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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende US-Gebrauchsmusteranmeldung beansprucht den Vorteil von und Priorität gegenüber der provisorischen Patentanmeldung Nr. 61/725,511, eingereicht am 13. November 2012, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET UND ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Luftfilter und Tragrahmen für Luftfilter und insbesondere Luftfilter mit einem Luftmassensensor. Die vorliegende Offenbarung entstand bei Weiterentwicklungsarbeiten bezüglich Luftfilterung.
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US-PATENT NR. 6,391,076 , dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme als Ganzes aufgenommen ist, offenbart einen Vollstromflüssigkeitsfilter, der ein Gehäuse aufweist, das sich axial entlang einer Achse erstreckt, und ein Plisseefilterelement, das mehrere Plissees in einem geschlossenen Ringraumkreislauf aufweist, der einen äußeren Umfang aufweist, welcher durch mehrere äußere Plisseespitzen definiert ist, einen inneren Umfang, der durch mehrere innere Plisseespitzen definiert ist, und einen hohlen Innenraum, der sich entlang der Achse erstreckt. Flüssigkeit strömt im Wesentlichen direkt axial durch das Filterelement mit minimalen Biegungen und minimalem Richtungswechsel, was die Strömungsbegrenzung minimiert.
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US-Patentveröffentlichung Nr. 2006/0065592 , deren Offenbarung hiermit hier durch Bezugnahme als Ganzes aufgenommen ist, offenbart einen Direktstromfilter, der Dichtungsspitzen aufweist, die wechselweise Upstream- und/oder Downstream-Enden von Wandsegmenten zueinander abdichten, um erste und zweite Sätze von Strömungskanälen zu definieren und die Enden der Wandsegmente vor Schaden zu schützen, einschließlich Upstream-Enden vor eintretendem Schmutz, und um strukturelle Unterstützung bereitzustellen, die hohen Durchflussraten widersteht, und um die Strömung mittels der Geometrie der Dichtung verbessern.
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US-PATENT NR. 7,314,558 , dessen Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart einen Plisseeplattenflüssigkeitsfilter, der Flüssigkeit filtert, die entlang einer axialen Strömungsrichtung fließt und abgewinkelte Platten und/oder eine sich stufenweise erhöhende Strömungskanalbreite und/oder schräge Plattenvorsprünge und/oder abgeflachte Plisseespitzenkurvenlinien einschließt.
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US-PATENT NR. 7,323,106 , dessen Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart einen Filter mit mehreren Plisseefilterelementen, die sich axial erstreckende Kanäle aufweisen, die eine quer gerichtete Plisseekanalhöhe und eine seitliche Kanalbreite aufweisen. Die Plisseefilterelemente weisen unterschiedliche Kanalhöhen auf.
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US-PATENT NR. 7,540,895 , dessen Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart einen Filter einschließlich eines Gehäuses mit mehrere Strömungskanälen und Filterelementen einschließlich mindestens ersten und zweiten Strömungskanälen dort hindurch einschließlich entsprechenden ersten und zweiten parallelen Filterelementen. Entsprechende interne Trennwände trennen Strömungskanäle in Raum sparender Beziehung.
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US-Patentveröffentlichung Nr. 2008/0011673 , deren Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart einen Direktstromfilter, der eine oder mehrere Upstream- und/oder Downstream-Dichtungen aufweist, die quer von einem Satz von Plisseespitzen mindestens teilweise in Richtung auf den anderen Satz von Plisseespitzen reichen und seitlich zu Nachbarkanälen reichen.
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PATENT NR. 7,879,125 , dessen Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart einen Filter, der durch Plisseefiltermedien bereitgestellt wird, die mehrere Plissees aufweisen, welche durch Wandsegmente definiert sind, die sich axial entlang einer Achsenrichtung entlang einer Achse und quer entlang einer Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Plisseespitzen an ersten und zweiten Sätzen von sich axial erstreckenden Kurvenlinien erstrecken. Die Plisseefiltermedien reichen seitlich entlang einer seitlichen Spanne entlang einer Querrichtung, wobei die Wandsegmente voneinander durch seitliche Spalte beabstandet sind. Die Plissees weisen eine Plisseetiefe entlang der Querrichtung entlang der Wandsegmente zwischen den ersten und zweiten Sätzen von Plisseespitzen auf. Die Plisseetiefe variiert, während die Plisseefiltermedien seitlich entlang der Querrichtung reichen.
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US-Patentveröffentlichung Nr. 2013/0062276 , deren Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart ein Plisseefilterelement, das mehrere Plissees umfasst, die Plisseesegmente umfassen, welche sich in einer Achsenrichtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken, und sich in einer Querrichtung, die zur Achsenrichtung senkrecht ist, zwischen ersten und zweiten Sätzen von Plisseespitzen erstrecken, die mindestens teilweise durch erste und zweite Sätze von Kurvenlinien definiert sind. Axiale Strömungskanäle sind zwischen den Plisseesegmenten in der Querrichtung definiert und die mehreren Plissees weisen eine Breite in der Querrichtung auf, die entlang der Achsenrichtung variiert.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei bestimmten hier offenbarten Beispielen dienen Tragrahmen zum Tragen von Luftfilterelementen, die einen Schmutzlufteinlass und einen Reinluftauslass aufweisen und Luft, die dort von upstream nach downstream hindurchströmt, filtern. Die Tragrahmen können eine Ausgangsseite am Reinluftauslass aufweisen, wobei die Ausgangsseite mindestens eine Wirbel erzeugende Strömungsführung aufweist, die eine schnelle Vermischung von Reinluft downstream des Luftfilterelements und eine Normalisierung eines gleichförmigen Geschwindigkeitsprofils downstream davon für eine Strömung zu einem Luftmassen-(MAF)-Sensor fördert, um dadurch eine MAF-Veränderung aufgrund eines nicht perfekten Luftfilterelementaufbaus zu minimieren.
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Bei bestimmten hier offenbarten Beispielen weisen Luftfilter ein Filterelement auf, das Luft, die von einem Upstream-Einlass zu einem Downstream-Auslass strömt, filtert. Ein Tragrahmen trägt die Filtermedien. Am Auslass befinden sich mehrere Wirbel erzeugende Strömungsführungen. Die mehreren Wirbel erzeugenden Strömungsführungen normalisieren den Luftstrom auf ein gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil downstream davon. Es wird ein MAF-Sensor bereitgestellt, über den der Luftstrom, der das gleichförmige Geschwindigkeitsprofil aufweist, strömt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Luftfilters gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine nähere Ansicht von 1, die mehrere Wirbel erzeugende Strömungsführungen an einem Auslassende des Luftfilters zeigt.
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3 ist eine Schnittansicht entlang Schnitt 3-3 in 1.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Tragrahmens, der mehrere Wirbel erzeugende Strömungsführungen aufweist.
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5 ist eine nähere Ansicht von 3, die eine der Wirbel erzeugenden Strömungsführungen zeigt.
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6 ist eine Draufsicht des Tragrahmens, der in 3 gezeigt ist.
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7 ist eine Vorderansicht des Tragrahmens, der in 3 gezeigt ist.
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8 ist eine Seitenansicht des Tragrahmens, der in 3 gezeigt ist.
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9 ist eine perspektivische Ansicht einer Wirbel erzeugenden Strömungsführung, die in 4 gezeigt ist.
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10 ist eine weitere perspektivische Ansicht der Wirbel erzeugenden Strömungsführungen, die in 4 gezeigt sind.
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11 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines Tragrahmens, der die mehreren Wirbel erzeugenden Strömungsführungen aufweist.
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12 ist eine Draufsicht des Tragrahmens, der in 11 gezeigt ist.
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13 ist eine Seitenansicht des Tragrahmens, der in 11 gezeigt ist.
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14 ist eine perspektivische Ansicht einer Wirbel erzeugenden Strömungsführung, die in 11 gezeigt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In der vorliegenden Beschreibung wurden gewisse Begriffe aus Gründen der Kürze, Klarheit und des Verständnisses verwendet. Es sollen daraus keine unnötigen Beschränkungen gefolgert werden, die über die Anforderung des Standes der Technik hinausgehen, da solche Begriffe nur der Beschreibung dienen und dazu beabsichtigt sind, im breiten Sinne ausgelegt zu werden. Die unterschiedlichen Luftfilter und Tragrahmen, die hier beschrieben werden, können allein oder in Kombination mit anderen Vorrichtungen verwendet werden. Es sind im Umfang der angehängten Ansprüche verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifizierungen möglich. Jede Einschränkung in den angehängten Ansprüchen ist nur dann gemäß 35 U.S.C. Abschnitt 112, sechster Absatz, auszulegen, wenn die Begriffe „Mittel für“ oder „Schritt für“ in der entsprechenden Einschränkung ausdrücklich aufgelistet sind.
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Die 1 bis 3 stellen einen Luftfilter 20 für das Filtern von Luft dar, die entlang einer Achsenrichtung 22 von einem Upstream-Einlasssende 24 zu einem Downstream-Auslassende 26 strömt. Bei diesem Beispiel ist der Luftfilter 20 eine Direktstromluftfilteranordnung, die ein primäres Upstream-Filterelement 30 und ein sekundäres Downstream-Filterelement 32 aufweist; dieses Beispiel soll jedoch nicht einschränken und die Konzepte der vorliegenden Offenbarung sind auch auf andere Arten von konventionellen Filteraufbauten anwendbar einschließlich indirekter Filteraufbauten und Filteraufbauten, die ein oder drei oder mehr Filterelemente aufweisen. In dem gezeigten Beispiel von upstream nach downstream weist der Luftfilter 20 einen konventionellen Vorreiniger 28, das erwähnte primäre Filterelement 30, das den Luftstrom von upstream nach downstream filtert, und das erwähnte sekundäre Filterelement 32, das den Luftstrom von upstream nach downstream filtert, auf. Das primäre Filterelement 30 weist ein Schmutzlufteinlassende 34 und ein Reinluftauslassende 36 auf, die sich downstream des Schmutzlufteinlassendes 34 befinden. Das sekundäre Filterelement 32 weist ein Schmutzlufteinlassende 38 und ein Reinluftauslassende 40 auf, die sich downstream des Schmutzlufteinlassendes 38 befinden. Die weitere Erörterung dieses Filtertyps ist in den aufgenommenen Patentschriften, auf die hierin Bezug genommen wird, zu finden.
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Das sekundäre Filterelement 32 wird von einem Tragrahmen 42 getragen, der in einem Gehäuse 44 des Luftfilters 20 getragen wird. Der Tragrahmen 42 weist eine Ausgangsseite 46 auf, die downstream und angrenzend an das Reinluftauslassende 40 am sekundären Filterelement 32 angeordnet ist. Das sekundäre Filterelement 32 wird im Gehäuse 44 durch den Tragrahmen 42 getragen. Der Tragrahmen 42 stellt eine erste Dichtung 43 zwischen dem Tragrahmen 42 und dem sekundären Filterelement 32 und eine zweite Dichtung 45 zwischen dem Tragrahmen 42 und dem Gehäuse 44 bereit, wodurch ein Vorbeiströmen der ungefilterten schmutzigen Luft zum Downstream-Auslassende 26 im Falle eines Bruchs oder Schadens am sekundären Filterelement 32 verhindert wird.
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Der Luftfilter 20 weist auch einen konventionellen Luftmassen-(MAF)-Sensor 51 auf, über den die Luft strömt. Bei diesem Beispiel befindet sich der MAF-Sensor 51 in einer Seitenwand 53 des Gehäuses 44 am Downstream-Auslassende 26 und erfasst einen Luftstrom downstream der primären und sekundären Filterelemente 30, 32. Bei anderen Beispielen kann der Luftfilter 20 mehr als einen MAF-Sensor 51 einschließen und der Ort des bzw. der MAF-Sensoren 51 kann von dem gezeigten abweichen. Der MAF-Sensor kann mit einer Motorsteuerungseinheit (nicht dargestellt) kommunizieren, um Feedback und Motorsteuerung bereitzustellen, wie es konventionell üblich ist.
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Durch Experimentieren haben die Erfinder festgestellt, dass Unvollkommenheiten bei der Herstellung von Filterelementen wie Plisseefilterelementen Geschwindigkeitsunterschiede von Teil zu Teil im Luftstrom bewirken, die im Downstream-Auslassende fortbestehen und Strömungsschwankungen hervorbringen, die in Schwankungen der Ausgabe des MAF-Sensors 51 resultieren. Unter anderem können diese Fehler das Resultat von Plisseebündelung, -quetschung und/oder -prägungen in den primären und sekundären Filterelementen 30, 32 wie dem sekundären (Sicherheits-)Filterelement 32 sein. Die vorliegende Offenbarung stammt von Anstrengungen, solche Unterschiede in der Ausgabe des MAF-Sensors 51 zu minimieren.
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Die 4 bis 10 stellen ein Beispiel des Tragrahmens 42 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Der Tragrahmen 42 schließt mehrere Wirbel erzeugende Strömungsführungen 50 ein, die ein schnelles Mischen von Reinluft Downstream des sekundären Filterelements 32 und eine Normalisierung eines gleichförmigen Geschwindigkeitsprofils downstream davon für eine Strömung zum MAF-Sensor 51 fördern, um dadurch Ausgabeschwankungen des MAF-Sensors 51 aufgrund eines unvollkommenen Luftfilterelementaufbaus zu minimieren. Wie aus der folgenden Erörterung offensichtlich wird, können die Anzahl, der Ort, die Ausrichtung, Größe und die physikalischen Konfigurationen der Wirbel erzeugenden Strömungsführungen 50 von der gezeigten abweichen. Der Tragrahmen 42 kann nur eine Wirbel erzeugende Strömungsführung 50 aufweisen. Die Wirbel erzeugenden Strömungsführungen 50 können mit der Ausgangsseite 46 des Tragrahmens 42 geformt sein. Bei anderen Beispielen können die Wirbel erzeugenden Strömungsführungen 50 separate Komponenten sein, die am Tragrahmen 42 beispielsweise durch einen Schnappverschluss, durch einen oder mehrere Clips oder durch andere konventionelle Befestigungsmittel befestigt sind.
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In Verwendung strömt Luft vom Upstream-Einlassende 24 durch den Vorreiniger 28, durch das primäre Filterelement 30 und durch das sekundäre Filterelement 32. Die Luft strömt aus dem Reinluftauslassende 40 am sekundären Filterelement 32 entlang eines generell axialen Strömungspfads 22, bis sie entlang der Wirbel erzeugenden Strömungsführung 50 am Tragrahmen 42 strömt. Aufgrund von Unvollkommenheiten in den Filterelementen, wie den primären und sekundären Filterelementen 30, 32, weist die Luft, die das sekundäre Filterelement 32 verlässt, üblicherweise ein nicht einheitliches Geschwindigkeitsprofil auf. Vorteilhafterweise lenken die Wirbel erzeugenden Strömungsführungen 50 den Luftstrom in mindestens einen Wirbelströmungspfad 52 und normalisieren daher zu einem gleichförmigen Geschwindigkeitsprofil downstream davon für eine Strömung zum MAF-Sensor 51, um dadurch MAF-Veränderung aufgrund eines unvollkommenen Luftfilterelementaufbaus zu minimieren.
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Im gezeigten Beispiel in den 4 bis 10 schließen die Wirbel erzeugenden Strömungsführungen 50 Paare von geneigten trapezförmigen Nasen 54 ein, die in einem Winkel vom axialen Strömungspfad 22 geneigt und in einem radial gestaffelten Muster oder Array am Tragrahmen 42 befestigt sind, um die Anzahl an Wirbelströmungspfaden 52 dadurch zu maximieren (siehe die 3 und 5), die sich radial weg vom axialen Strömungspfad 22 in die Upstream-nach-Downstream-Richtung drehen. Die Wirbelströmungspfade 52 induzieren ein schnelles Mischen und Zerstreuen von Ungleichförmigkeiten, wie sie durch einen unvollkommenen Filterelementaufbau erzeugt werden können, im Geschwindigkeitsprofil, welches das sekundäre Filterelement 32 verlässt. In diesem speziellen Beispiel weisen die Paare von geneigten trapezförmigen Nasen 54 eine ähnliche Geometrie auf und sind in entgegengesetzten, aber gleichen Neigungswinkeln (T) (siehe 10) in Bezug auf den axialen Strömungspfad 22 geneigt. Jede geneigte trapezförmige Nase 54 ist planar und weist parallele, entgegengesetzte längliche Upstream- und Downstream-Kanten 58, 60 auf, die sich beide senkrecht zum axialen Strömungspfad 22 erstrecken. Die Upstream-Kante 58 ist länger als die Downstream-Kante 60. Jede geneigte trapezförmige Nase 54 weist auch entgegengesetzte längliche Seitenkanten 62a, 62b auf, die sich von der Upstream-Kante 58 zur Downstream-Kante 60 in einem Kantenwinkel (E) erstrecken. Die trapezförmigen Nasen 54 in jedem Paar weisen angrenzende Upstream-Kanten 58 und beabstandete Downstream-Kanten 60 auf und definieren dadurch eine V-Form, wenn sie im Querschnitt betrachtet werden, siehe 7.
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Wie gezeigt in 6, weist die Ausgangsseite 46 des Tragrahmens 42 mehrere Paare von trapezförmigen Nasen 54 auf, die das erwähnte radial gestaffelte Array bilden, das ineinandergreifende erste und zweite Reihen 66, 68 von Paaren von trapezförmigen Nasen 54 einschließt, wobei die erste Reihe 66 weniger Paare von trapezförmigen Nasen 54 aufweist als die zweite Reihe 68. Die Paare von trapezförmigen Nasen 54 in der ersten Reihe 66 weisen längliche Upstream-Kanten 58 auf, die in Bezug auf die Upstream-Kanten 58 der zweiten Reihe 68 von Paaren von trapezförmigen Nasen 54 parallel sind. Die Paare von trapezförmigen Nasen 54 in den ersten Reihen 66 sind zu den Paaren von trapezförmigen Nasen 54 in der zweiten Reihe 68 radial versetzt oder gestaffelt. Die Paare von trapezförmigen Nasen 54 in den ersten und zweiten Reihen 66, 68 sind von den anderen Paaren von trapezförmigen Nasen 54 in der entsprechenden Reihe durch einen Abstand (S) beabstandet. Mehrere beabstandete Kreuzrippen 70 tragen das gestaffelte Array von Paaren von trapezförmigen Nasen 54.
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Die 4 bis 10 veranschaulichen die Upstream-Kanten 58 von allen trapezförmigen Nasen 54, die am Tragrahmen 42 parallel sind; jedoch können bei einer der vielen möglichen alternativen Anordnungen, die durch diese Offenbarung denkbar sind, die Upstream-Kanten 58 von einigen der Paare von geneigten trapezförmigen Nasen 54 in der Mehrheit in 90-Grad-Winkeln relativ zu den Upstream-Kanten 58 von anderen Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen 54 in der Mehrheit gestaffelt sein. Beispielsweise können die Paare von trapezförmigen Nasen 54 in der ersten Reihe 66 radial 90 Grad zu den Paaren von trapezförmigen Nasen 54 in der zweiten Reihe 68 ausgerichtet sein, sodass die Upstream-Kanten 58 der Paare von trapezförmigen Nasen 54 in der ersten Reihe 66 radial 90 Grad zu den Upstream-Kanten 58 der Paare von trapezförmigen Nasen 54 in der zweiten Reihe 68 ausgerichtet sind. Alternativ können die Upstream-Kanten 58 der Paare von trapezförmigen Nasen 54 in den ersten und zweiten Reihen 66, 68 in anderen Winkeln zueinander angeordnet sein. Alternativ können die Upstream-Kanten 58 der Paare von trapezförmigen Nasen 54 in jeder der ersten und zweiten Reihen 66, 68 in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sein als andere trapezförmige Nasen 54 in der gleichen ersten und zweiten Reihe 66, 68. Die Paare von trapezförmigen Nasen 54 könnten auch in einem axial gestaffelten Muster angeordnet sein, wobei sich bestimmte trapezförmige Nasen 54 weiter Upstream und/oder Downstream von anderen trapezförmigen Nasen 54 in der Mehrheit befinden.
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Die geometrischen Abmessungen der trapezförmigen Nasen 54 können auch von den in den Figuren gezeigten abweichen. Die dimensionalen Parameter der trapezförmigen Nasen 54 schließen die Längen der Upstream- und Downstream-Kanten 58, 60, die Höhe (H) von den Seitenkanten 62a, 62b, das Verhältnis der Länge (L) von der Upstream-Kante 58, zur Höhe (H) von den Seitenkanten 62a, 62b und den Neigungswinkel (T) von den geneigten trapezförmigen Nasen 54 zum axialen Strömungspfad 22, den Winkel (E) von den Seitenkanten 62a, 62b und den Abstand (S) zwischen den Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen 54 ein. In den Zeichnungen gleicht der Kantenwinkel (E) 30 Grad, der Neigungswinkel (T) gleicht 28 Grad, die Höhe (H) der Seitenkanten 62a, 62b gleicht 8 Millimeter, die Länge (L) der Upstream-Kanten 58 gleicht 14 Millimeter, das Verhältnis Länge (L) zu Höhe (H) gleicht 0,57, der Nasenabstand (S) gleicht 6 Millimeter und der Nasenabstand (S) geteilt durch die Länge (L) gleicht 0,42. Jedoch können diese Dimensionen basierend auf verschiedenen Faktoren einschließlich der speziellen Konfiguration des Luftfilters 20 variieren. Bei bestimmten Beispielen kann der Kantenwinkel (E) von 0 bis 45 Grad variieren, der Neigungswinkel (T) kann von 10 bis 45 Grad variieren, die Nasenhöhe (H) kann von 5 Millimetern bis 35 Millimetern variieren, die Nasenlänge (L) kann von 5 mm bis 35 mm variieren, das Verhältnis Länge (L) zu Höhe (H) kann von 0,25 bis 4 variieren und das Verhältnis Nasenabstand (S) zur Länge (L) kann von 0,1 bis 2 variieren. Andere Kombinationen sind möglich und werden in Betracht gezogen.
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Die 11 bis 14 stellen ein weiteres Beispiel eines Tragrahmens 42 dar, der mehrere Wirbel erzeugende Strömungsführungen 50 aufweist. Bei diesem Beispiel schließen die Wirbel erzeugenden Strömungsführungen 50 spiralförmige Luftleitbleche 80 ein. Jedes spiralförmige Luftleitblech 80 weist eine längliche Upstream-Kante 82 und eine längliche Downstream-Kante 84 auf. Die längliche Upstream-Kante 82 ist in einem Torsionswinkel (A) in Bezug auf die längliche Downstream-Kante 84 ausgerichtet. Entgegengesetzte spiralförmige Seitenkanten 88, 90 erstrecken sich zwischen den Upstream- und Downstream-Kanten 82, 84. Eine spiralförmige Fläche 92 lenkt den Luftstrom in den erwähnten Wirbelströmungspfad.
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Wie gezeigt in 12 sind die spiralförmigen Luftleitbleche 80 an der Ausgangsseite 46 des Tragrahmens 42 in einem radial gestaffelten Muster oder Array angeordnet, das ineinandergreifende erste und zweite Reihen 94, 96 von spiralförmigen Luftleitblechen 80 einschließt. Die ersten Reihen 94 weisen mehr spiralförmige Luftleitbleche 80 auf als die zweiten Reihen 96, und die spiralförmigen Luftleitbleche 80 in der ersten Reihe 94 sind radial zu den spiralförmigen Luftleitblechen 80 in der zweiten Reihe 96 versetzt. Mehrere radial beabstandete Kreuzrippen 98 bilden ein Gitter, das das radial gestaffelte Array von spiralförmigen Luftleitblechen 80 trägt. Die längliche Upstream-Kante 82 und die länglichen Downstream-Kanten 84 der spiralförmigen Luftleitbleche 80 in der ersten Reihe 94 sind 180 Grad im Vergleich zu den länglichen Upstream-Kanten und den länglichen Downstream-Kanten 82, 84 der spiralförmigen Luftleitbleche 80 in der zweiten Reihe 96 versetzt. Als solches weisen die spiralförmigen Luftleitbleche 80 in den ersten Reihen 94 Upstream-Kanten 82 auf, die quer zu den Upstream-Kanten 82 der spiralförmigen Luftleitbleche 80 in der zweiten Reihe 96 ausgerichtet sind.
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Die geometrischen Parameter für die spiralförmigen Luftleitbleche 80 können variieren und schließen Luftleitblechbreite (X), Luftleitblechhöhe (Y), Luftleitblechtiefe (Z), Verhältnis der Luftleitblechbreite (X) zur Luftleitblechhöhe (Y) und Grade des Torsions-(A) und/oder Steigungs-(P)-Winkels ein. Die Zeichnungen stellen spiralförmige Luftleitbleche 80 dar, die eine Luftleitblechbreite (X) von 19 Millimetern, eine Blatthöhe (Y) von 15 Millimetern, ein Verhältnis von Höhe (Y) zu Breite (X) von 0,79 und einen Torsionswinkel (A) von 90 Grad aufweisen. Bei bestimmten Beispielen kann die Luftleitblechbreite (X) von 5 bis 25 Millimeter reichen, die Blatthöhe (Y) kann von 5 bis 25 Millimeter reichen, der Torsionswinkel (A) kann von 10 bis 220 Grad reichen, der Steigungswinkel (P) kann von 10 bis 60 Grad reichen und das Verhältnis von Höhe (Y) zu Breite (X) kann von 0,25 bis 4 reichen. Ähnlich dem Beispiel in den 4 bis 10 kann der Abstand (S) zwischen den spiralförmigen Luftleitblechen 80 auch variieren. Andere Kombinationen sind möglich und werden in Betracht gezogen.
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Die Beispiele, die in den 10 bis 13 gezeigt sind, verwenden verdrehte spiralförmige Luftleitbleche, d. h., einzelne verdrehte Luftleitbleche, die 90-Grad-Torsionswinkel (A) aufweisen. Bei alternativen Beispielen könnten die spiralförmigen Luftleitbleche 80 Multiluftleitbleche sein, die beispielsweise zwei Luftleitbleche pro Ort und einen zentralen Knotenpunkt aufweisen. In den gezeigten Beispielen sind die spiralförmigen Luftleitbleche 80 alle rechtsgängig in Bezug auf den axialen Strömungspfad 22. Bei alternativen Beispielen könnten die spiralförmigen Luftleitbleche 80 alle linksgängig in Bezug auf den axialen Strömungspfad 22 sein oder die mehreren spiralförmigen Luftleitbleche 80 könnten sowohl rechtsgängige als auch linksgängige spiralförmige Luftleitbleche einschließen, um zusätzliche Wirbelinteraktion/-zerstreuung zu induzieren. Wie veranschaulicht, weisen die spiralförmigen Luftleitbleche 80 eine konstante Spiralensteigung (P) auf. Bei anderen Beispielen könnten die spiralförmigen Luftleitbleche 80 zusammengesetzte Steigungen und/oder komplexe gekrümmte Flächen aufweisen, um den Betrag an Wirbelstärke oder Strudel für einen gegebenen Druckabfall zu maximieren, der durch das Vorhandensein der spiralförmigen Luftleitbleche 80 verursacht wird. Die spiralförmigen Luftleitbleche 80 könnten auch in einem axial gestaffelten Muster angeordnet sein, bei dem sich bestimmte spiralförmige Luftleitbleche 80 in der Mehrzahl weiter upstream und/oder downstream von anderen spiralförmigen Luftleitblechen 80 befinden.
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Die vorliegende Offenbarung stellt deshalb einen Tragrahmen für ein primäres oder sekundäres (Sicherheits-)Filterelement bereit, der mit integrierten Wirbel erzeugenden Merkmalen wie geneigte trapezförmige Nasen oder spiralförmige Luftleitbleche konfiguriert ist, die ein schnelles Mischen und ein schnelleres Herstellen eines gleichförmigen Geschwindigkeitsprofils downwind fördern, wo sich ein MAF-Sensor befindet, wodurch eine MAF-Sensorveränderung aufgrund eines unvollkommenen Luftfilteraufbaus minimiert wird. Die Erfinder haben erkannt, dass in Direktstromfilterkonfigurationen verwendete sekundäre (d. h., Sicherheits-)Filter nicht perfekt ausgeführt werden können, d. h., die Sekundärfilter weisen einen Grad an nicht gleichförmigem Plisseeabstand, variierende Plisseeform, Prägungsunterschiede oder gar grundlegende Mediendurchlässigkeitunterschiede auf. Diese Unvollkommenheiten bewirken Unterschiede in der effektiven Durchlässigkeit der Filterelemente, was dann entsprechende Unterschiede in der lokalisierten Austrittsgeschwindigkeit des vom Filter bewirkt, die downwind des Ortes des MAF-Sensors fortbestehen. Dies verursacht, dass der MAF-Sensor, der eine einigermaßen kleine lokale Geschwindigkeit innerhalb des Kanals erfasst, bei unterschiedlichen Filtern und/oder einer unterschiedlichen Drehposition (d. h., wenn der Filter um 180 Grad gedreht und wieder eingebaut wird) eine geringfügig abweichende Luftmasse meldet. Beispiele, die in der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden, ermöglichen das Verwenden von konventionellen Plisseefilterelementstrukturen, während sie die MAF-Sensorschwankungen minimieren, die durch nicht vermeidbare Unterschiede bei der Herstellung der Filterelemente verursacht werden.
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Die Konzepte der vorliegenden Offenbarung sind auf Filteraufbauten, die sich von den in den Zeichnungen gezeigten unterscheiden, anwendbar. Wenn beispielsweise Direktstromfilter bei On-Highway-Anwendungen verwendet werden, wird das sekundäre Filterelement üblicherweise nicht verwendet. Obwohl der Geschwindigkeitsstrahl, der den Spalt von primären Direktstromfilterelementen verlässt, dabei unterstützt, die durch Filterunvollkommenheiten veranlassten Strömungsunterschiede zu reduzieren, können die Verbesserungen, die in der vorliegenden Anmeldung offenbart werden, auf gleiche Weise auf diese Arten von Anordnungen angewandt werden. Außerdem wird in Anordnungen, wo der Luftstrom in den Spalt des primären Direktstromfilters eintritt, Downstream ein divergierender Strömungspfad geschaffen, der in einem nicht einheitlichen Geschwindigkeitsprofil am MAF-Sensor resultieren kann. Viele primäre Filter bei Automobilanwendungen schließen tiefplissierte oder gerollte Aufbauten ein, welche die gleichen Herausforderungen wie sie hier für das sekundäre Direktstromfilterelement beschrieben sind, darstellen. Die Konzepte der vorliegenden Offenbarung können gleichermaßen auf diese Arten von Anordnungen angewandt werden.
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Die Zeichnungsfiguren stellen deshalb einen Tragrahmen dar, der ein Luftfilterelement trägt, das einen Schmutzlufteinlass und einen Reinluftauslass aufweist und Luft, die dort hindurch von upstream nach downstream strömt, filtert. Der Tragrahmen weist eine Ausgangsseite am Reinluftauslass auf. Die Ausgangsseite weist eine Wirbel erzeugende Strömungsführung auf, die ein schnelles Mischen von Reinluft downstream des Luftfilterelements und Normalisieren eines gleichförmigen Geschwindigkeitsprofils downstream davon für eine Strömung zu einem MAF-Sensor fördert, um MAF-Veränderung aufgrund eines unvollkommenen Luftfilterelementaufbaus zu minimieren. Das erwähnte Luftfilterelement kann mindestens eines aus einem primären Filterelement und einem sekundären oder Sicherheitsfilterelement sein. Das Luftfilterelement kann Plissefiltermedien einschließen. Die Luft strömt durch den Reinluftauslass entlang eines generell axialen Strömungspfads, bis die Luft entlang der Wirbel erzeugenden Strömungsführung strömt, die den Luftstrom in mindestens einen Wirbelströmungspfad umlenkt.
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Bei bestimmten Beispielen kann die Wirbel erzeugende Strömungsführung eine geneigte trapezförmige Nase einschließen, die sich in einem Neigungswinkel in Bezug auf den axialen Strömungspfad erstreckt. Die geneigte trapezförmige Nase kann planar sein und parallele entgegengesetzte längliche Upstream- und Downstream-Kanten aufweisen, die sich senkrecht zum axialen Strömungspfad erstrecken. Die geneigte trapezförmige Nase kann weiter entgegengesetzte längliche Seitenkanten aufweisen, die sich von der Upstream-Kante zur Downstream-Kante erstrecken, wobei die Upstream-Kante länger ist als die Downstream-Kante. Die geneigte trapezförmige Nase kann in einem Winkel von 10° bis 45° in Bezug auf den axialen Strömungspfad geneigt sein.
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Die geneigte trapezförmige Nase kann eine von einem Paar von geneigten trapezförmigen Nasen sein, welche die gleiche Geometrie aufweisen und in entgegengesetzten aber gleichen Winkeln in Bezug auf den axialen Strömungspfad geneigt sind. Das Paar von geneigten trapezförmigen Nasen weist angrenzende Upstream-Kanten und beabstandete Downstream-Kanten auf. Das Paar von geneigten trapezförmigen Nasen bildet eine V-Form, wenn es im Querschnitt betrachtet wird. Das Paar von geneigten trapezförmigen Nasen kann eines von mehreren Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen sein, welche die gleiche Geometrie aufweisen. Die mehreren Paare von geneigten trapezförmigen Nasen können ein radial gestaffeltes Array von Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen bilden, die erste und zweite Reihen von Paaren von trapezförmigen Nasen umfassen. Die erste Reihe weist weniger Paare von trapezförmigen Nasen auf als die zweite Reihe. Die Paare von trapezförmigen Nasen in der ersten Reihe sind radial in Bezug auf die Paare von trapezförmigen Nasen in der zweiten Reihe versetzt. Die erste Reihe von Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen weist längliche Upstream-Kanten auf. Die zweite Reihe von Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen weist längliche Upstream-Kanten auf. Die Upstream-Kanten der Paare von geneigten, trapezförmigen Nasen in der ersten Reihe sind in Bezug auf die Upstream-Kanten der Paare von geneigten trapezförmigen Nasen in der zweiten Reihe parallel. Mehrere beabstandete Kreuzrippen tragen das Array von Paaren von geneigten trapezförmigen Nasen.
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Bei bestimmten Beispielen kann die Wirbel erzeugende Strömungsführung ein spiralförmiges Luftleitblech umfassen. Das spiralförmige Luftleitblech kann eine längliche Upstream-Kante und eine längliche Downstream-Kante umfassen. Die Upstream-Kante ist quer in einem Torsionswinkel in Bezug auf die Downstream-Kante ausgerichtet. Das spiralförmige Luftleitblech umfasst entgegengesetzte spiralförmige Seitenkanten, die sich zwischen den Upstream- und Downstream-Kanten erstrecken, und eine spiralförmige Fläche zwischen den Upstream- und Downstream-Kanten und zwischen den entgegengesetzten spiralförmigen Seitenkanten. Die spiralförmige Fläche lenkt den Luftstrom in den Wirbelströmungspfad.
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Das spiralförmige Luftleitblech kann eines von einem Array von spiralförmigen Luftleitblechen sein, die erste und zweite Reihen von spiralförmigen Luftleitblechen einschließen. Die erste Reihe von spiralförmigen Luftleitblechen kann zu der zweiten Reihe von spiralförmigen Luftleitblechen versetzt sein. Die spiralförmigen Luftleitbleche in der ersten Reihe können Upstream-Kanten aufweisen, die radial quer zu Upstream-Kanten der spiralförmigen Luftleitbleche in der zweiten Reihe ausgerichtet sind. Mehrere beabstandete Kreuzrippen können das gestaffelte Array von spiralförmigen Luftleitblechen tragen.
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Der Tragrahmen kann in einem Gehäuse getragen werden. Das Luftfilterelement kann im Gehäuse durch den Tragrahmen getragen werden, der eine erste Dichtung zwischen dem Tragrahmen und dem Luftfilterelement und eine zweite Dichtung zwischen dem Tragrahmen und dem Gehäuse bereitstellt, wodurch ein Vorbeiströmen der ungefilterten schmutzigen Luft zum MAF-Sensor im Falle eines Bruchs oder Schadens am Luftfilterelement verhindert wird.
