DE10111318B4 - Filtervorrichtung zur Ausrüstung einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Filtervorrichtung zur Ausrüstung einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge Download PDF

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Abstract

Filtervorrichtung zur Ausrüstung einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimaanlage, die einen Rahmen (12) umfasst, der ein biegsames und verformbares Filtermedium (11) wenigstens teilweise umgibt, wobei der Rahmen (12) aus einem biegsamen und verformbaren thermoplastischen Elastomer besteht und durch Aufformen am Filtermedium (11) befestigt ist, wobei der Rahmen (12) zwei Seitenwände (13, 14) mit geringer Dicke umfasst, welche mit Erhebungen (15) versehen sind, die die Längsränder des Filtermediums (11) umgeben, und wobei das Filtermedium (11) eine Faservliesmatte (24) und ein Gitter (25) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservliesmatte (24) aus einem Krempelvlies besteht, und dass beiderseits des Filtermediums (11) ein biegsames Gitter angeordnet ist, wobei die Filtervorrichtung Gasadsorptionsmittel umfasst, die zwischen dem Gitter (25) und der Faservliesmatte (24) angebracht sind, und dass die Erhebungen (15) an den Innenflächen der Seitenwände (13, 14) angeordnet sind und die Seitenwände (13, 14) außen mit einer Führungsschiene (22, 23) versehen sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Ausrüstung einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimaanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die insbesondere für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden kann.
  • Ein Luftfilter und insbesondere eine auswechselbare Luftfilterpatrone zum Ausfiltern von Kohlenwasserstoffen und anderen Schmutzstoffen aus einem Luftstrom sind aus der DE 20 01 108 A bekannt. Dabei besteht die Luftfilterpatrone aus einer Vielzahl von Schichten von Filtermaterial.
  • Aus der DE 23 27 522 A ist eine Filtervorrichtung bekannt, die aus einem Flachfilterpaket besteht, das durch einen ziehharmonikaartig gefalteten Filterpapierstreifen gebildet und somit biegsam und verformbar ist. Dieses Flachfilterpaket ist über seinen Umfang von einem angegossenen Rahmen umgeben, welcher bevorzugt aus Polyuretanschaum oder Polyuretan-Elastomer bestehen kann. Dabei wird die den Rahmen bildende Gießmasse flüssig in einen Gießraum eingegossen, wo sie zu einem elastischen Rahmen erhärtet und sich mit dem Filterpapier fest verbindet.
  • Die DE 43 27 368 A1 bzw. die US 5,679,122 A offenbart eine Filtervorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei der ein zick-zack-förmig gefaltetes Filterelement in einem Stützrahmen angeordnet ist. Die längsseitigen Stützelemente des Rahmens umfassen dabei an die Falten des Filterelements angepasste, dreieckige Stützteile mit innenseitigen Aufnahmenuten, in welchen die Längsränder des Filterelements aufgenommen sind. Dabei besteht das Filterelement aus einem Stützgitter, auf dem eine ein- oder mehrlagige Filtervliesschicht angeordnet ist. Neben der Faservliesschicht weist das Filtermedium ein Stützgitter auf.
  • Ferner ist aus der WO 99/32 311 A1 eine Filtervorrichtung mit einem Filtermedium bekannt, bei dem ein Gasadsorptionsmittel zwischen zwei Faservliesmatten aufgenommen ist, welche ihrerseits von zwei äußeren Gittern umgeben sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach herzustellende und vorübergehend oder dauerhaft verformbare Filtervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei guter mechanischer Festigkeit nicht nur einen Partikelfilter sondern gleichzeitig auch einen besonders wirksamen Gasfilter darstellt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Filtervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Filtervorrichtung kann entweder vorübergehend bei ihrem Einsetzen in eine Anlage oder beim Herausnehmen aus einer Anlage oder dauerhaft verformt werden, um eine nicht ebene Form ihrer Aufnahme in der Anlage zu berücksichtigen.
  • Dank der Erfindung ist die Filtervorrichtung nicht zerbrechlich, wobei sie, insbesondere im Hinblick auf ihr Einsetzen in einer Anlage, in allen Richtungen verformt werden kann.
  • Die mit geringem Gewicht ausgeführte Vorrichtung kann sogar verdreht werden.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass der Rahmen einen guten Schutz des Filtermediums sicherstellt und aufgrund der Tatsache, dass er eine Elastizität aufweist, unempfindlich gegen Stöße ist.
  • Dieser Rahmen sorgt für eine Elastizität der Filtervorrichtung und begünstigt eine Verringerung der Geräusche.
  • Diese Vorrichtung kann mit einer leichten Vorspannung in die Anlage eingebaut werden, wobei sich die Fertigungstoleranzen ausgleichen lassen.
  • Darüber hinaus ergibt sich dank der Aufformung eine sehr gute Befestigung, die langfristig zuverlässig und, insbesondere durch Spritzgießen, problemlos auszuführen ist.
  • Ferner ist zu beachten, dass im Gegensatz zu den in der US 5,679,122 A beschriebenen Anordnungen aufgrund der Biegsamkeit des Rahmens keine Notwendigkeit besteht, dünne Gelenkbänder vorzusehen.
  • Das Filtermedium umfasst eine aus einem Krempelvlies bestehende Faservliesmatte, so dass es eine niedrige Dichte aufweist.
  • Das Krempelviies bildet vorzugsweise eine einheitliche Lage.
  • Das Filtermedium umfasst ein biegsames Gitter im Hinblick auf eine gute mechanische Festigkeit.
  • Das Filtermedium umfasst Gasadsorptionsmittel, die zwischen dem Gitter und der besagten Faservliesmatte angebracht sind.
  • Die Adsorptionsmittel umfassen vorzugsweise ein biegsames Aktivkohlegewebe.
  • Die besagten Adsorptionsmittel umfassen vorteilhafterweise ein Aktivkohlebett.
  • Eine aus einem Krempelvlies bestehende Faservliesmatte ist vorzugsweise beiderseits der Adsorptionsmittel angeordnet.
  • Beiderseits des Filtermediums ist ein Gitter angeordnet.
  • Die Faservliesmatte ist vorzugsweise auf der Basis von Langfasern ausgeführt, deren Länge vorzugsweise mindestens gleich 38 mm ist.
  • Die besagten Langfasern weisen vorteilhafterweise einen mittleren Durchmesser größer oder gleich 10 μm auf.
  • Die besagten Langfasern bestehen vorzugsweise aus Thermoplast.
  • Die besagten Langfasern sind vorteilhafterweise Polypropylenfasern.
  • Das Filtermedium ist vorteilhafterweise gefaltet.
  • Der Kunststoff des Rahmens ist ein biegsamer Thermoplast.
  • Der Kunststoff des Rahmens ist ein thermoplastisches Elastomer.
  • Der Rahmen umfasst zwei Seitenwände mit geringer Dicke, deren Innenflächen mit Erhebungen versehen sind, die die Längsränder des Filtermediums umgeben.
  • Die Seitenwände sind vorteilhafterweise an einem Ende durch eine Querfrontfläche verbunden, die auf der Innenseite mit Dichtungsmitteln und auf der Außenseite mit Griffmitteln versehen ist.
  • Die Seitenwände sind vorzugsweise an einem Ende durch eine Dichtungslippe verbunden, die auf dem Querrand des Filtermediums aufgeformt ist.
  • Die Seitenwände sind außen mit einer Führungsschiene versehen.
  • Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung stellt sich daher vorteilhafterweise in Form einer biegsamen Kassette dar, die bei ihrem Einsetzen in bzw. bei ihrem Herausnehmen aus einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimaanlage vorübergehend in allen Richtungen verformt werden kann, wodurch die entsprechenden Arbeiten erheblich vereinfacht werden, vor allem wenn die Zugänglichkeit zur Aufnahme der Filtervorrichtung im allgemeinen nicht einfach ist.
  • Dank des Aufbaus der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung kann der Zusammenbau der verschiedenen Teile dieser Vorrichtung ohne Verwendung von Lösungsmittel oder Klebstoff erfolgen, wobei sich trotzdem eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen dem Rahmen und den verschiedenen Wirkteilen der Filtervorrichtung einstellt.
  • Die Biegsamkeit des Rahmens ermöglicht vorteilhafterweise eine dichte Anbringung dieses Rahmens, ohne dass dazu eine Dichtung vorhanden sein muss.
  • Darüber hinaus trägt die Biegsamkeit des Rahmens dazu bei, Vibrationen und Geräusche an der Filtervorrichtung sowie in der Leitung, in der sie angebracht ist, zu verhindern und abzubauen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen im Einzelnen:
  • 1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
  • 2 eine ähnliche Teilansicht wie 1 in Richtung des Pfeils II von 1, leicht von unten im Vergleich zu 1.
  • Die Filtervorrichtung 10 umfasst ein als Partikelfilter dienendes biegsames und verformbares Filtermedium 11, das durch eine Faservliesmatte 24 gebildet wird (2), die aus einem einlagigen Krempelvlies besteht. Das Filtermedium 11 ist gefaltet.
  • Die besagte Faservliesmatte 24 ist auf der Basis von Langfasern ausgeführt, deren Länge vorzugsweise wenigstens gleich 38 mm ist. Die besagten Langfasern weisen einen mittleren Durchmesser größer oder gleich 10 μm auf. Die besagten Fasern bestehen aus Thermoplast und in der Praxis aus Polypropylen, um die Kosten zu verringern.
  • Die Faservliesmatte 24 ist mit einem Gitter 25 beispielsweise aus Polypropylen verbunden. Dieses Gitter ist, bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft in der Filtervorrichtung 10, hinten angeordnet.
  • Das Filtermedium 11 kann mit zwei, ebenfalls biegsamen und gefalteten Gittern verbunden sein.
  • Dieses bzw. diese Gitter sind mit der Faservliesmatte 24 fest verbunden oder nicht. Wenn sie mit der besagten Matte fest verbunden sind, erfolgt diese feste Verbindung, die auch nur teilweise ausgeführt sein kann, beispielsweise durch Ultraschallschweißen, durch Verkleben, durch mechanische Verfestigung insbesondere mittels Wasserstrahl, oder sonstiges.
  • Die Filtervorrichtung 10 kann einen Partikelfilter oder einen sognannten kombinierten Filter bilden, das heißt eine Kombination aus Partikelfilter und Gasfilter. In diesem Fall werden Gasadsorptionsmittel hinzugefügt.
  • Die besagten Gasadsorptionsmittel können ein Aktivkohlebett oder ein biegsames Kohlenstoffgewebe umfassen, das ebenso wie das Filtermedium 11 gefaltet ist.
  • Es ist ein biegsamer Rahmen 12 vorgesehen, um die verschiedenen Bestandteile der Filtervorrichtung zu halten.
  • Der Rahmen 12 umfasst zwei Seitenwände 13, 14 mit geringer Dicke, deren Innenflächen mit Erhebungen 15 versehen sind, die durch Aufformen die Längsränder des Filtermediums 12 umgeben, hier die V-förmigen Enden der Falten des gefalteten Filtermediums 11. Durch einen Teilausbruch der Seitenwand 14 in 1 kann die Aufformung der Erhebung 15 auf den Enden der Falten sichtbar gemacht werden.
  • Auf einer als Vorderseite bezeichneten Seite sind die Seitenwände 13, 14 an einem ihrer Enden durch eine als Querfrontfläche bezeichnete Querwand 16 verbunden, die in der Höhe und in der Breite im Verhältnis zu den Seitenwänden 13, 14 und zum biegsamen Filtermedium 11 übersteht, so dass eine Umfangsrandleiste 17 definiert ist, die mit dem Rand einer Öffnung für das Einsetzen der Filtervorrichtung 10 zusammenwirken kann, die die auszurüstende Anlage enthält.
  • Ebenso wie in Querrichtung umgibt eine von der Innenseite der Querfrontfläche 16 ausgehende Erhebung 15 durch Aufformen den Querrand des Filtermediums 11. Es handelt sich hier beim Querrand des Filtermediums 11 um den Rand der insgesamt horizontalen schmalen Zwischenwand 18, die die letzte V-förmige Falte in Richtung der Querfrontfläche 16 verlängert. Natürlich wird die Erhebung 15 auf der Seite der Querfrontfläche 16 seitlich entlang der Innenseite der Seitenwände 13, 14 verlängert, um auch auf die Längsränder der besagten schmalen Zwischenwand 18 überzugreifen. Auf ihrer Außenseite ist die Querfrontfläche 16 mit Griffmitteln, wie beispielsweise mit einer Zunge 20, versehen (2).
  • Auf der Seite, die der Seite gegenüberliegt, auf der die Querfrontfläche 16 angebracht ist, bedeckt hier eine Dichtlippe 21 durch Aufformen den Querrand einer schmalen Zwischenwand 19, die ebenso wie die schmale Zwischenwand 18 insgesamt horizontal verläuft und die letzte V-förmige Falte des Filtermediums 11 verlängert. Diese Dichtlippe 21 ist dazu bestimmt, mit dem Boden des Gehäuses der auszurüstenden Anlage dicht zusammenzuwirken. Sie wird natürlich seitlich entlang den Erhebungen 15 verlängert, die die Längsränder der schmalen Zwischenwand 19 überdecken.
  • In dem dargestellten Beispiel sind die Seitenwände 13, 14 außen mit einer Führungsschiene 22, 23 versehen, die das Einsetzen der Filtervorrichtung in das Gehäuse erleichtern, das innen Nuten aufweist, um die besagten Führungsschienen aufzunehmen.
  • Die erfindungsgemäß auf dem Filtermedium 11 vorgenommene Aufformung eines biegsamen und verformbaren Thermoplastes mit Eigenschaften vergleichbar denen eines vulkanisierten Kautschuks ermöglicht die Verformung der Filtervorrichtung 10, die natürlich von dem verwendeten Werkstoff und von der Verteilung der verschiedenen Dicken abhängig ist.
  • Die Verformung der Filtervorrichtung 10 wird durch die aufgrund der Falten natürlichen Verformung des Filtermediums 11 und durch die Verformung des Rahmens 12, insbesondere seiner Seitenwände 13, 14 ermöglicht, die sich beispielsweise in ihrer Ebene verformen können, wobei darin Wellen und Wellungen geschaffen werden, die die Verformung des Filtermediums 11 in Richtungen senkrecht zur Faltenrichtung nicht beeinträchtigen.
  • Der vorteilhafterweise durch Einspritzung vorgenommene Aufformvorgang ermöglicht, wie vorstehend dargelegt, die Einbeziehung besonderer Funktionen, etwa Abdichtungs-, Führungs- oder Griffunktionen. Es können auch andere Funktionen vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Befestigung durch Aufklippsen.
  • Verschiedene Werkstoffe können gleichzeitig aufgeformt werden, wobei diese Werkstoffe in Abhängigkeit von den erforderlichen Beanspruchungen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
  • Was die Werkstoffe betrifft, so sind gute Ergebnisse mit thermoplastischen Elastomeren erzielt worden, etwa mit dem unter der Marke MULTFLEX durch die Firma MULTIBASE verkauften oder mit dem unter der Marke SANTOPRENE durch die Firma Advanced Elastomer Systems, AES, verkauften Elastomer.
  • Dank der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung des Filters weist dieser interessante Biegsamkeitseigenschaften auf, die es ermöglichen, ihn kurzzeitig zu krümmen oder ihn sogar zu verdrehen, um den Filter einfacher in eine Heizungs- und/oder Belüftungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs einsetzen oder daraus entnehmen zu können. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn sich die Zugänglichkeit zur Aufnahme des Filters als schwierig erweist, wie dies sehr häufig der Fall ist.
  • Die Ausführung der Faservliesmatte 24 kann wie folgt vorgenommen werden.
  • Es werden Polypropylenfasern mit einer Feinheit von 1,7 dtex (Durchmesser 14 μm), die auf eine Länge von 40 mm zugeschnitten sind, in einen Mischer eingeführt.
  • Die erhaltene Fasermischung wird anschließend in einen Entklumper und danach in einen Lagerbehälter eingeführt, bevor sie mittels einer Doppelabnehmer-Wollkrempel gekrempelt wird, die mit einer Wirrfaser-Verwirreinrichtung ausgerüstet ist, um ein isotropes Krempelvlies zu erhalten.
  • Beim Verlassen der Krempel wird das Krempelvlies in einen Verdichter eingeführt, um eine Vlieslage zu bilden.
  • Die Parameter der Krempel und des Verdichters sind so gewählt, dass sich ein Vlies oder Faservlies mit einer flächenbezogenen Masse von etwa 20 bis etwa 150 g/m2 ergibt.
  • Das Vlies oder Faservlies wird auf einem Band abgelegt und anschließend durch einen Vorgang zur Wasserdruckbindung verfestigt.
  • Der Vorgang zur Wasserdruckbindung besteht darin, durch das auf einer Drehtrommel aufgebrachte Vlies oder Faservlies sehr dünne Wasserstrahlen unter sehr hohem Druck (40 bis 200 bar) hindurchtreten zu lassen.
  • Durch das Abprallen auf der Trommel bewirken die Wasserstrahlen eine Verschlingung der Fasern, wodurch das Vlies oder Faservlies eine hohe mechanische Festigkeit erhält, ohne dadurch eine entsprechende Erhöhung seiner Dichte zu bewirken.
  • Nach dem Aufenthalt in einem Trockenofen wird das Vlies oder Faservlies aufgewickelt.
  • Mit einem 0,84 mm dicken Vlies oder Faservlies konnte ein Filter gebildet werden, der eine flächenbezogene Masse von 66 g/m2 und eine Dichte von 0,07 aufweist.
  • Um die Effizienz des auf diese Weise hergestellten Filters zu testen, ist dieser quer in einem Strang mit einem Querschnitt gleich 100 cm2 angeordnet worden, der von einem partikelhaltigen Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/s durchströmt wurde.
  • Die Partikel entsprechen einem Pulver mit der Bezeichnung ”SAE-Feinpulver”, das durch die Norm der Vereinigten Staaten von Amerika mit der Bezugsnummer SAE J 726/ISO 5011 definiert wird.
  • Die Partikelkonzentration beträgt 100 mg/m3.
  • Dabei ist einerseits festzustellen, dass der Druckverlust beim Filterdurchgang unter diesen Bedingungen nur 14 Pa beträgt, und dass andererseits die Effizienz 80% erreicht.
  • Dank dieser Anordnungen erhält man ein Filtermedium mit geringer Dichte, niedrigen Herstellungskosten und einer hohen mechanischen Festigkeit. Dieses Filtermedium weist eine sehr gute Biegsamkeit auf.
  • Dieses Filtermedium kann zwei Faservlieslagen umfassen, zwischen denen ein biegsames Verstärkungsgitter angeordnet ist. Als Variante werden die Fasern des Filtermediums aus der Gruppe der Thermoplastfasern ausgewählt, wie etwa aus Polyethylen-, Polyester-, Polycarbonat- und Polyamidfasern.

Claims (13)

  1. Filtervorrichtung zur Ausrüstung einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimaanlage, die einen Rahmen (12) umfasst, der ein biegsames und verformbares Filtermedium (11) wenigstens teilweise umgibt, wobei der Rahmen (12) aus einem biegsamen und verformbaren thermoplastischen Elastomer besteht und durch Aufformen am Filtermedium (11) befestigt ist, wobei der Rahmen (12) zwei Seitenwände (13, 14) mit geringer Dicke umfasst, welche mit Erhebungen (15) versehen sind, die die Längsränder des Filtermediums (11) umgeben, und wobei das Filtermedium (11) eine Faservliesmatte (24) und ein Gitter (25) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservliesmatte (24) aus einem Krempelvlies besteht, und dass beiderseits des Filtermediums (11) ein biegsames Gitter angeordnet ist, wobei die Filtervorrichtung Gasadsorptionsmittel umfasst, die zwischen dem Gitter (25) und der Faservliesmatte (24) angebracht sind, und dass die Erhebungen (15) an den Innenflächen der Seitenwände (13, 14) angeordnet sind und die Seitenwände (13, 14) außen mit einer Führungsschiene (22, 23) versehen sind.
  2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Ausrüstung einer Belüftungs- und/oder Heizungs- und/oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge bestimmt ist.
  3. Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Krempelvlies (24) eine einheitliche Lage bildet.
  4. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionsmittel ein biegsames Aktivkohlegewebe umfassen.
  5. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Adsorptionsmittel ein Aktivkohlebett umfassen.
  6. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus einem Krempelvlies bestehende Faservliesmatte beiderseits der Adsorptionsmittel angeordnet ist.
  7. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservliesmatte (24) auf der Basis von Langfasern ausgeführt ist, deren Länge vorzugsweise mindestens gleich 38 mm ist.
  8. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Langfasern einen mittleren Durchmesser größer oder gleich 10 μm aufweisen.
  9. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Langfasern aus Thermoplast bestehen.
  10. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den besagten Langfasern um Polypropylenfasern handelt.
  11. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (11) gefaltet ist.
  12. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (13, 14) an einem Ende durch eine Querfrontfläche (16) verbunden sind, die auf der Innenseite mit Dichtungsmitteln (17) und auf der Außenseite mit Griffmitteln (20) versehen ist.
  13. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (13, 14) an einem Ende durch eine Dichtlippe (21) verbunden sind, die auf dem Querrand des Filtermediums (11) aufgeformt ist.
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