Die zweite Endscheibe ist an einer von der ersten Stirnseite abgewandten zweiten Stirnseite des Filtermediums angeordnet. Die zweite Endscheibe kann wie die erste Endscheibe mit dem Filtermedium verbunden sein. Die zweite Endscheibe kann aus Kunststoff oder Polyurethanschaum bestehen.
Der Primärluftdurchlass kann an der zweiten Endscheibe ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die zweite Endscheibe jedoch geschlossen ausgebildet. In diesem Fall ist der Primärluftdurchlass an der ersten Endscheibe ausgebildet.
Der Primärluftdurchlass kann insbesondere durch einen zentralen, vorzugsweise zur Längsachse koaxialen, Durchbruch in der ersten bzw. zweiten Endscheibe ausgebildet sein. Im Bereich des Primärluftdurchlasses kann ein Dichtelement an der ersten bzw. zweiten Endscheibe gehalten, insbesondere an die erste bzw. zweite Endscheibe angespritzt, sein. Das Dichtelement kann aus Elastomer oder Polyurethanschaum bestehen. Vorzugsweise ist der Primärluftdurchlass von einem Vorsprung ringförmig umgeben. Der Vorsprung kann das Filterelement relativ zum Primärluftauslass an einem Filtergehäuse zentrieren. Der Vorsprung kann insbesondere über einen ebenen Frontabschnitt der ersten bzw. zweiten Endscheibe vorstehen (von dem Frontabschnitt abragen). Das Dichtelement kann an dem Vorsprung gehalten bzw. an den Vorsprung angespritzt sein. Der Frontabschnitt kann sich in einer zu der Längsachse senkrechten Ebene erstrecken.
Vorzugsweise ist der Sekundärluftdurchlass an einem exzentrisch vom Filterelement abstehenden Durchlassstutzen ausgebildet. Mit anderen Worten ragt der Durchlassstutzen von dem Filterelement, insbesondere von der ersten Endscheibe, ab. Zumindest ein von dem Filtermedium abgewandtes freies Ende des Durchlassstutzens, vorzugsweise der gesamte Durchlassstutzen, ist nicht auf der Längsachse angeordnet. Der Durchlassstutzen kann die Verbindung des Sekundärluftdurchlasses mit einem Sekundärluftauslass eines Filtergehäuses vereinfachen.
Der Durchlassstutzen kann einen gebogenen Abschnitt aufweisen. Vorzugsweise erstreckt sich der Durchlassstutzen jedoch insgesamt geradlinig. Insbesondere kann sich der Durchlassstutzen parallel zur Längsachse von einem Frontabschnitt der ersten Endscheibe weg erstrecken. Dies kann die Montage des Filterelements in einem Filtergehäuse vereinfachen. Der Frontabschnitt erstreckt sich typischerweise in einer zu der Längsachse senkrechten Ebene.
Der Durchlassstutzen kann zum Kanal hin bündig mit der ersten Endscheibe abschlie-ßen. Alternativ kann der Durchlassstutzen in den Kanal hineinragen.
Am freien Ende des Durchlassstutzens kann ein Dichtelement gehalten sein. Bei einem Austausch des Filterelements wird das Dichtelement somit mit ausgetauscht. Dadurch kann erreicht werden, dass die Verbindung des Durchlassstutzens mit dem Sekundärluftauslass des Filtergehäuses nach dem Austausch des Filterelements die geforderten Dichtigkeitseigenschaften aufweist. Das Dichtelement kann aus Elastomer oder Polyurethanschaum bestehen. Vorzugsweise ist das Dichtelement an den Durchlassstutzen angespritzt.
In Sonderfällen kann das Filterelement mehr als einen Sekundärluftdurchlass bzw. Durchlassstutzen aufweisen. Die mehreren Sekundärluftdurchlässe können fluidisch mit einem gemeinsamen Kanal verbunden sein. Alternativ können mehrere Kanäle in mehreren zweiten Umfangsbereichen ausgebildet sein, insbesondere wobei für jeden der mehreren Sekundärluftdurchlässe ein eigener Kanal vorgesehen ist.
Erfindungsgemäßer Luftfilter
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner ein Luftfilter. Der Luftfilter weist ein Filtergehäuse mit einem Rohlufteinlass, einem Primärluftauslass und einem Sekundärluftauslass auf. Weiterhin weist der Luftfilter ein oben beschriebenes, erfindungsgemäßes Filterelement auf, das in dem Filtergehäuse eine mit dem Rohlufteinlass kommunizierende Rohseite von einer Reinseite trennt. Die Rohseite und die Reinseite können auch als ein Rohraum bzw. Reinraum bezeichnet werden. Durch den Rohlufteinlass strömt im Betrieb des Luftfilters zu filternde Rohluft in die Rohseite des Gehäuses. Von der Rohseite gelangt die Luft durch das Filtermedium hindurch auf die Reinseite, wobei Schmutzpartikel aus der Luft abgeschieden und im Filtermedium zurückgehalten werden können.
Erfindungsgemäß kommunizieren der Primärluftauslass über den Primärluftdurchlass und der Sekundärluftauslass über den Sekundärluftdurchlass mit der Reinseite. Mit anderen Worten ist der Primärluftauslass über den Primärluftdurchlass fluidisch mit der Reinseite verbunden; der Sekundärluftauslass ist über den Sekundärluftdurchlass fluidisch mit der Reinseite verbunden. Im Betrieb des Luftfilters kann gefilterte Reinluft von der Reinseite über den Primärluftauslass und den Sekundärluftauslass aus dem Luftfilter abgezogen werden bzw. aus dem Luftfilter herausströmen. Dabei ist ein Volumenstrom bzw. Massenstrom von durch den Primärluftauslass strömender Reinluft typischerweise wesentlich größer als ein Volumenstrom bzw. Massenstrom von durch den Sekundärluftauslass strömender Reinluft. Durch die erfindungsgemäße bauliche Trennung des Sekundärluftdurchlasses von dem Primärluftdurchlass am Filterelement kann eine Beeinflussung der Durchströmung des Primärluftauslasses durch die Durchströmung des Sekundärluftauslasses vermieden oder zumindest weitestgehend verringert werden.
Der Luftfilter kann Teil eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sein. Über den Primärluftauslass kann der Verbrennungsmotor mit gefilterter Verbrennungsluft versorgt werden, insbesondere wobei anschließend an den Primärluftauslass ein Luftmassenmesser angeordnet ist. Über den Sekundärluftauslass kann beispielsweise eine Abgasnachbehandlungseinrichtung an den Luftfilter angeschlossen sein und bei Bedarf mit gefilterter Reinluft versorgt werden.
Wenn der Sekundärluftdurchlass an einem exzentrisch vom Filterelement abstehenden Durchlassstutzen ausgebildet ist, kann der Durchlassstutzen dichtend mit einem Auslassstutzen des Filtergehäuses verbunden sein. An dem Auslassstutzen ist der Sekundärluftauslass ausgebildet. Insbesondere kann der Auslassstutzen den Sekundärluftauslass ringförmig umgeben. Der Auslassstutzen steht typischerweise über eine Gehäusewand des Filtergehäuses nach innen vor. Mit anderen Worten ragt der Auslassstutzen typischerweise von der Gehäusewand in einen Gehäuseinnraum des Filtergehäuses hinein. Zwischen Auslassstutzen und dem Durchlassstutzen kann ein Dichtelement angeordnet sein. Der Auslassstutzen am Filtergehäuse kann einerseits die Montage des Filterelements im Filtergehäuse vereinfachen. Andererseits kann der Auslassstutzen das Anschließen einer mit Sekundärluft zu versorgenden Einrichtung am Luftfilter vereinfachen. Hierzu kann der Auslassstutzen nach außen über die Gehäusewand vorstehen. In Sonderfällen kann der Auslassstutzen nach innen und/oder außen bündig mit der Gehäusewand abschließen.
Erfindungsgemäßes Montageverfahren
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt weiterhin ein Verfahren zum Montieren eines erfindungsgemäßen Luftfilters, bei dem ein exzentrischer Durchlassstutzen, an welchem der Sekundärluftdurchlass ausgebildet ist, dichtend mit einem Auslassstutzen des Filtergehäuses verbunden ist. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Einsetzen des Filterelements in ein Gehäuseelement des Filtergehäuses,
b) Drehen des Filterelements um die Längsachse, so dass der Durchlassstutzen und der Auslassstutzen dicht miteinander verbunden werden.

Vor der Durchführung von Schritt a) können ggf. das Gehäuseelement und ein weiteres Gehäuseelement voneinander gelöst werden. Dadurch wird ein Zugang zum Einsetzen des Filterelements in den Gehäusetopf geschaffen. Das Gehäuseelement kann ein Gehäusetopf oder ein Gehäusedeckel sein. Das weitere Gehäuseelement kann entsprechend ein Gehäusedeckel oder ein Gehäusetopf sein.
Im Schritt a) wird das Filterelement an dem Gehäuseelement angeordnet. An dem Gehäuseelement sind grundsätzlich der Primärluftauslass und der Sekundärluftauslass ausgebildet. Vorzugsweise wird das Filterelement in axialer Richtung in das Gehäuseelement eingesetzt. Dabei wird typischerweise der Primärluftdurchlass des Filterelements mit dem Primärluftauslass des Gehäuseelements verbunden. Der Durchlassstutzen und der Auslassstutzen sind dabei grundsätzlich in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet. Die in Schritt a) einzurichtende Axialposition des Filterelements im Filtergehäuse kann durch einen Axialanschlag definiert sein.
Im Schritt b) wird der Durchlassstutzen dicht mit dem Auslassstutzen verbunden. Hierdurch wird eine fluidische Verbindung des Sekundärluftauslasses mit der Reinseite des Filterelements über den Sekundärluftdurchlass am Durchlassstutzen und den Kanal im doppelwandigen Abschnitt der ersten Endscheibe eingerichtet. Diese Verbindung wird auf einfache Weise durch Drehen des Filterelements erhalten.
Vorzugsweise ist die in Schritt b) einzurichtende Drehendstellung durch einen Drehanschlag zwischen dem Filtergehäuse und dem Filterelement definiert. Der Drehanschlag ist typischerweise an dem Gehäuseelement ausgebildet. Der Drehanschlag kann das Filterelement in der Drehendstellung halten. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die dichte Verbindung des Durchlassstutzens mit dem Auslassstutzen im Betrieb des Luftfilters nicht unbeabsichtigt löst. Insbesondere kann das Filterelement am Filtertopf verrastet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Montage des Filterelements in zwei einfache Teilbewegungen unterteilt. Gleichzeitig vermeidet die hierbei eingerichtete dichte Verbindung des Auslassstutzens mit dem Durchlassstutzen, dass die Reinseite und die Rohseite ungewollt durch den Sekundärluftdurchlass miteinander kommunizieren können. Mithin wird einerseits eine Leckage von Reinluft von der Reinseite auf die Rohseite und andererseits ein Einströmen von ungefilterter Rohluft von der Rohseite auf die Reinseite vermieden.
Typischerweise werden in Schritt c) das Gehäuseelement und das weitere Gehäuseelement miteinander verbunden. Hierdurch wird das Filtergehäuse nach außen verschlossen.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. In der Zeichnung zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Luftfilter mit einem Filtergehäuse, an dem ein Primärluftauslass und ein Sekundärluft ausgebildet sind, und mit einem erfindungsgemäßen Filterelement mit einem Primärluftdurchlass und einem Sekundärluftdurchlass, das in dem Filtergehäuse angeordnet ist und das ein sternförmig gefaltetes Filtermedium aufweist, bei dem durch Falten mit einer reduzierten Faltenhöhe ein reinseitiger Kanal ausgebildet ist, der abschnittsweise von einer Abdeckung nach radial innen verschlossen ist und der über den Sekundärluftdurchlass mit dem Sekundärluftauslass kommuniziert, in einer schematischen Schnittansicht;
2 das Filterelement des Luftfilters von 1 in einer vergrößerten schematischen Schnittansicht;
3 das Filterelement des Luftfilters von 1 in einer weiteren, gegenüber 2 um 90° gedrehten schematischen Schnittansicht;
4 das Filterelement des Luftfilters von 1 in einer schematischen Perspektivansicht;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Montageverfahrens;
6 ein weiteres erfindungsgemäßes Filterelement für einen erfindungsgemäßen Luftfilter, das ähnlich wie das Filterelement von 2 aufgebaut ist, bei dem jedoch der Kanal nach radial innen nicht abgedeckt ist, in einer schematischen Schnittansicht;
7 das Filterelement von 6 in einer weiteren gegenüber 6 um 90° gedrehten schematischen Schnittansicht.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Luftfilter 10. Der Luftfilter 10 weist ein Filtergehäuse 12 auf. Das Filtergehäuse 12 kann einen Gehäusetopf 14 und einen Gehäusedeckel 16 umfassen. Das Filtergehäuse 12 ist in 1 stark abstrahiert dargestellt. Der Gehäusetopf 14 und der Gehäusedeckel 16 sind für einen Betrieb des Luftfilters 10 dicht miteinander verbunden. Das Filtergehäuse 12 weist einen Rohlufteinlass 18, einen Primärluftauslass 20 und einen Sekundärluftauslass 22 auf. Der Primärluftauslass 20 und der Sekundärluftauslass 22 sind hier an dem Gehäusetopf 14 ausgebildet. Der Rohlufteinlass 18 ist vorliegend an dem Gehäusedeckel 16 ausgebildet. Das Filtergehäuse 12 kann diagonal geteilt sein, wie dies schematisch durch Wellenlinien angedeutet ist. Die Durchströmung des Filtergehäuses 12 ist durch Pfeile angedeutet.
Der Sekundärluftauslass 22 kann an einem Auslassstutzen 24 ausgebildet sein. Der Auslassstutzen 24 ragt bei der dargestellten Ausführungsform des Luftfilters 10 einerseits nach außen vom Filtergehäuse 12 ab und andererseits nach innen ins Filtergehäuse 12 hinein.
Der Primärluftauslass 20 kann an einem weiteren Auslassstutzen 26 ausgebildet sein. Der weitere Auslassstutzen 26 ragt bei der dargestellten Ausführungsform des Luftfilters 10 einerseits nach außen vom Filtergehäuse 12 ab und andererseits nach innen ins Filtergehäuse 12 hinein.
Der Rohlufteinlass 18 kann an einem Einlassstutzen 28 ausgebildet sein. Der Einlassstutzen 28 ragt bei der dargestellten Ausführungsform des Luftfilters 10 nach außen vom Filtergehäuse 12 ab.
Der Luftfilter 10 weist ferner ein Filterelement 30 auf. Das Filterelement 30 ist in 2 in einer gegenüber 1 vergrößerten Schnittansicht und in 3 in einer um 90° gedrehten Schnittansicht dargestellt. 4 zeigt das Filterelement 30 in einer Perspektivansicht.
Das Filterelement 30 weist ein Filtermedium 32 auf. Das Filtermedium 32 umgibt eine Längsachse 33 des Filterelements 30 ringförmig. Das Filterelement 30 ist von radial außen nach radial innen durchströmbar. Das Filtermedium 32 ist sternförmig gefaltet. An einer ersten Stirnseite 34 weist das Filterelement 30 eine erste Endscheibe 36 auf. An einer zweiten Stirnseite 38 weist das Filterelement 30 eine zweite Endscheibe 40 auf. Die erste und die zweite Stirnseite 34, 38 liegen an einander axial entgegengesetzten Enden des Filterelements 30. Die erste und die zweite Endscheibe 36, 40 sind jeweils luftdicht mit dem Filtermedium 32 verbunden, beispielsweise verschweißt.
Innerhalb des Filtergehäuses 12 trennt das Filterelement 30 eine Rohseite 42 von einer Reinseite 44. Die Rohseite 42 ist der Raum außerhalb des Filterelements 14. Die Reinseite 44 ist der Raum innerhalb des Filtermediums 32 und zwischen den Endscheiben 36, 40. Die zweite Endscheibe 40 ist zur Trennung der Rohseite 42 von der Reinseite 44 geschlossen ausgebildet. Die Rohseite 42 kann auch als ein Rohraum und die Reinseite 44 als Reinraum bezeichnet werden. Im Betrieb des Luftfilters 10 strömt zu filternde Rohluft durch den Rohlufteinlass 18 auf die Rohseite 42. Von der Rohseite 42 strömt die Luft durch das Filtermedium 32 und gelangt als gefilterte Reinluft auf die Reinseite 44.
Die erste Endscheibe 36 weist einen Primärluftdurchlass 46 auf. Der Primärluftdurchlass 46 ist durch einen Durchbruch in der ersten Endscheibe 36 gebildet. Über den Primärluftdurchlass 46 kommuniziert die Reinseite 44 mit dem Primärluftauslass 20. Der Primärluftdurchlass 46 kann von einem ringförmigen Vorsprung 48 umgeben sein. Der Vorsprung 48 steht in axialer Richtung über einen Frontabschnitt 50 der ersten Endscheibe 36 vor. Der Frontabschnitt 50 erstreckt sich hier in einer zur Längsachse 33 senkrechten Ebene. An dem Vorsprung 48 kann ein Dichtelement 52 gehalten sein, insbesondere an den Vorsprung 48 angespritzt sein. Das Dichtelement 52 dichtet den Primärluftauslass 20, hier den weiteren Auslassstutzen 26, gegenüber der ersten Endscheibe 36 ab. Der Primärluftdurchlass 46 und der Vorsprung 48 können koaxial zur Längsachse 33 angeordnet sein.
Das Filterelement 30 weist einen Sekundärluftdurchlass 54 auf. Der Sekundärluftdurchlass 54 ist an einem Durchlassstutzen 56 ausgebildet. Der Durchlassstutzen 56 erstreckt sich hier geradlinig und parallel zur Längsachse 33 von dem Frontabschnitt 50 weg. Der Vorsprung 48 und der Durchlassstutzen 56 können einstückig mit der ersten Endscheibe 36 ausgebildet sein.
In dem Filtermedium 32 ist ein Kanal 58 ausgebildet. Der Kanal 58 ist fluidisch mit dem Sekundärluftdurchlass 54 verbunden. Der Sekundärluftauslass 20 kommuniziert über den Sekundärluftdurchlass 54 mit dem Kanal 58. Der Auslassstutzen 24, an dem der Sekundärluftauslass 22 ausgebildet ist, ist luftdicht mit dem Durchlassstutzen 56, an dem der Sekundärluftdurchlass 54 ausgebildet ist, verbunden. Zwischen dem Auslassstutzen 24 und dem Durchlassstutzen 56 kann ein in 1 nicht näher dargestelltes Dichtelement angeordnet sein. Das Dichtelement kann an dem Durchlassstutzen 56 gehalten, vorzugsweise an diesen angespritzt sein.
Zur Ausbildung des Kanals 58 weist das Filtermedium 32 Falten 60 (vergleiche insbesondere 4) mit unterschiedlichen Faltenhöhen auf. Die Falten 60 werden radial außen und radial innen jeweils durch eine Falzkante 62, 63 begrenzt. In einem ersten Umfangsbereich 64 weisen die Falten 60 eine erste Faltenhöhe 66 auf. In einem zweiten Umfangsbereich 68 weisen die Falten 60 eine zweite Faltenhöhe 70 auf. Die zweite Faltenhöhe 70 ist kleiner als die erste Faltenhöhe 66. Die Faltenhöhen 66, 70 werden in radialer Richtung gemessen. Durch die im zweiten Umfangsbereich 68 kleinere zweite Faltenhöhe 70 ist in dem zweiten Umfangsbereich 68 der Kanal 58 ausgebildet. In Umfangsrichtung kann der Kanal 58 durch die jeweils unmittelbar angrenzenden Falten 60 des ersten Umfangsbereichs 64 begrenzt werden.
Die radial äußeren Falzkanten 62 sind hier allesamt im gleichen Abstand zur Längsachse 33 angeordnet. Die radial inneren Falzkanten 63 sind im ersten Umfangsbereich 64 näher an der Längsachse 33 angeordnet als im zweiten Umfangsbereich 68. Die radial inneren Falzkanten 63 des ersten Umfangsbereichs 64 können jeweils denselben Abstand von der Längsachse 33 aufweisen. Ebenso können die radial inneren Falzkanten 63 des zweiten Umfangsbereichs 68 jeweils denselben Abstand von der Längsachse 33 aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform des Filterelements 30 beträgt die zweite Faltenhöhe 70 ca. 25 % der ersten Faltenhöhe 66. Im zweiten Umfangsbereich 68 können mehr als sechs; beispielsweise acht; Falten 60 mit der zweiten Faltenhöhe 66 ausgebildet sein. Da der Kanal 58 nach radial außen durch die Falten 60 des zweiten Umfangsbereichs 68 begrenzt ist, bildet der Kanal 58 einen Teil der Reinseite 44.
In dem Kanal 58 kann ein Stützkörper 72 angeordnet sein. Der Stützkörper 72 kann sich über die gesamte axiale Länge des Kanals 58 oder (wie dargestellt) nur über einen Teilbereich, insbesondere einen an den Sekundärluftdurchlass 54 angrenzenden Teilbereich, des Kanals 58 erstrecken. Radial außen und seitlich (in Umfangsrichtung) kann der Stützkörper 72 geschlossen mit Seitenwänden 73a, 73b und einer Außenwand 73c ausgebildet sein. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform können die Seitenwände 73a, 73b und/oder die Außenwand 73c Durchbrechungen aufweisen. Nach radial innen kann der Kanal 58 abschnittsweise durch eine Abdeckung 74 verschlossen sein, vergleiche insbesondere 4. Die Abdeckung 74 ist hier im dem Primärluftdurchlass 46 nahen Bereich des Kanals 58 angeordnet. Eine nicht abgedeckte Einströmöffnung 76 in den Kanal 58 ist daher weit von dem Primärluftdurchlass 46 entfernt.
Das Filterelement 30 weist hier ein Stützrohr 78 auf. Das Stützrohr 78 ist radial innen am Filtermedium 32 angeordnet. Das Stützrohr 78 erstreckt sich von der ersten Endscheibe 36 zur zweiten Endscheibe 40. Das Stützrohr 78 kann axial verlaufende Stege 80 und in Umfangsrichtung verlaufende Stege 82 aufweisen. Zwischen den Stegen 70, 72 sind durchströmbare Fenster 84 ausgebildet. Die Abdeckung 74 kann einstückig mit dem Stützrohr 78 und/oder dem Stützkörper 72 ausgebildet sein. Die Abdeckung 78 kann an einem der axial verlaufenden Stege 80 angeordnet sein.
Der Stützkörper 72 kann an dem Stützrohr 78 gehalten sein. Hier ist der Stützkörper 72 einstückig mit dem Stützrohr 78 ausgebildet. Die erste Endscheibe 36 kann in einer definierten Drehstellung bezüglich der Längsachse 33 an dem Stützrohr 78 gehalten sein. Dadurch kann bei der Montage des Filterelements 30 sichergestellt werden, dass der Sekundärluftdurchlass 54 in dem zweiten Umfangsbereich 66 an dem Kanal 58 positioniert wird.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Montageverfahrens für einen Luftfilter. Das Verfahren wird nachfolgend am Beispiel des oben beschriebenen Luftfilters 10, siehe auch 1 bis 4, beschrieben.
In einem ersten Schritt 102 wird das Filterelement 30 in den Gehäusetopf 14 des Filtergehäuses 12 eingesetzt. Der Gehäusedeckel 16 ist hierzu von dem Gehäusetopf 14 abgenommen. Das Einsetzen des Filterelements 30 geschieht typischerweise in einer im Wesentlichen geradlinigen Bewegung entlang der Längsachse 33. Beim Einsetzen weist der Durchlassstutzen 56 des Filterelements 30 grundsätzlich nicht zu dem Sekundärluftauslass 22 bzw. dem Auslassstutzen 24. Hierbei wird die erste Endscheibe 36 auf den weiteren Auslassstutzen 26 aufgesteckt, wobei eine luftdichte Verbindung zwischen dem weiteren Auslassstutzen 26 und der ersten Endscheibe 36 um den Primärluftdurchlass 46 herum erhalten werden kann.
In einem anschließenden Schritt 104 wird das Filterelement 30 gegenüber dem Filtertopf 14 um die Längsachse 33 gedreht, bis der Durchlassstutzen 56 und der Sekundärluftauslass 22 bzw. Auslassstutzen 24, korrespondierend zueinander ausgerichtet sind. Dadurch wird eine dichte Verbindung zwischen dem Durchlassstutzen 56 und dem Auslassstutzen 24 eingerichtet. Insbesondere kann hierbei ein (in 1 nicht näher dargestelltes) Dichtelement zwischen dem Durchlassstutzen 56 und Auslassstutzen 24 angeordnet werden. Die Radialposition des Filterelements 30 im Gehäusetopf 14 kann durch die Führung des Vorsprungs 48, welcher den Primärluftdurchlass 46 umgibt, an dem weiteren Auslassstutzen 26 festgelegt sein. Vorzugsweise wird die im Schritt 104 eingerichtete Drehendstellung des Filterelements 30, in der der Durchlassstutzen 56 mit dem Auslassstutzen 24 korrespondiert, durch Verrasten eines (in 1 bis 4 nicht näher dargestellten) Halteelements des Filterelements 30 am Gehäusetopf 14 gesichert.
Abschließend wird in einem Schritt 106 der Gehäusedeckel 16 auf den Gehäusetopf 14 aufgesetzt. Der Gehäusedeckel 16 kann die Axialposition des Filterelements 30 gegenüber dem Gehäusetopf 14 sichern, beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten Axialanschlags, welcher mit der zweiten Endscheibe 40 zusammenwirkt.
6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Filterelements 86. Das Filterelement 86 gemäß 6 und 7 entspricht in Aufbau und Funktion im Wesentlichen dem oben beschriebenen Filterelement 30 gemäß 2 bis 4. Insbesondere kann das Filterelement 86 von 6 und 7 in der gleichen Weise wie das Filterelement 30 in einem Filtergehäuse 12 eines Luftfilters 10 (vergleiche 1) angeordnet sein, wobei der Luftfilter 10 mit dem Filterelement 86 ebenfalls mit dem oben beschriebenen Verfahren gemäß 5 montiert werden kann. Nachfolgend werden vorrangig die Unterschiede des Filterelements 86 gegenüber dem Filterelement 30 beschrieben.
Bei dem Filterelement 86 ist ein Stützkörper 72, der in einem Kanal 58 angeordnet ist, nach radial außen und radial innen offen. Seitlich (in Umfangsrichtung bezüglich einer Längsachse 33) ist der Stützkörper 72 im Bereich seiner axialen Erstreckung geschlossen ausgebildet. Seitenwände 88 des Stützkörpers 72 sind radial innen an in Umfangsrichtung verlaufenden Stegen 82 eines Stützrohrs 78 gehalten. In axialer Verlängerung des Stützkörpers 72 kann sich ein axial verlaufender Steg 80 des Stützrohrs 78 zwischen dem Kanal 58 und einem radial weiter innen liegenden Bereich der Reinseite 44 erstrecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1451464 B1 [0003]
WO 2017/103048 A1 [0004]
WO 2012/172017 A1 [0005]
DE 102014006117 B4 [0006]

Claims

Filterelement (30, 86) mit einem sternförmig gefalteten Filtermedium (32), das eine Längsachse (33) des Filterelements (30, 86) ringförmig umgibt und das in einem ersten Umfangsbereich (64) Falten (60) mit einer ersten Faltenhöhe (66) in radialer Richtung aufweist, wobei das Filtermedium (32) von radial außen nach radial innen durchströmbar ist und einen, vorzugsweise zentralen, Primärluftdurchlass (46) aufweist, wobei das Filterelement (30, 86) eine erste Endscheibe (36) mit einem Sekundärluftdurchlass (54) aufweist, und wobei das Filtermedium (32) in einem zweiten Umfangsbereich Falten (60) mit einer gegenüber der ersten Faltenhöhe (66) reduzierten zweiten Faltenhöhe (70) aufweist, so dass ein Kanal (58) im Filtermedium (32) ausgebildet ist, der fluidisch mit dem Sekundärluftdurchlass (54) verbunden ist.
Filterelement (30, 86) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Faltenhöhe (70) wenigstens 10 %, bevorzugt wenigstens 20 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 %, der ersten Faltenhöhe (66) beträgt.
Filterelement (30, 86) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Umfangsbereich (68) wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens sechs, Falten (60) ausgebildet sind.
Filterelement (30, 86) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (58) ein Stützkörper (72) angeordnet ist.
Filterelement (30, 86) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial innen am Filtermedium (32) ein Stützrohr (78) angeordnet ist.
Filterelement (30, 86) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (72) an dem Stützrohr (78) gehalten ist, bevorzugt wobei der Stützkörper (72) einstückig mit dem Stützrohr (78) ausgebildet ist.
Filterelement (30, 86) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endscheibe (36) in einer definierten Drehstellung an dem Stützrohr (78) gehalten ist.
Filterelement (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Abdeckung (74), die den Kanal (58) radial innen abschnittsweise abdeckt, vorzugsweise wobei eine Einströmöffnung (76) in den Kanal (58) von dem Primärluftdurchlass (46) entfernt angeordnet ist.
Filterelement (30, 86) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine zweite Endscheibe (40), die vorzugsweise geschlossen ausgebildet ist.
Filterelement (30, 86) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärluftdurchlass (46) an der ersten Endscheibe (36) ausgebildet ist.
Filterelement (30, 86) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärluftdurchlass (54) an einem exzentrisch vom Filterelement (30, 86) abstehenden Durchlassstutzen (56) ausgebildet ist.
Filterelement (30, 86) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende des Durchlassstutzens (56) ein Dichtelement gehalten ist, vorzugsweise wobei das Dichtelement an den Durchlassstutzen (56) angespritzt ist.
Luftfilter (10) aufweisend - ein Filtergehäuse (12) mit einem Rohlufteinlass (18), einem Primärluftauslass (20) und einem Sekundärluftauslass (22), - ein Filterelement (30, 86) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in dem Filtergehäuse (12) eine mit dem Rohlufteinlass (18) kommunizierende Rohseite (42) von einer Reinseite (44) trennt, wobei der Primärluftauslass (20) über den Primärluftdurchlass (46) und der Sekundärluftauslass (22) über den Sekundärluftdurchlass (54) mit der Reinseite (44) kommuniziert.
Luftfilter (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (30, 86) nach Anspruch 11 oder 12 ausgebildet ist, und dass der Durchlassstutzen (56) dichtend mit einem Auslassstutzen (24) des Filtergehäuses (12) verbunden ist.
Verfahren zum Montieren eines Luftfilters (10) nach Anspruch 14 mit den Schritten a) Einsetzen (102) des Filterelements (30, 86) in ein Gehäuseelement des Filtergehäuses (12), insbesondere in axialer Richtung, b) Drehen (104) des Filterelements (30, 86) um die Längsachse (33), so dass der Durchlassstutzen (56) und der Auslassstutzen (24) dicht miteinander verbunden werden.