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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 sowie eine Filtervorrichtung nach Anspruch 9.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 100 63 881 ist
ein Filterelement bekannt, welches über einen Stützkörper verfügt, um den
ein Filtermedium gewickelt ist. Das Filtermedium ist mit dem Stützkörper verschweißt. Das
Filtermedium ragt über
einen an dem Stützkörper angeordneten
Wulst und bildet so in eingebautem Zustand eine Abdichtung zwischen
dem Filterelement und einem Gehäuseteil.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Filterelement zu schaffen, welches über eine
Dichtung verfügt,
welche einfach und kostengünstig
herstellbar ist. Hierbei soll die Dichtung eine zuverlässige Abdichtung
zu einem Gehäuseteil
bilden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und
9 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Filterelement
verfügt über ein
Filtermedium zur Reinigung eines flüssigen oder gasförmigen Fluides.
Vorzugsweise dient das Filterelement der Ansaugluftreinigung für eine Brennkraftmaschine.
Das Filtermedium kann hierbei aus einem beliebigen Material, insbesondere
zellulosehaltige Filtermedien und/oder synthetischen Faservliese,
bestehen. Hierbei kann das Filtermedium als ebenes ein- oder mehrlagiges Medium
ausgeführt
sein oder über
besondere Faltungen verfügen,
um die Filterfläche
zu erhöhen.
Um eine Deformierung des Filtermediums beim Durchströmen durch
das Fluid zu vermeiden, ist ein Stützkörper vorgesehen, welcher über einen
Stützbereich
für das
Filtermedium verfügt. In
dem Stützbereich
ist der Stützkörper für das zu
reinigende Fluid durchlässig.
Der Stützkörper verfügt in seinem
Stützbereich über eine
ausreichende Steifigkeit, um das Filtermedium gegenüber dem
Druck durch das Fluid abzustützen.
Der Stützkörper verfügt weiterhin über einen
Dichtbereich, welcher für
das zu reinigende Fluid undurchlässig
ist. In diesem Stützbereich
ist eine Dichtung angeformt. Durch diese Dichtung ist das Filterelement
dichtend mit einem Gehäuse
verbindbar. Die Dichtung kann eine beliebige Geometrie aufweisen,
welche z. B. als umlaufender Wulst oder mit mehreren parallel verlaufenden, ringförmigen Lamellen
ausgestaltet ist. Um eine kostengünstige Anformung der Dichtung
an dem Stützkörper zu
realisieren, wird vorzugsweise ein thermoplastisch verarbeitbarer
Kunststoff, wie z. B. Polypropylen oder Polyamid, gewählt. Um
eine elastisch verformbare Dichtung zu erzeugen, kann die Wandstärke des
Materials an der Dichtung reduziert werden. Diese reduzierte Wandstärke kann
durch die Erzeugung von Hohlräumen
im Inneren der Dichtung oder durch eine entsprechend dünne Lamellengeometrie erzeugt
werden. Bei anderen Ausführungen
kann auch die Materialeigenschaft an der Dichtung verändert werden.
Hierbei kann die chemische Zusammensetzung an die Erfordernisse
angepasst werden. Durch die Anformung der Dichtung an den Stützkörper entfällt eine
Montage von zusätzlichen
Dichtmitteln. Weiterhin kann die Montage einer Dichtung nicht vergessen
werden, da die Dichtung sich bereits an dem Stützkörper befindet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Stützkörper aus einem elastisch verformbaren
Kunststoff gebildet. Vorzugsweise wird ein thermoplastisches Elastomer
für den
Stützkörper verwendet.
Trotz der elastischen Eigenschaften des Stützkörpers reichen die Stützkräfte aus,
um das Filtermedium vor einer Deformierung zu schützen. Durch
die verwendeten thermoplastischen Elastomere kann eine hervorragende
Dichtung erzeugt werden, welche sich an die anschließenden Gehäuseteile
anschmiegt und so eine zuverlässige
Dichtung bildet. Ein besonders vorteilhaftes thermoplastisches Elastomer
kann z. B. TPE sein, welches über
eine Härte
von ca. 50 bis 90 Shore, insbesondere etwa 80 Shore, verfügt. Die
TPE können
auf unterschiedlichen Basen, wie z. B. Polyamid oder Polypropylen, aufgebaut
sein, an welche funktionale Elastomergruppen chemisch angebunden
werden. Weitere Beispiele für
TPE sind z. B. Polyurethan-Elastomere "Elastollan C" der Firma BASF, Polyetheramide "Pebax" der Firma ATO, Polyester-Elastomere "Hytrel" der Firma DuPont
oder Polyolefin-Elastomere "Santoprene" der Firma AES.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Filtermedium dichtend
und unlösbar mit
dem Stützkörper verbunden.
Hierbei kann das Filtermedium z. B. über eine Klebe- oder Schweißverbindung
mit dem Stützkörper verbunden
werden. Diese unlösbare
Verbindung verbindet das Filtermedium in dem Stützbereich mit dem Stützkörper. Da Relativbewegungen
zwischen dem Filtermedium und dem Stützkörper zu Beschädigungen
des Filtermediums führen
können,
sind derartige Relativbewegungen verhindert. Der Stützkörper kann
bei dieser Ausgestaltung sowohl auf der Anströmseite als auch auf der Abströmseite des
Filtermediums angeordnet sein. Bei einer Anordnung des Stützkörpers auf
der Abströmseite
wird das Filtermedium durch den Fluiddruck gegen den Filterkörper gedrückt. Durch
den Stützkörper wird
eine zu starke Durchbiegung des Filtermediums erfolgreich verhindert.
Bei einer Anordnung des Stützkörpers auf
der Anströmseite
des Filtermediums wird durch die unlösbare Verbindung das Filtermedium
ausreichend an dem Stützkörper gehalten,
so dass ebenfalls eine zu starke Durchbiegung unterbleibt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Stützkörper direkt auf das Filtermedium
aufgespritzt. Hierbei dringt das Material des Stützkörpers bei der Herstellung in
das Filtermedium ein und bildet so eine feste Verbindung zwischen dem
Stützkörper und
dem Filtermedium. Zur Herstellung des Filterelementes wird das Filtermedium
in eine entsprechende Werkzeugaufnahme eingelegt und mit dem flüssigen Material
des Stützkörpers umspritzt.
Nachdem das Material über
eine ausreichende Festigkeit verfügt, wird das Werkzeug geöffnet und
das Filterelement ent nommen. Bei diesem Herstellungsverfahren ist
kein weiterer Bearbeitungsschritt zur Herstellung des Filterelementes
notwendig.
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Die
erfindungsgemäße Filtervorrichtung
verfügt über ein
Gehäuse,
in welchem ein Hauptfilterelement angeordnet ist. Das Hauptfilterelement
verfügt über ein
Filtermedium zur Reinigung eines flüssigen oder gasförmigen Fluidstroms.
Das Hauptfilterelement kann vorzugsweise als ringförmig geschlossenes
Element ausgeführt
sein, wodurch das Hauptfilterelement über eine zylindrische, konische
oder ovale Form verfügen
kann. Das Filtermedium ist vorzugsweise als zickzackförmig gefaltetes
Medium ausgeführt,
um die verfügbare
Filterfläche
zu erhöhen.
An der Stirnseite des geschlossenen Filtermediums sind Endscheiben
angeordnet, welche auf mindestens einer Seite dichtend mit dem Filtergehäuse korrespondieren.
Das Gehäuse
der Filtervorrichtung verfügt über einen
Reinluftstutzen, welcher in das Innere des Gehäuses ragt und von dem Hauptfilterelement
umschlossen ist. Innerhalb des Hauptfilterelementes ist ein Filterelement
gemäß den vorangehenden
Ausführungen
angeordnet. Hierbei korrespondiert das Filterelement dichtend mit
dem Reinluftstutzen. Das Filterelement kann über eine am Außenumfang
des Filterelementes angeordnete Dichtung verfügen. Hierbei korrespondiert
das Filterelement mit einer Innenfläche des Reinluftstutzens. Bei
einer anderen Ausgestaltung verfügt
das Filterelement über eine
am Stützkörper innen
angeordnete Dichtung. Bei dieser Ausgestaltung korrespondiert die
Dichtung des Stützkörpers mit einer
Außenfläche des
Reinluftstutzens. Somit ist eine optimale Abdichtung des Filterelementes
an dem Gehäuse
gewährleistet,
wodurch keine Verunreinigungen in den Reinluftstutzen gelangen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Filtervorrichtung ist das Filterelement
größtenteils von
dem Hauptfilterelement umschlossen. Bei dieser Ausgestaltung ist
das Innenvolumen des Hauptfilterelementes derart ausgestaltet, dass
das Filterelement ausreichend Platz darin findet. Durch diese Ausgestaltung
ist eine optimale Ausnutzung des zu Verfügung stehenden Bauraums möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Aus führungsbeispiele
näher beschrieben.
Hierbei zeigt:
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1 ein
Filterelement in perspektivischer Darstellung,
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2 eine
Filtervorrichtung im Schnitt und
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3 einen
Ausschnitt aus der Filtervorrichtung gemäß 2.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Filterelement 10 in
perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Filterelement 10 verfügt über einen
Stützkörper 11, welcher
im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist. Der Stützkörper 11 verfügt über axial
verlaufende Stege 12 und über radial umlaufende Stege 13.
Die Radialstege 13 sind durch die Axialstege 12 miteinander
verbunden. Hierbei sind mehrere parallel zueinander angeordnete
Axialstege 12 vorgesehen. Durch die axialen und radialen
Stege 12, 13 ist ein Stützbe reich 14 gebildet,
welcher für
ein zu reinigendes Fluid durchlässig
ist. Bei einer nicht dargestellten Variante kann der Stützbereich
auch durch ein perforiertes Rohr oder sonstiges Gebilde gebildet
werden. Hierbei können
die Perforationen z. B. als runde Bohrungen oder eckige Fenster
ausgebildet sein.
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An
den Stützbereich 14 schließt ein Dichtbereich 15 an,
welcher für
das Fluid nicht durchlässig ist.
Der Dichtbereich 15 verfügt über zwei parallel zueinander
ringförmig
umlaufende Dichtwulste 16. Die Dichtwulste 16 bestehen
aus demselben Material wie der restliche Stützkörper 11. An der gegenüberliegenden
Stirnseite ist ein fluidundurchlässiger
Endbereich 17 angeordnet. Der Endbereich 17 wird
durch eine undurchlässige
Scheibe 18 abgeschlossen. Der Endbereich 17 und
die Scheibe 18 bestehen ebenfalls aus demselben Material
wie der übrige
Stützkörper 11.
Der Stützkörper 11 umschließt ein Filtermedium 19,
welches unlösbar
mit dem Stützkörper 11 verbunden
ist. Hierbei sind sämtliche
Bereiche, welche zwischen den Stegen 12, 13 angeordnet
sind, durch das Filtermedium 19 überdeckt. Bei dem Filtermedium 19 handelt
es sich um ein zellulosehaltiges Filterpapier, welches durch das
Material der Stege teilweise durchdrungen ist. Das beschriebene
Filterelement 10 ist vorzugsweise zur Reinigung von Ansaugluft
einer Brennkraftmaschine geeignet.
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In 2 ist
eine Filtervorrichtung für
die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine im Schnitt dargestellt.
Der 1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Filtervorrichtung verfügt über ein Gehäuse 20 mit einem Oberteil 21 und
einem lösbar
mit dem Oberteil 21 verbundenen Unterteil 22.
Das Unterteil 22 weist einen Austragsstutzen 23 auf.
Durch den Austragsstutzen 23 können grobe Verunreinigungen
aus dem Gehäuse 20 ausgetragen
werden. Weiterhin verfügt
das Unterteil 22 über
einen Kragen 24, welcher derart ausgestaltet ist, dass
er ein Hauptfilterelement 25 aufnehmen kann. Durch den
Kragen 24 wird verhindert, dass grobe Verunreinigungen
auf das Hauptfilterelement 25 auftreffen und die Filterfläche zu stark
verunreinigen.
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Das
Oberteil 21 verfügt über einen
Rohlufteinlass 26, welcher tangential in das Gehäuse einströmt. Durch
die tangentiale Einströmung
wird die einströmende
Luft in Rotation versetzt, so dass grobe Verunreinigungen am Außenumfang
abgeschieden und zu dem Auslassstutzen 23 getragen werden.
Um eine Verunreinigung des Hauptfilterelementes 25 zu vermeiden,
ist an dem Oberteil ebenfalls ein Kragen 24' angeordnet, welcher das Hauptfilterelement 25 am
Umfang umgibt. Weiterhin verfügt
das Oberteil 21 über
eine Öffnung,
in welche ein Reinluftstutzen 27 einführbar ist. Alle Gehäuseteile 21, 22 und 27 bestehen
aus einem thermoplastischen Kunststoff, welcher gefüllt oder
ungefüllt
ausgeführt
sein kann. Somit können
die Gehäuseteile
einfach und kostengünstig
hergestellt werden. Der Reinluftstutzen 27 verfügt über eine
Anlageschulter 28, welche auf dem Oberteil 21 aufliegt.
Von der Anlageschulter 28 aus erstreckt sich ein zylin drischer
Bereich 29 in das Innere des Gehäuses 20. Das Filterelement 10 liegt
mit seinen Dichtwulsten 16 dichtend an der Innenfläche dieses
zylindrischen Bereiches 29 an und bildet somit eine radiale
Dichtung. Weiterhin kann auch zwischen der Anlageschulter 28 und
dem Stützkörper 11 eine axiale
Dichtung ausgebildet sein. Auf der dem zylindrischen Bereich 29 gegenüberliegenden
Seite der Anlageschulter 28 erstreckt sich ein Anschlussstutzen 30,
welcher zur Verbindung der Filtervorrichtung mit dem Ansaugtrakt
einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
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Die
zu reinigende Ansaugluft strömt
durch den Rohlufteinlass 26 in das Gehäuse 20 ein und wird
in Rotation versetzt. Durch den in der Brennkraftmaschine verursachten
Unterdruck wird die angesaugte Luft durch das Hauptfilterelement 25 hindurchgesaugt,
wobei Verunreinigungen durch das Filtermedium zurückgehalten
werden. Diese vorgereinigte Luft trifft auf das Filterelement 10,
welches im Inneren des Hauptfilterelementes 25 angeordnet
ist, auf und durchströmt
dieses ebenfalls, bevor es durch den Anschlussstutzen 30 aus
dem Gehäuse 20 ausströmt. Zur
Vermeidung, dass Verunreinigungen auf die Reinseite gelangen können, verfügt das Hauptfilterelement 25 über stirnseitig
angeordnete Endscheiben 31, welche dichtend mit dem Filtermedium
verbunden sind.
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In 3 ist
ein Ausschnitt aus der Filtervorrichtung gemäß 2 dargestellt.
Der 2 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Endscheibe 31 schmiegt sich mit ihrem offenen Ende
an den zylindrischen Bereich 29 des Reinluftstutzens 27 an,
so dass kein Leckagevolumenstrom auf die Reinseite, welche innerhalb
des Hauptfilterelementes 25 angeordnet ist, strömen kann.
Weiterhin verfügt
der zylindrische Bereich 29 über eine Rastnase 32,
mit welcher der Reinluftstutzen 30 an dem Oberteil 21 fixierbar
ist. Das Filterelement 10 schmiegt sich mit den Dichtwulsten 16 an
die Innenfläche
des zylindrischen Bereiches 29 dichtend an.