WO2009019204A1 - Filterelement - Google Patents

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WO2009019204A1
WO2009019204A1 PCT/EP2008/060111 EP2008060111W WO2009019204A1 WO 2009019204 A1 WO2009019204 A1 WO 2009019204A1 EP 2008060111 W EP2008060111 W EP 2008060111W WO 2009019204 A1 WO2009019204 A1 WO 2009019204A1
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WO
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filter element
filter
section
opening cross
filter material
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/060111
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Walz
Andreas Beck
Original Assignee
Mann+Hummel Gmbh
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Publication date
Application filed by Mann+Hummel Gmbh filed Critical Mann+Hummel Gmbh
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Publication of WO2009019204A1 publication Critical patent/WO2009019204A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02—Air cleaners
    • F02M35/024—Air cleaners using filters, e.g. moistened
    • F02M35/02475—Air cleaners using filters, e.g. moistened characterised by the shape of the filter element
    • F02M35/02483—Cylindrical, conical, oval, spherical or the like filter elements; wounded filter elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/52—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material
    • B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/10—Multiple layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/20—Shape of filtering material
    • B01D2275/201—Conical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2279/00—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
    • B01D2279/60—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for the intake of internal combustion engines or turbines

Definitions

  • the invention relates to a filter element, such as for filtering of
  • the invention relates to
  • DE 20 2004 003 326 U1 discloses a corresponding one
  • a disadvantage is, for example, the complex installation and replacement
  • Patent claim 1 solved.
  • a filter element in particular an air filter for a Kraft ⁇
  • the inlet opening is um ⁇ of a filter material um ⁇
  • the second opening cross-section allows a raw fluid inlet into a second raw fluid area which is at least partially enclosed by the filter material.
  • the filter element can be made particularly compact, wherein the
  • Example 2 crude fluid, such as contaminated air, flows longitudinally to a longitudinal extent of the filter element and flows through radial surfaces of the filter material such as filter fleece.
  • the opening cross sections may be in the same plane, for example, the inlet opening of the filter element, or else be longitudinally offset along the longitudinal extent of the filter element.
  • Filter element form substantially semi-closed pockets of filter material, so that results in a radial outflow of the fluid into the clean fluid areas by the building up internal pressure in the Rohfluid Schemeen.
  • opposite flow sequence that is radially through the filter material and longitudinally out of the filter element, take place.
  • the raw air areas correspond to the clean air areas of the first embodiment.
  • further opening cross-sections are provided within the second opening cross-section, wherein between adjacent Aperture cross-sections a respective at least partially filter material having boundary surface forms a respective further Rohfluid Scheme inside the filter element.
  • a respective at least partially filter material having boundary surface forms a respective further Rohfluid Scheme inside the filter element.
  • the opening cross-sections are arranged concentrically, the filter material has longitudinal folds along the inflow direction, and / or the filter material has transverse folds along the inflow directions.
  • the filter element is tubular or cylindrical in shape, and the boundary surface between a respective raw fluid region and a clean fluid region corresponds to the lateral surface of a respective cylinder which has a respective opening cross section as the base surface.
  • the filter element can be formed, for example, of nested cylinders.
  • the filter element has a plurality of truncated cones pushed into one another, whose mantle, cover and / or base surfaces at least partially have the filter material.
  • the filter element may in particular be formed conically in the shape of a truncated cone.
  • the base of a first truncated cone forms the first opening portion
  • the circumference of the conical surface of the first truncated cone corresponds to the circumference of the base of a second truncated cone.
  • the top surface of the second truncated cone forms the second opening cross-section
  • the volume of the third cone or truncated cone forms the second raw fluid region.
  • Such an embodiment corresponds to a filter element in which truncated cones with alternately opposite orientation and the inner truncated cone decreasing base surface cross-sections.
  • a corresponding filter element can be formed, for example, from a cone made of filter material, which is inverted several times into its interior.
  • a respective lateral surface of the cylindrical cone or truncated cone is formed from zigzag folded filter material.
  • the respective base surfaces of the cylinders or cones are formed from polygons, which correspond to the profile of the zigzag folding.
  • the filter element is made exclusively of a suitably folded and / or glued sheet or sheets of a flat foldable filter fabric.
  • the filter element may have bellows-shaped filter material with transverse folds along an axis of symmetry of the filter element.
  • the filter material is everted at least once.
  • Filter element for example, by foamed plastic material
  • Plastic, metal or other suitable materials the shape and / or
  • Fig. 1 is a perspective, cross-sectional and longitudinal sectional view
  • FIG. 2 is a perspective, cross-sectional and longitudinal sectional view
  • Fig. 3 is a perspective view of a frusto-conical
  • FIG. 4 shows an embodiment with longitudinally folded filter material of a
  • FIG. 6 is a perspective view of a filter element with six
  • Fig. 1A is a perspective view of a filter element 1 darge
  • the filter element is cylindrical and has a Symmetrie ⁇
  • the cylindrical or tubular filter element 1 has a Ein ⁇
  • raw air RO occurs substantially along the axis of symmetry S.
  • the filter element 1 is made of a nonwoven filter material.
  • the filter element 1 has concentric with respect to the axis of symmetry S arranged tubular or tubular lateral surfaces 5, 6, 7 of filter fleece.
  • the area within the circumference of the outer shell 4 forms the opening cross section of the inlet opening second
  • Figure 1 B shows a cross section through the inlet opening 2.
  • a gap which serves for the paraxial inflow of unfiltered air as the first unfiltered air region 8.
  • a fluid-tight ring 16 is provided, for example, which on the one hand prevents untreated air from flowing into the intermediate space between the second and third jacket 5, and on the other hand contributes to the dimensional stability of the lateral surfaces.
  • the gap between the second and third shells 5, 6 is used along the longitudinal extent of the filter element 1 as a clean air region 11. This is apparent from the cross-sectional view in Figure 1 C of the outlet opening 3.
  • the intermediate space between the outer jacket 4 and the second jacket 5 is closed by a ring 13.
  • an internal pressure thus builds up, so that the fluid to be filtered or the polluted air enters the exterior 17 through the outside wall 4 or into the space formed between the second and third walls 5, 6 Clean air area 11 emerges. From there, the clean air can be tapped.
  • FIG. 1 D shows a longitudinal section through the filter element 1.
  • the axis of symmetry S is drawn in and lying between the lateral surfaces 4, 5, 6, 7 clean and unfiltered air areas 8, 9, 11, 12 shown in cross section.
  • the bold sections 13, 14, 15, 16, which are vertical in the illustration of FIG. 1D, represent cross-sections of the annular terminations, as shown in FIGS. 1B and 1C.
  • the dotted vertical sections indicate fluid-permeable areas of the inlet opening 2 or outlet opening 3.
  • Raw air entering from the left RO thus enters the first unfiltered air region 8 and the second raw air region 9.
  • the unfiltered air can pass through the built-up from filter fabric interfaces 4, 5, 6, 7 in the respective independent clean air areas 11, 12 and enter the exterior 17.
  • the annular regions 13, 14, 15, 16 may also be connected to each other at the inlet or outlet opening 2, 3 via struts and form a respective end plate.
  • the filter element can be used particularly favorably in a tubular receiving device or a filter housing. Due to the multiple raw air areas, the filter surface is particularly large, so that a high efficiency is achieved in a small space.
  • Figures 2A-2D show a second embodiment of a filter element, which also has a plurality of clean and Rohluft Symposiume.
  • FIG. 2A shows a perspective view of a filter element 1.
  • the outer jacket 18 is formed by a fluid or airtight material, such as a plastic.
  • the outer circumferential surface 18 may be designed, for example, in the manner of an air supply pipe for a fuel engine. Inside the jacket 18 are alternately concentrically arranged clean air and Rohluft Symposiume provided.
  • the outer lateral surface 18 has an inlet opening 2 with an opening cross-section and an outlet opening 3.
  • a truncated cone 20 of filter material At the edge 19 of the inlet opening 2 is an edge of a truncated cone 20 of filter material.
  • the perspective hidden areas are shown in dashed lines.
  • a lateral surface of a truncated cone is formed by filter material 20.
  • the opening area of the truncated cone has a circumference 24 which is smaller than the circumference or the cross-sectional area of the outlet opening 3.
  • the space between the lateral surface 18 and the conical surface 20 therefore forms a first clean air region 25.
  • an annular element 16 is again provided, which forms a part of the top surface of the second truncated cone and is fluid-tight.
  • a tubular or tubular interface 22 of filter material is formed, which extends from the inlet opening 2 to the outlet opening 3 and is closed there by a closure 27.
  • the boundary surface 22 may also be tapered and / or tapered in another embodiment, so that the conclusion 27 is formed only punctiform.
  • the annular region 16 at the inlet opening 2 is fixed on the lateral surface 18 via struts 23.
  • the annular portion 26 and the circular portion 27 are connected by struts 23.
  • FIG. 2D shows a longitudinal section through the filter element 1.
  • the outlet opening side is closed by the round end 27, such as with a plug.
  • the cross section of the opening-side raw air region 9 is enclosed by the ring 16.
  • a truncated cone casing of filter material 21 which widens in the direction of the outlet opening 3.
  • an independent clean air region 28 which is arranged concentrically around the unfiltered air region 9, is created.
  • Another truncated cone-like interface 20 adjoins the periphery or the edge 19 of the inlet opening 2, concentrically surrounds the truncated cone shell 21 and tapers in the direction of the opening side 3.
  • the annular region 26 forms a termination of the unfiltered air region 8 formed by the lateral surfaces 20, 21.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a further filter element 1.
  • the filter element is formed from a cone formed by filter material, which is everted several times.
  • a corresponding cone may be formed from nonwoven filter material sheet in the form of a semicircle.
  • the perspective hidden contours are shown dotted. Starting from a complete conical surface of filter material, the tip of the cone is first everted at a height H, so that a truncated cone is shown as shown in FIG.
  • the corresponding top surface corresponds to an opening cross section of the outlet opening 3.
  • the tip is everted again in the direction of the outlet opening 3.
  • This opening cross-section allows the inflow of unfiltered air into the interior of the conical tip, which realizes a raw air area 30.
  • the two lateral surfaces 31 and 32 of the nested truncated cones form a second unfiltered air region 34.
  • unfiltered air RO can flow through the two opening cross-sections Q1, Q2 in the filter element, flow through the interfaces of filter material in the clean air area and are tapped as clean air RE.
  • FIG 4 a further embodiment of a filter element 36 is shown, which is constructed similar to that shown in Figure 3.
  • the lateral surfaces are formed along the symmetry axis S longitudinally folded filter material.
  • the folding edges 37 run substantially along the longitudinal extent of the filter element 36. The folding edges 37, the filter element 36 when inserted into, for example, a tubular receptacle are first compressed. This facilitates the handling of the filter element 36 during insertion and replacement.
  • FIG. 5 shows another embodiment of a filter element in cross section and in perspective.
  • the filter element 38 is formed from concentrically folded and folded filter material.
  • FIG. 5A a cross section of a round disc of filter material with concentric folds 39 is indicated.
  • a filter element 40 is shown with hexagonal cross-section.
  • prismatic concentric lateral surfaces are realized from filter material.
  • On the inlet opening 2 fixed via struts annular portions 41, 42 are shown, which separate the inlet opening side of the clean air from the raw air areas.
  • the inlet opening-side annular seals 42, 41 are arranged in the outlet opening side inversely thereto.
  • a respective space between concentric lateral surfaces is sealed to only one side (entrance or exit), and two spaces sealed to the same side are not adjacent. This is not shown in detail in FIG.
  • the proposed filter elements, recording devices and filter assemblies can also be used elsewhere.
  • the substantially radial throughflow direction opposite to the examples that is from the outside to the inside. Nevertheless, this results in independent raw and / or clean air areas.

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Abstract

Filterelement (1), insbesondere Luftfilter für ein Kraftfahrzeug, mit einer einen Öffnungsquerschnitt (Q1) aufweisenden Eintrittsöffnung (2), welche von einem Filtermaterial derart umschlossen ist, dass ein zu filterndes Rohfluid (RO) entlang einer Einströmrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Eintrittsöffnung (2) in das Filterelement (1) eintritt, wobei in dem ersten Öffnungsquerschnitt (Q1) mindestens ein zweiter Öffnungsquerschnitt (Q2) vorgesehen ist, und das Filtermaterial zumindest teilweise zwischen dem ersten Öffnungsquerschnitt (Q1) und dem zweiten Öffnungsquerschnitt (Q2) derart eine Grenzfläche zwischen einem ersten Rohfluidbereich (34) und einem Reinfluidbereich (35) des Filterelements (1) bildet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Öffnungsquerschnitt (Q1, Q2) Rohfluid durch die Grenzfläche im Wesentlichen radial zu der Einströmrichtung in den Reinfluidbereich (35) strömt; und wobei der zweite Öffnungsquerschnitt (Q2) einen Rohfluideintritt in einen zumindest teilweise von dem Filtermaterial umschlossenen zweiten Rohfluidbereich (30) ermöglicht.

Description

Beschreibung
Filterelement Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft ein Filterelement, wie zum Beispiel zur Filterung von
Luft insbesondere zur Filterung von Verbrennungsluft in Brennkraftma¬
schinen oder von Luft für den Fahrzeuginnenraum. Ferner betrifft die Erfin¬
dung eine Aufnahmeeinrichtung für ein Filterelement sowie eine Filteran¬
ordnung.
Stand der Technik
[0002] Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich ist es notwendig, die zur Verbren¬
nung von Kraftstoffen benötigte Luft vor der Zuführung in die Brennkraft¬
maschine zu reinigen. Dies erfolgt in der Regel durch Luftfilter, welche in
dem jeweiligen Verbrennungsluftansaugrohr verbaut sind. Dabei ist es oft
wegen begrenzter räumlicher Ressourcen gewünscht, eine besonders
kompakte Anordnung zu schaffen. Ferner soll ein Austausch von ver¬
schmutzten Filtern leicht möglich sein. In der Vergangenheit wurden dazu
im Wesentlichen starre Filterelemente aus Faltenpacks in einem passen¬
den Filtergehäuse vorgesehen. Üblicherweise sind derartige Faltenpacks
quaderförmig oder in der Art eines Zylinders ausgeführt. Die
DE 20 2004 003 326 U1 offenbart zum Beispiel ein entsprechendes
Filterelement.
[0003] Nachteilig ist dabei zum Beispiel der aufwändige Einbau und Austausch
entsprechender Filterelemente, da es zwischen köpf- und fußseitigen End- Scheiben des Zylinders eingeklemmt werden muss. Gewünscht sind ferner
leichte und aus wenigen Bestandteilen aufgebaute Filter, um die Herstel¬
lungskosten zu senken. Dennoch ist eine ausreichende Stabilität insbe¬
sondere des Filtermaterials erforderlich, damit beim Durchfluss des zu fil¬
ternden Mediums keine Verformung auftritt und die Filterung behindert.
[0004] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes
Filterelement zu schaffen.
Offenbarung der Erfindung
[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
[0006] Demgemäß ist ein Filterelement, insbesondere ein Luftfilter für ein Kraft¬
fahrzeug vorgesehen, mit einer einen Öffnungsquerschnitt aufweisenden
Eintrittsöffnung. Die Eintrittsöffnung ist von einem Filtermaterial derart um¬
schlossen, dass ein zu filterndes Rohfluid entlang einer Einströmrichtung
im Wesentlichen senkrecht zur Eintrittsöffnung in das Filterelement eintritt.
In dem ersten Öffnungsquerschnitt ist mindestens ein zweiter Öffnungs¬
querschnitt vorgesehen, wobei das Filtermaterial zumindest teilweise zwi¬
schen dem ersten Öffnungsquerschnitt und dem zweiten Öffnungsquer¬
schnitt derart eine Grenzfläche zwischen einem ersten Rohfluidbereich
und einem Reinfluidbereich des Filterelements bildet, das zwischen dem
ersten und dem zweiten Öffnungsquerschnitt Rohfluid durch die Grenz¬
fläche im Wesentlichen radial zu der Einströmrichtung in den Reinfluidbe- reich strömt. Der zweite Öffnungsquerschnitt ermöglicht dabei einen Roh- fluideintritt in einen zumindest teilweise von dem Filtermaterial umschlossenen zweiten Rohfluidbereich.
[0007] Das Filterelement lässt sich besonders kompakt ausführen, wobei zum
Beispiel Rohfluid, wie verunreinigte Luft, longitudinal zu einer Längenausdehnung des Filterelementes einströmt und radial durch Oberflächen des Filtermaterials wie beispielsweise Filtervlies durchströmt. Dadurch, dass mehrere Rohfluidbereiche gebildet sind, ergibt sich eine große Filteroberfläche und damit effiziente Filterung des Rohfluids auf kleinstem Bauraum. Die Öffnungsquerschnitte können dabei in derselben Ebene, beispielsweise der Eintrittsöffnung des Filterelementes liegen, oder aber auch entlang der Längsausdehnung des Filterelementes longitudinal versetzt sein.
[0008] Die verschiedenen Rohfluidbereiche bzw. Rohluftbereiche in dem
Filterelement bilden im Wesentlichen halbverschlossene Taschen aus Filtermaterial aus, so dass durch den sich aufbauenden Innendruck in den Rohfluidbereichen ein radialer Abfluss des Fluids in die Reinfluidbereiche ergibt. Alternativ kann auch entgegengesetzte Durchflussabfolge, also radial durch das Filtermaterial und longitudinal aus dem Filterelement hinaus, erfolgen. In diesem Fall entsprechen die Rohluftbereiche den Reinluftbereichen der ersten Ausführungsform.
[0009] Vorzugsweise sind innerhalb des zweiten Öffnungsquerschnitts liegende weitere Öffnungsquerschnitte vorgesehen, wobei zwischen benachbarten Öffnungsquerschnitten eine jeweilige zumindest teilweise Filtermaterial aufweisende Grenzfläche einen jeweiligen weiteren Rohfluidbereich im Inneren des Filterelementes bildet. Je mehr unabhängige Rohfluidbereiche innerhalb von dem Filterelement gebildet werden, desto größer ist die Filteroberfläche des Filtermaterials und damit die Effizienz des Filterelementes auf kleinen Bauraum.
[0010] In bevorzugten Ausführungsformen sind die Öffnungsquerschnitte konzentrisch angeordnet, das Filtermaterial weist entlang der Einströmrichtung Längsfaltungen auf, und/oder das Filtermaterial weist entlang der Einströmrichtungen Querfaltungen auf.
[0011] In einer Ausführungsform des Filterelementes ist das Filterelement rohr- förmig oder zylinderförmig ausgebildet, und die Grenzfläche zwischen einem jeweiligen Rohfluidbereich und einem Reinfluidbereich entspricht der Mantelfläche eines jeweiligen Zylinders, welcher einen jeweiligen Öffnungsquerschnitt als Grundfläche hat. Das Filterelement kann beispielsweise aus ineinander geschachtelten Zylindern ausgebildet werden.
[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Filterelement mehrere ineinander geschobene Kegelstümpfe, deren Mantel-, Deck- und/oder Grundflächen zumindest teilweise das Filtermaterial aufweisen. Das Filterelement kann insbesondere konisch in der Form eines Kegelstumpfes ausgebildet werden. Dabei bildet die Grundfläche eines ersten Kegelstumpfes den ersten Öffnungsabschnitt, und der Umfang der Kegelfläche des ersten Kegelstumpfes entspricht dem Umfang der Grundfläche eines zweiten Kegelstumpfes. Dabei bildet die Deckfläche des zweiten Kegelstumpfes den zweiten Öffnungsquerschnitt, und das Volumen des dritten Kegels oder Kegelstumpfes bildet den zweiten Rohfluidbereich.
[0013] Eine derartige Ausführungsform entspricht einem Filterelement, bei dem ineinander Kegelstümpfe mit abwechselnd entgegengesetzter Orientierung und zum inneren Kegelstumpf hin abnehmenden Grundflächenquerschnitten. Ein entsprechendes Filterelement lässt sich beispielsweise aus einem aus Filtermaterial gefertigten Kegel ausbilden, der mehrfach in seinen Innenraum umgestülpt wird.
[0014] In weiteren Ausführungsformen des Filterelementes ist eine jeweilige Mantelfläche des Zylinderkegels oder Kegelstumpfs aus zickzackförmig gefaltetem Filtermaterial gebildet. Insofern sind die jeweiligen Grundflächen der Zylinder oder Kegel aus Polygonzügen gebildet, welche dem Profil der zickzackförmigen Faltung entsprechen.
[0015] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Filterelement ausschließlich aus einem geeignet gefalteten und/oder verklebten Bogen oder Bögen eines flachen faltbaren Filtervlieses ausgeführt.
[0016] In einer weiteren Ausführungsform kann das Filterelement balgenförmig entlang einer Symmetrieachse des Filterelements umstülpbares Filtermaterial mit Querfaltungen aufweisen. Das Filtermaterial ist dabei mindestens einmal umgestülpt. [0017] Vorzugsweise sind Fixiermittel zur Stützung von Faltungen des Filterma¬
terials vorgesehen. Dabei sind zum Beispiel Verstärkungen oder Verstre¬
bungen aus Kunststoff oder Metallmaterial im Innenraum des Filterele¬
mentes denkbar. Ebenfalls lassen sich die Ein- und Austrittsöffnungen des
Filterelementes beispielsweise durch geschäumtes Kunststoffmaterial
oder durch geschäumtes Silikon oder PUR-Schaum ausführen und damit
die Faltungen und die Stabilität des Filtermaterials verstärken. Auch ist es
denkbar, die Ein- und Austriebsöffnungen aus dem Filtermaterial selbst zu
bilden. Vorzugsweise ist die Form der Grenzflächen und/oder der Form
der Faltungen durch Stützmittel stabilisiert. Beispielsweise kann ein in den
Innenraum eines jeweiligen Filterelementes eingeführtes Gerüst aus
Kunststoff, Metall oder weiteren geeigneten Materialien die Form und/oder
Faltungen stabilisieren.
[0018] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs¬
beispiele.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0019] Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbei¬
spiele unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Es
zeigt dabei:
Fig. 1 eine perspektivische, Querschnitts- und Längsschnittsansicht
einer ersten Ausführungsform eines Filterelementes; Fig. 2 eine perspektivische, Querschnitts- und Längsschnittsansicht
einer zweiten Ausführungsform eines Filterelementes;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines kegelstumpfförmigen
Filterelementes;
Fig. 4 eine Ausführungsform mit längsgefaltetem Filtermaterial eines
Filterelementes;
Fig. 5 eine Querschnitts- und perspektivische Ansicht eines balgen-
förmigen Filterelementes;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Filterelementes mit sechs¬
eckiger Eintrittsöffnung.
[0020] In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung
[0021] In Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht eines Filterelementes 1 darge¬
stellt. Das Filterelement ist zylindrisch aufgebaut und hat eine Symmetrie¬
achse S. Das zylindrische oder rohrförmige Filterelement 1 weist eine Ein¬
trittsöffnung 2 und eine Austrittsöffnung 3 auf. Zu filterndes Fluid wie bei¬
spielsweise Rohluft RO tritt im Wesentlichen längs zur Symmetrieachse S
in die Eintrittsöffnung 2 ein. Gefilterte Luft, also Reinluft RE, tritt zum einen
aus der Austrittsöffnung 3 aus, kann jedoch auch aus dem äußeren Zylin¬
dermantel radial austreten, da der äußere Zylindermantel 4 beispielsweise
aus einem Filtervliesmaterial ausgeführt ist. [0022] Das Filterelement 1 weist konzentrisch gegenüber der Symmetrieachse S angeordnete rohrförmige oder schlauchförmige Mantelflächen 5, 6, 7 aus Filtervlies auf. Die Fläche innerhalb des Umfangs des äußeren Mantels 4 bildet den Öffnungsquerschnitt der Eintrittsöffnung 2.
[0023] Die Figur 1 B zeigt einen Querschnitt durch die Eintrittsöffnung 2. Zwischen dem äußeren Mantel 4 und dem zweiten Mantel 5 ist ein Zwischenraum, der zum achsparallelen Einströmen von Rohluft als erster Rohluftbereich 8 dient. Zwischen dem zweiten Mantel 5 und dem dritten Mantel 6 ist ein zum Beispiel fluiddichter Ring 16 vorgesehen, der einerseits verhindert, dass in den Zwischenraum zwischen dem zweiten und dritten Mantel 5, 6 Rohluft einfließt, und der andererseits zur Formstabilität der Mantelflächen beiträgt.
[0024] Der Zwischenraum zwischen dem zweiten und dritten Mantel 5, 6 dient entlang der Längsausdehnung des Filterelementes 1 als Reinluftbereich 11. Dies ist anhand der Querschnittsansicht in der Figur 1 C der Austrittsöffnung 3 ersichtlich. An der Austrittsöffnung ist der Zwischenraum zwischen dem äußeren Mantel 4 und dem zweiten Mantel 5 durch einen Ring 13 verschlossen. Beim Einströmen von Luft in den Rohluftbereich 8 baut sich somit ein Innendruck auf, so dass das zu filternde Fluid bzw. die verschmutzte Luft, durch die äußere Wandung 4 in den Außenraum 17 eintritt oder in den zwischen der zweiten und dritten Wandung 5, 6 gebildeten Reinluftbereich 11 austritt. Von dort kann die Reinluft abgegriffen werden. [0025] Ähnlich ist wie in Figur 1 B ersichtlich zwischen dem dritten und vierten Mantel 6, 7 ein weiterer Rohluftbereich 9 vorgesehen, wobei der Querschnitt, welcher durch die Kanten in Richtung der Eintrittsöffnung 2 des vierten Mantelbogens 7 gebildete Querschnitt verschlossen ist. Dies erfolgt beispielsweise über eine geeignete Kunststoffplatte 14. Auf der Austrittsöffnungsseite hingegen ist der Bereich zwischen der dritten und vierten Mantelfläche 6, 7 über einen ringförmigen Abschluss 15 verschlossen. Der ringförmige Abschluss 15 umschließt auf der Austrittsöffnungsseite den zweiten Reinluftbereich 12, welcher durch den inneren schlauchförmigen Mantel 7 gebildet wird.
[0026] In Figur 1 D ist ein Längsschnitt durch das Filterelement 1 dargestellt. Dabei ist die Symmetrieachse S eingezeichnet sowie die zwischen den Mantelflächen 4, 5, 6, 7 liegenden Rein- und Rohluftbereiche 8, 9, 11 , 12 im Querschnitt dargestellt. Die fetten, in der Darstellung der Figur 1 D senkrechten Strecken 13, 14, 15, 16 stellen Querschnitte der ringförmigen Abschlüsse dar, wie sie in den Figuren 1 B und 1C gezeigt sind. Die gepunkteten vertikalen Strecken deuten fluiddurchlässige Bereiche der Eintrittsöffnung 2 bzw. Austrittsöffnung 3 an.
[0027] Von links eintretende Rohluft RO tritt somit in den ersten Rohluftbereich 8 und den zweiten Rohluftbereich 9 ein. Wie durch die Pfeile L dargestellt ist, kann die Rohluft beim Durchtritt durch die aus Filtervlies aufgebauten Grenzflächen 4, 5, 6, 7 in die jeweils unabhängigen Reinluftbereiche 11 , 12 und den Außenraum 17 eintreten. Die ringförmigen Bereiche 13, 14, 15, 16 können auch jeweils an der Eintritts- oder Austrittsöffnung 2, 3 über Streben miteinander verbunden sein und eine jeweilige Endscheibe bilden.
[0028] In der Ausführungsform der Figur 1 sind somit konzentrische Reinluft- und Rohluftbereiche 8, 9, 11 , 12 gebildet, die abwechselnd entweder eintritts- öffnungsseitig oder austrittsöffnungsseitig fluiddicht abgeschlossen sind. Somit muss Rohluft RO, die von der Eintrittsöffnungsseite in das Filterelement im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse S einströmt, radial die Filtermaterialschichten durchströmen, um auf der Austrittsöffnungsseite als Reinluft RE abzufließen.
[0029] Das Filterelement lässt sich besonders günstig in eine rohrförmige Aufnahmeeinrichtung bzw. ein Filtergehäuse einsetzen. Durch die mehrfachen Rohluftbereiche ist die Filteroberfläche besonders groß, so dass eine hohe Effizienz erreicht wird auf geringen Bauraum.
[0030] Die Figuren 2A-2D zeigen eine zweite Ausführungsform eines Filterelementes, welches ebenfalls mehrere Rein- und Rohluftbereiche aufweist.
[0031] In der Figur 2A ist eine perspektivische Ansicht eines Filterelementes 1 dargestellt. Dabei ist der äußere Mantel 18 von einem fluid- bzw. luftdichten Material gebildet, wie beispielsweise einem Kunststoff. Die äußere Mantelfläche 18 kann zum Beispiel in der Art eines Luftzuführrohres für einen Brennstoffmotor ausgeführt sein. Im Inneren des Mantels 18 sind abwechselnd konzentrisch angeordnete Reinluft- und Rohluftbereiche vorgesehen. Die äußere Mantelfläche 18 weist eine Eintrittsöffnung 2 mit einem Öffnungsquerschnitt und einer Austrittsöffnung 3 auf.
[0032] An der Kante 19 der Eintrittsöffnung 2 liegt eine Kante eines Kegelstumpfes 20 aus Filtermaterial an. In der perspektivischen Darstellung der Figur 2A sind die perspektivisch verdeckten Flächen gestrichelt dargestellt. Es wird somit eine Mantelfläche eines Kegelstumpfes durch Filtermaterial 20 gebildet. Die Grundfläche des Kegels entspricht dabei wie in der Figur 2B dargestellt ist, dem Öffnungsquerschnitt der Eintrittsöffnung 2. Austritts- öffnungsseitig hat die Deckfläche des Kegelstumpfes einen Umfang 24, der geringer ist als der Umfang bzw. die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 3.
[0033] Der Zwischenraum zwischen der Mantelfläche 18 und der Kegelfläche 20 bildet daher einen ersten Reinluftbereich 25. Ein ringförmiges Element 26, welches die Deckfläche des äußeren Kegelstumpfes bildet, stützt auf der Austrittsöffnungsseite die Kante des Filtermaterials 20 und eine Grundfläche eines weiteren entgegengesetzt am ersten Kegelstumpf orientierten zweiten Kegelstumpfes aus Filtermaterial 21 , dessen Deckfläche bzw. die Kante der Deckfläche reicht zur Eintrittsöffnung 2. Es bestehen somit zwei ineinander geschachtelte Kegelstümpfe 20, 21 , wobei der dazwischen liegende Raum 8 ein Rohluftbereich ist. [0034] An der Eintrittsöffnung 2 ist wiederum ein ringförmiges Element 16 vorgesehen, welches einen Teil der Deckfläche des zweiten Kegelstumpfes bildet und fluiddicht ist. Im Inneren des Ringes ist eine röhr- oder schlauchförmige Grenzfläche 22 aus Filtermaterial gebildet, die von der Eintrittsöffnung 2 bis zur Austrittsöffnung 3 reicht und dort von einem Abschluss 27 verschlossen ist. Die Grenzfläche 22 kann in einer anderen Ausführung ebenfalls kegelförmig und/oder spitz zulaufen, so dass der Abschluss 27 nur noch punktförmig ausgebildet ist. Der ringförmige Bereich 16 an der Eintrittsöffnung 2 ist über Streben 23 an der Mantelfläche 18 fixiert. Ähnlich ist auf der Austrittsöffnungsseite der ringförmige Bereich 26 und der kreisförmige Bereich 27 über Streben 23 verbunden.
[0035] In der Figur 2D ist ein Längsschnitt durch das Filterelement 1 dargestellt. Im Inneren um die Symmetrieachse S des rohrförmigen Filterelementes 1 verläuft ein rohrförmiger Rohluftbereich 9, der austrittsöffnungsseitig durch den runden Abschluss 27, wie zum Beispiel mit einem Stopfen, verschlossen ist. Der Querschnitt des öffnungsseitigen Rohluftbereiches 9 ist von dem Ring 16 umschlossen. Daran schließt sich ein Kegelstumpfmantel aus Filtermaterial 21 an, der sich in Richtung auf die Austrittsöffnung 3 weitet. Dadurch wird ein unabhängiger Reinluftbereich 28, der konzentrisch um den Rohluftbereich 9 angeordnet ist, geschaffen. Eine weitere kegelstumpfartige Grenzfläche 20 schließt am Umfang bzw. der Kante 19 der Eintrittsöffnung 2 an, umschließt konzentrisch den Kegelstumpfmantel 21 und verjüngt sich in Richtung zur Öffnungsseite 3. An der Öffnungsseite 3 bildet der ringförmige Bereich 26 einen Abschluss des aus den Mantelflächen 20, 21 gebildeten Rohluftbereichs 8.
[0036] In der Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Filterelementes 1 dargestellt. Dabei ist das Filterelement aus einem von Filtermaterial gebildeten Kegel, der mehrfach umgestülpt ist, ausgebildet. Ein entsprechender Kegel kann aus Filtervliesmaterialbogen in der Form eines Halbkreises gebildet werden. In Figur 3 sind die perspektivisch verdeckten Konturen gepunktet dargestellt. Ausgehend von einem vollständigen Kegelmantel aus Filtermaterial wird zunächst in einer Höhe H die Spitze des Kegels umgestülpt, so dass sich ein Kegelstumpf wie in der Figur 3 dargestellt ist, ergibt.
[0037] Die entsprechende Deckfläche entspricht einem Öffnungsquerschnitt der Austrittsöffnung 3. Auf der Höhe der Grundfläche, also der Eintrittsöffnung 2 wird erneut die Spitze in Richtung zur Austrittsöffnung 3 umgestülpt. Somit ergibt sich eine Eintrittsöffnung mit einem Öffnungsquerschnitt Q1 in dem ein zweiter Öffnungsquerschnitt Q2 vorliegt, welcher von der Faltkante 29 umschlossen ist. Dieser Öffnungsquerschnitt ermöglicht das Einströmen von Rohluft in das Innere der Kegelspitze, welche einen Rohluftbereich 30 realisiert. Die beiden Mantelflächen 31 und 32 der ineinander gesteckten Kegelstümpfe bilden einen zweiten Rohluftbereich 34. [0038] Wie in der Figur 3 mittels der Pfeile L dargestellt ist, kann Rohluft RO durch die beiden Öffnungsquerschnitte Q1 , Q2 in das Filterelement einströmen, durch die Grenzflächen aus Filtermaterial in den Reinluftbereich einströmen und als Reinluft RE abgegriffen werden.
[0039] In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Filterelementes 36 dargestellt, das ähnlich aufgebaut ist wie das in der Figur 3 dargestellte. Allerdings sind die Mantelflächen aus entlang der Symmetrieachse S längs gefaltetem Filtermaterial gebildet. Die Faltkanten 37 laufen im Wesentlichen entlang der Längsausdehnung des Filterelementes 36. Durch die Faltkanten 37 kann das Filterelement 36 beim Einführen in beispielsweise eine rohrförmige Aufnahme zunächst komprimiert werden. Dies erleichtert die Handhabung des Filterelementes 36 beim Ein- und Austausch.
[0040] In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Filterelementes im Querschnitt und perspektivisch dargestellt. Das Filterelement 38 ist aus konzentrisch gefalztem und gefaltetem Filtermaterial gebildet. In Figur 5A ist ein Querschnitt einer runden Scheibe von Filtermaterial mit konzentrischen Falzungen 39 angedeutet. Durch Umstülpen des Filtervlieses, optional mit weiteren balgenförmigen, zickzackförmig gefalteten Filtervliesteilen ergibt sich prinzipiell dieselbe Struktur wie in Figur 3 dargestellt wurde. Allerdings ist das Filtermaterial balgenförmig ausgestaltet und dabei mehrfach ineinander umgestülpt. [0041] Es ergeben sich so ebenfalls eintrittsöffnungsseitig 2 zwei ineinander liegende Querschnitte Q1 , Q2 als Eintrittsöffnung in Rohluftbereiche 30, 34. Die gefilterte Luft tritt dann in radialer Richtung zur Symmetrieachse in den Außenraum 17 oder perspektivisch verdeckte Reinluftbereiche aus. Es ist selbstverständlich auch eine Kombination von Querfaltungen, wie sie in Figur 5 dargestellt ist und Längsfaltungen, wie sie in Figur 4 dargestellt sind, möglich. Es ist ebenfalls denkbar, dass abweichend von den runden Querschnitten unterschiedliche Querschnittstypen ausgeführt werden.
[0042] In Figur 6 ist beispielsweise ein Filterelement 40 mit sechseckigem Querschnitt dargestellt. Dabei sind prismenartige konzentrische Mantelflächen aus Filtermaterial realisiert. Auf der Eintrittsöffnung 2 sind über Streben fixierte ringförmige Bereiche 41 , 42 dargestellt, welche eintrittsöffnungsseitig die Reinluft von den Rohluftbereichen trennen. Die eintrittsöffnungsseitig vorliegenden ringförmigen Abschlüsse 42, 41 sind austrittsöffnungs- seitig invers dazu angebracht. Ein jeweiliger Zwischenraum zwischen konzentrischen Mantelflächen ist nur zu einer Seite (Eintritt bzw. Austritt) abgedichtet, und zwei zu derselben Seite abgedichtete Zwischenräume sind nicht benachbart. Dies ist in Figur 6 nicht näher dargestellt.
[0043] Eintrittsöffnungsseitig sind in der Figur 6 drei unabhängige Rohluftbereiche 43, 44, 45 sichtbar. Entsprechend ergeben sich im inneren des Filterelementes 40 neben dem Außenraum 17 zwei weitere Reinluftbereiche, die zwischen dem äußeren Rohluftbereich und dem mittleren Rohluftbereich 44 sowie zwischen dem mittleren Rohluftbereich 44 und dem inneren Rohluftbereich 43 liegen. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Es können andere als die dargestellten Geometrien für Filterelemente gewählt werden. Dabei können die Gegebenheiten beim Einbau des Filters berücksichtigt werden. Die genannten Materialien für das Filterelement oder die Gehäuse sind ebenfalls nur beispielhaft zu verstehen. Neben der dargestellten Anwendungsmöglichkeit als Luftfilter für Verbrennungskraftmaschinen, bzw. zur Filterung der Ansaugluft, können die vorgeschlagenen Filterelemente, Aufnahmeeinrichtungen und Filteranordnungen auch anderweitig verwendet werden. Insbesondere kann die im Wesentlichen radiale Durchströmrichtung entgegengesetzt der Beispiele folgen, also von außen nach innen. Dennoch ergeben sich dann unabhängige Roh- und/oder Reinluftbereiche.

Claims

Ansprüche
1. Filterelement (1), insbesondere Luftfilter für ein Kraftfahrzeug, mit einer einen
Öffnungsquerschnitt (Q1) aufweisenden Eintrittsöffnung (2), welche von einem Filtermaterial derart umschlossen ist, dass ein zu filterndes Rohfluid (RO) entlang einer Einströmrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Eintrittsöffnung (2) in das Filterelement (1) eintritt, wobei in dem ersten Öffnungsquerschnitt (Q1) mindestens ein zweiter Öffnungsquerschnitt (Q2) vorgesehen ist, und das Filtermaterial zumindest teilweise zwischen dem ersten Öffnungsquerschnitt (Q1) und dem zweiten Öffnungsquerschnitt (Q2) derart eine Grenzfläche zwischen einem ersten Rohfluidbereich (34) und einem Reinfluidbereich (35) des Filterelements (1) bildet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Öffnungsquerschnitt (Q1 , Q2) Rohfluid durch die Grenzfläche im Wesentlichen radial zu der Einströmrichtung in den Reinfluidbereich (35) strömt; und wobei der zweite Öffnungsquerschnitt (Q2) einen Rohfluideintritt (34) in einen zumindest teilweise von dem Filtermaterial umschlossenen zweiten Rohfluidbereich (30) ermöglicht.
2. Filterelement (1) nach Anspruch 1 , wobei innerhalb des zweiten Öffnungsquerschnitts (Q2) liegende weitere Öffnungsquerschnitte vorgesehen sind, wobei zwischen benachbarten Öffnungsquerschnitten eine jeweilige zumindest teilweise Filtermaterial aufweisende Grenzfläche einen jeweiligen weiteren Rohfluidbereich im Inneren des Filterelements (1) bildet.
3. Filterelement (36) nach einem der Ansprüche 1 - 2, wobei das Filtermaterial entlang der Einströmrichtung Längsfaltungen (37) aufweist.
4. Filterelement (38) nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das Filtermaterial entlang der Einströmrichtung Querfaltungen (39) aufweist.
5. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei das Filterelement (1) rohrförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist und die Grenzfläche zwischen einem jeweiligen Rohfluidbereich (8, 9) und einem Reinfluidbereich (25, 28) der Mantelfläche eines jeweiligen Zylinders mit einem jeweiligen Öffnungsquerschnitt als Grundfläche entspricht.
6. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei das Filterelement mehrere ineinander geschobene Kegelstümpfe, deren Mantel-, Deck- und/oder Grundflächen zumindest teilweise das Filtermaterial aufweisen, umfasst.
7. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei das Filterelement (1) konisch in der Form eines Kegelstumpfs ausgebildet ist, die Grundfläche eines ersten Kegelstumpfs den ersten Öffnungsquerschnitt (Q1) bildet und der Umfang (33) der Deckfläche des ersten Kegelstumpfs dem Umfang der Grundfläche eines zweiten Kegelstumpfs entspricht, wobei die Deckfläche des zweiten Kegelstumpfs den zweiten Öffnungsquerschnitt (Q2) bildet, und das Volumen eines dritten Kegels oder Kegelstumpfs den zweiten Rohfluidbereich (30) bildet.
8. Filterelement (1 ) nach einem der Ansprüche 6 - 7, wobei eine jeweilige Mantelfläche des Zylinders, Kegels oder Kegelstumpfs aus zickzackförmig gefaltetem Filtermaterial gebildet ist.
9. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Filterelement ausschließlich einen geeignet gefalteten und/oder verklebten Bogen oder Bögen eines flachen faltbaren Filtervlieses umfasst.
10. Filterelement (38) nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei das Filterelement balgenförmig entlang einer Symmetrieachse (S) des Filterelements (38) umstülpbares Filtermaterial mit Querfaltungen aufweist und das Filtermaterial mindestens einmal umgestülpt ist.
11. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 4 - 10, wobei Fixiermittel zur Stützung von Faltungen des Filtermaterials vorgesehen sind.
12. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 - 11 , wobei die Form der Grenzflächen und/oder Faltungen durch Stützmittel stabilisiert sind.
13. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 - 12, wobei das Filtermaterial ein flexibles Vliesmaterial, insbesondere mit synthetischen Kunststofffasern, aufweist.
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