DE19960175A1 - Filter für gasförmige Medien mit Flachfilterelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filter für gasförmige Medien, insbesondere einen Luftfilter für Verbrennungsmotoren. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium aus ebenen Filterelementen 21 besteht, welche in ihrer Einbaulage durch einen Rahmen 12 fixiert werden. Der Rahmen 12 ist derart ausgebildet, daß er einen keilförmigen Innenraum 13 ausbildet, der z. B. die Reinseite des Filters verbunden mit einem Auslaß 27 darstellen kann. Durch Aufteilen der notwendigen Filterfläche auf mehrere Segmente können diese stabiler ausgeführt sein, als ein einziger Filtereinsatz für den gesamten Filter. Zusätzliche Versteifungen sind daher nicht notwendig, das Druckpulsationsverhalten des Filters wird verbessert und durch Vorsehen des Filterrahmens verringern sich die Anforderungen an die Maßgenauigkeit der einzelnen Teile. Dies führt zu einer Einsparung von Fertigungskosten. Außerdem können durch die steifere Konstruktion auch Materialkosten eingespart werden, was vorteilhafter Weise zu einer Gewichtsreduzierung des Filters führt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Filter für gasförmige Medien, insbesondere einen Luftfilter für Verbrennungsmotoren, welcher ein flach ausgebildetes Filtermedium aufweist, nach der Gattung des Patentanspruches 1.

Außerdem betrifft die Erfindung einen Filtereinsatz, der zum Einbau in den genann­ ten Filter geeignet ist.

Flachfilterelemente für die Filtrierung gasförmiger Medien sind bekannt. Z. B. offen­ bart die DE 195 34 254 A1 ein Flachfilterelement, welches aus einem zickzack­ förmig gefaltetem Vlies oder Papier besteht. Das Filterelement bildet eine ebene Platte mit einer großen Flächenausdehnung, wobei diese Fläche anfällig gegenüber Schwingungen ist. Daher muß die Fläche der Filterplatte versteift werden, was z. B. durch Schwertsegmente geschehen kann, die in die Falten der Platte eingreifen und arn Rahmen oder am Gehäuse verankert sind. Die Schwingungsanfälligkeit des Fil­ terelementes wird damit herabgesetzt, jedoch bedeutet diese Maßnahme einen zu­ sätzlichen Aufwand in Konstruktion und Fertigung. Das Filterelement wird dadurch schwerer, was insbesondere im mobilen Einsatz des Filters z. B. in Kraftfahrzeugen zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Außerdem ist der Filtereinsatz ein VWechselteil, wodurch auch die Betriebskosten des Kraftfahrzeugs steigen. Die Filter­ fläche des Flachfilters kann jedoch nicht verringert werden, da den Anforderungen an die Standzeit des Filters sowie den durch den Filter erzeugten Luftwiderstand für die Ansaugluft Rechnung getragen werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Filter mit für den Anwendungsfall genü­ gend großer Filterfläche zu schaffen, der platzsparend untergebracht werden kann und ein günstiges Schwingungsverhalten hinsichtlich der Anregung durch das pulsie­ rende, zu filternde Gas aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Ferner wird gemäß Anspruch 10 ein Filtereinsatz beansprucht, der durch Einbau in den Filter die Aufgabe löst.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird in dem Filter ein Filtereinsatz vorgesehen, in dem das Filter­ medium aus mindestens zwei Segmenten besteht. Diese Segmente sind an einem Rahmen montiert und bilden zusammen mit diesem einen Innenraum. Je nach Durchströmungsrichtung der Filtersegmente durch das zu filternde Medium entsteht im Innenraum die Roh- oder Reinseite des Filters. Dies wird durch Dichtungen er­ reicht, die sich entweder auf dem Rahmen oder direkt im Gehäuse abstützen.

Der Vorteil in dieser Konstruktion liegt in der Aufteilung der effektiven Filterfläche des Filters in mehrere Segmente. Die Segmente bestehen aus dem eben ausgebildeten Filtermedium, welches im Vergleich zur Verwendung eines einzigen Filterelementes eine geringere Flächenausdehnung aufweist. Für die Segmente läßt sich daher eine höhere Steifigkeit erreichen, wodurch eine zusätzliche Versteifung der Segmente, die Schwingungen verhindern soll, nicht notwendig ist. Insbesondere lassen sich lange schmale Segmente mit gefaltetem Vlies- oder Filterpapierbahnen verwenden, wobei die Falten parallel zur kurzen Seite des Segmentes ausgerichtet sind. Die kurzen Falten haben eine genügende Eigensteifigkeit, um schwingungsresistent zu sein und die am Filterelement anliegenden Druckunterschiede zu ertragen. Durch Verwen­ dung mehrerer Segmente und deren geometrische Stellung zueinander lassen sich zudem kompaktere Filtergehäuse verwenden, als dies für große Flachfilterelemente der Fall ist. Dadurch lassen sich auch bei der Gestaltung des Gehäuses größere e­ bene Flächen vermeiden, welche ebenfalls anfällig gegen Schwingungen des Kraft­ fahrzeugs oder aufgrund der Druckpulsation des Ansaugluft wären. Außerdem kön­ nen die kompakten Gehäuse besser an kleine Einbauräume angepaßt werden. Die Materialersparnis bringt einen zusätzlichen Gewichtsvorteil.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die keilförmige Ausbil­ dung des Innenraums zwischen den Segmenten. Die Ausbildung stellt eine für die Durchströmung des Filterelements günstige Querschnittsform dar. Hierdurch läßt sich das rohseitige bzw. reinseitige Volumen im Filtergehäuse optimal für den zu fil­ ternden Gasstrom nutzen, wodurch das Gesamtvolumen des Filters auf ein Minimum beschränkt werden kann. Außerdem wirkt die keilförmige Ausbildung des Innen­ raums L uftverwirbelungen entgegen, wodurch zum einen der Druckabfall am Filter­ element und zum andern die Schwingungsbeanspruchung des Filtermediums verrin­ gert wird.

Sollte der am Filtereinsatz anliegende Druckunterschied dennoch zu groß für die verwendeten Segmente sein, so können vorteilhaft Stützrippen im Innenraum ange­ bracht werden. Diese versteifen außerdem den Rahmen, so daß die Gesamtkon­ struktion steifer wird. Dabei läßt sich die Versteifung mit einem Minimum an Material­ aufwand erreichen, da die Rippen durch die sich gegenüberliegenden Filtersegmente eine symmetrische Krafteinleitung erfahren. Ihre Wirkung können die Stützrippen je­ doch nur entfalten, wenn die Segmente von außen nach innen durchströmt werden, so daß der Innenraum die Reinseite des Filters darstellt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Rahmen zusammen mit den Segmenten den Innenraum vollständig gegen den restlichen Gehäuseraum ab­ dichtet. Dieser Innenraum ist dann mit einem Anschluß am Gehäuse verbunden, der als Einlaß oder als Auslaß dienen kann. Bei dieser Variante wird die effektive abzu­ dichtende Strecke auf ein Minimum reduziert. Bei einer besonderen Variante, bei der der Anschluß als Teil des Rahmens ausgeführt ist, läßt sich die abzudichtende Stre­ cke weiter verringern, da eine Abdichtung zwischen Anschluß und Rahmen nicht notwendig ist.

Der abgedichtete Filtereinsatz hat weiterhin den Vorteil, daß dieses Bauteil nicht ge­ gen Teile des Gehäuses abgedichtet werden muß. Daher läßt sich gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens der Rahmen in dafür vorgesehenen Auf­ nahmen im Gehäuse elastisch befestigen. Mit einer elastischen Befestigung ist ge­ meint, daß entweder die Aufnahmen als solche elastisch sind, oder der Rahmen mit den eingebauten Segmenten eine Eigenelastizität besitzt. Auf diese Weise lassen sich Fertigungstoleranzen von Rahmen und Segmenten auf unproblematische Weise ausgleichen, da keine definierte Anlagefläche im Gehäuse notwendig ist. Der Rah­ men als solcher ist wesentlich flexibler als das Gehäuse, welches aus gegen die Umgebung geschlossenen Schalen besteht. Durch die geringeren Toleranzanforde­ rung an die Einzelteile lassen diese sich wirtschaftlicher herstellen.

Der Erfindungsgedanke kann weitergebildet werden, indem Teile des Rahmens als Wandungen des Gehäuses ausgeführt sind. Hierdurch läßt sich eine einfache Ein­ bindung des Rahmens im Gehäuse erreichen. Außerdem übernehmen Teile des Rahmens gleichzeitig die Funktion der Gehäusewandung, wodurch Material einge­ spart werden kann. Ergebnis ist ein leichteres Bauteil. Insbesondere läßt sich die Funktion des Deckels, der zum Einbau des Filtereinsatzes im Gehäuse notwendig ist, durch einen Rahmenteil übernehmen. Dadurch wird dieses Bauteil komplett einge­ spart, wodurch Werkzeug-, Fertigungs- und Montagekosten eingespart werden kön­ nen.

Die Integration des Deckels ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, der gemäß die Einbaurichtung des Rahmens der Aus­ richtung des keilförmigen Innenraums entspricht. Der keilförmige Innenraum erstreckt sich entlang der Längenausdehnung des Filtereinsatzes, die im Verhältnis zur Breite groß ist. Wird die Einbaurichtung in der beschriebenen Weise gewählt, so wird der Filtereinsatz mit seiner kleinsten Fläche voran in die Einbauöffnung geschoben. Da­ durch kann die Einbauöffnung klein gehalten werden, wobei vorteilhafter Weise das Ende des Filtereinsatzes in der beschriebenen Weise als Deckel ausgeführt ist. In diesem Bereich kann dann zusätzlich der Anschluß für das zu filternde Gas ange­ bracht sein.

Durch die kleine Einbauöffnung kann das Gehäuse bei gleichem Materialaufwand steifer ausgeführt sein. Außerdem können geringere Anforderungen an die Toleran­ zen des Gehäuses gestellt werden, da eine abdichtende Anbringung des Deckels einfacher zu erzielen ist, wenn die Einbauöffnung klein ist. Hier ergibt sich ein we­ sentlicher Vorteil im Vergleich zu bekannten Filtergehäusen, bei denen die Einbau­ öffnung gleichzeitig zur Dichtung zwischen Roh- und Reinseite des Filtereinsatzes dient und infolgedessen in ihrer Größe der Flächenausdehnung des Filterelementes entsprechen muß.

Eine besondere Variante der Erfindung sieht vor, daß die Segmente direkt mit Dicht­ lippen versehen sind. Dies können z. B. Dichtungen aus PUR-Schaum sein, welcher an das Filtermedium direkt angespritzt wird. Diese Dichtlippen dienen dann zur Montage der Segmente am Rahmen. Hierbei wird ein Hilfsrahmen verwendet, wobei diE~ Dichtlippe z. B. zwischen dem Hilfsrahmen und dem Rahmen eingequetscht wer­ den kann. Der Hilfsrahmen läßt sich z. B. mit Hilfe einer Schraub- oder Schnappver­ bindung auf dem Rahmen befestigen. Die beschriebenen Segmente entsprechen Filterelementen, wie sie auch in andere Luftfiltergehäuse eingebaut werden. Durch das beschriebene Konstruktionsprinzip des Rahmens lassen sich daher alle Filter­ elemente verschiedener Baureihen auf das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip anpassen. Dies führt zu einer Standardisierung der verwendeten Filtersegmente, wobei durch Variation der Anzahl der Segmente die effektive Filterfläche beliebig verändert werden kann. Auf diese Weise wird ein Baukastenprinzip geschaffen, wel­ ches zur Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Lösung beiträgt.

Eine weitere Modifikation der Erfindung sieht vor, am Rahmen einen Verschluß für eine Austragsöffnung im Boden des Gehäuses vorzusehen. Wird der Rahmen z. B. zum Wechsel der Segmente aus dem Gehäuse entfernt, so wird gleichzeitig die Austragsöffnung freigegeben. Bei dieser Gelegenheit läuft daher Flüssigkeit aus dem Gehäuse ab, welche sich gegebenenfalls während des Betriebs des Filters ange­ sammelt hat. Der Verschluß kann gleichzeitig als elastische Aufhängung für den Rahmen im Gehäuse dienen.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen her­ vor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung er­ läutert. Hierbei zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Filter entlang der Linie A-A in Fig. 2 und

Fig. 2 eine Ansicht des oberen Teils des Filters entsprechend der Ansicht B mit einem Teilschnitt C-C gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 dargestellte Filter weist ein Gehäuse 10 auf, in den ein Filtereinsatz 11 eingesetzt ist. Der Filtereinsatz besteht aus einem Rahmen 12, der einen Innenraum 13 bildet. Ein Deckel 14, der das Gehäuse 10 verschließt ist als Teil des Rahmens 12 ausgeführt. Der Filtereinsatz 11 wird im Gehäuse 10 montiert, indem er derart in das Gehäuse eingesetzt wird, daß ein am Rahmen angebrachter Verschluß 15 mit Dicht­ ring 16 in einer Austragsöffnung 17 und der Rand des Deckels 14 in einer Einbauöff­ nung 18 im Gehäuse zum Anliegen kommt. Zur Erleichterung des Montagevorgangs sind im Gehäuse rippenförmige Einführhilfen 19 vorgesehen, die das Gehäuse gleichzeitig versteifen. Am Rahmen 12 sind unter Verwendung von zwei ange­ schraubten Hilfsrahmen 20 zwei Segmente 21 befestigt. Dies geschieht durch an einem Filtermedium 22 des Filterelements angespritzte Dichtlippen 23, die dichtend in Nuten 24 im Rahmen 12 eingreifen und durch die Hilfsrahmen 20 komprimiert werden.

Der keilförmige Innenraum 13 besitzt Seitenwände 25 (siehe Fig. 2), die zusammen mit dem Deckel 14 und den Segmenten 21 den Innenraum vollständig gegen das restliche Volumen des Gehäuses abschließen und so eine Reinseite 26 des Filters bilden. Die Reinseite ist mit einem Auslaß 27 verbunden, wobei der Auslaß als Teil des Rahmens 12 ausgebildet ist.

Das Gehäuse selbst bildet eine Rohseite 28 des Filters, wobei der Fig. 2 zu ent­ nehmen ist, daß diese mit einem Einlaß 29 versehen ist. Der Fig. 2 läßt sich auch der Aufbau des Rahmens in dem Bereich entnehmen, der gleichzeitig Wandteile des Gehäuses ersetzt. Dies ist einmal der Deckel 14, dessen linker Rand sich noch im Teilschnitt befindet, wobei der Deckel in den Auslaß 27 übergeht. Am Auslaß befin­ det sich eine umlaufende Dichtnut 30, die direkt auf den benachbarten Wandab­ schnitt des Gehäuses 10 gesteckt wird. Eine zusätzliche Dichtung kommt nicht zum Eiansatz, da es sich bei dem abzudichtenden Volumen um die Rohseite 28 des Filters handelt, bei der ein Nebenluftstrom aus dem Motorraum unschädlich ist. Weiterhin läßt sich im Teilschnitt das gefaltete Filtermedium 22, in diesem Fall ein Filterpapier erkennen. Gestrichelt eingezeichnet ist der Verlauf einer in Fig. 1 nicht dargestellten Stützrippe 31, die eine zusätzliche Stabilisierung des Filtermediums hervorrufen kann.

Claims (10)

1. Filter für gasförmige Medien, insbesondere Luftfilter für Verbrennungsmotoren, welches ein flach ausgebildetes Filtermedium (22) aufweist, wobei dieses an einem Rahmen (12) angebracht ist, welcher mit diesem zusammen einen Filtereinsatz (11) bildet, welcher in ein Gehäuse (10) eine Rohseite (28) mit einem Einlaß (29) von einer Reinseite (26) mit einem Auslaß (27) voneinander abdichtend eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium aus mehreren Segmenten (21) besteht, welche in ihrer Einbaulage am Rahmen (12) einen keilförmigen Innenraum (13) bilden.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen Stützrippen (31) für das Filtermedium aufweist, die in den Innenraum (13) hineinragen.

3. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) zusammen mit den Segmenten (21) den Innenraum (13) erzeugen, welcher mit einem Anschluß (27, 29) am Gehäuse für das durchgeleitete Gas kommuniziert.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (27, 29) Teil des Rahmens (12) ist.

5. Filter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) in dafür vorgesehenen Aufnahmen (14, 17) elastisch befestigt ist.

6. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rahmen (12) Teile der Wandungen des Gehäuses (10) integriert sind.

7. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaurichtung des Rahmens (12) der Ausrichtung des keilförmigen Innenraumes (13) entspricht.

8. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (21) mit Dichtlippen (23), insbesondere aus PUR-Schaum, versehen sind, wobei die Segmente über die Dichtlippen unter Verwendung von Hilfsrahmen (20) dichtend auf dem Rahmen (12) befestigt sind.

9. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadlurch gekennzeichnet, daß am Rahmen (12) ein Verschluß (15) für eine Austragsöffnung (17) im Boden des Gehäuses (10) zum Ablassen angesammelter Flüssigkeit angebracht ist, wobei der montierte Rahmen die Austragsöffnung verschließt.

10. Filtereinsatz, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zum Einbau in ein Filter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.