DE102004035379B4

DE102004035379B4 - Filter mit Stützsäulen

Info

Publication number: DE102004035379B4
Application number: DE102004035379A
Authority: DE
Inventors: Michael J. Stoughton Connor; Rebecca Milwaukee Beier; Jessie Alan Stoughton Knight; Michael E. Tiffin Yost; Edwin A. Findlay Castellanos; Gary L. Wharton Rickle
Original assignee: Fleetguard Inc
Current assignee: Cummins Filtration Inc
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: JP2005046834A; GB2404348A; DE102004035379A1; US20050023210A1; GB0409952D0; JP4359837B2; US7217361B2

Abstract

Filter mit einem Basiselement (54) und mit einer ersten und einer zweiten axial beabstandeten Endkappe (22, 24), wobei die zweite Endkappe (24) eine axiale Strömungsöffnung (28) durch diese aufweist, wobei Filtermaterial (30) vorgesehen ist, das sich axial zwischen den Endkappen (22, 24) in einer geschlossenen Schleife um einen Umfang erstreckt, der ein hohles Inneres (32) definiert, das mit der axialen Strömungsöffnung (28) verbunden ist, wobei der Filter (20) so ausgeführt ist, daß zu filterndes Fluid lateral durch das Filtermaterial (30) und axial durch das hohle Innere (32) und durch die Strömungsöffnung (28) strömt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Säulen (42, 44) vorgesehen sind, die sich axial in dem hohlen Inneren (32) des Filtermaterials (30) zwischen den Endkappen (22, 24) erstrecken und jeweils lateral von der axialen Strömungsöffnung (28) beabstandet an lateral gegenüberliegenden Seiten der Strömungsöffnung (28) angeordnet sind,
daß jede Säule (42, 44) ein hohles Inneres (46,...

Description

Die Erfindung betrifft Filter, insbesondere Luftfilter, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Filter, insbesondere Luftfilter, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen üblicherweise erste und zweite axial voneinander beabstandete Endkappen sowie Filtermaterial, das sich axial zwischen den Endkappen erstreckt, auf. Das Filtermaterial erstreckt sich in einer geschlossenen Schleife um einen Umfang herum, der ein hohles Inneres definiert. Das hohle Innere steht mit einer axialen Strömungsöffnung in einer der Endkappen in Verbindung. Zum Zweck der Montage und/oder Abdichtung wird in verschiedenen Anwendungen eine axiale Kompressionskraft zwischen den Endkappen und/oder zwischen der Filterelementanordnung und einem für die Montage vorgesehenen Basiselement verwendet.
Der bekannte Filter, von dem die Erfindung ausgeht ( EP 1 099 462 A1 ), weist ein plattenartiges Basiselement auf. An das Basiselement grenzt die untere Endkappe des Filters an. Seitlich neben der Strömungsöffnung in der unteren Endkappe befindet sich am Basiselement ein nach oben aufragender Pfosten, der sich im hohlen Inneren des Filtermaterials bis zur oberen Endkappe erstreckt und diese mit einem Gewindestutzen durchsetzt. Mittels einer von oben auf den Gewindestutzen aufgeschraubten Flügelmutter wird die obere Endkappe des Filters mit dem Basiselement axial verspannt, so daß eine axiale Kompressionskraft zwischen den Endkappen bereitgestellt ist. Einen ähnlichen Filter offenbart auch die GB 2 079 178 A mit Gewindestutzen, die jeweils eine Tragplatte für die obere Endkappe aufweisen. Dadurch ist der axiale Abstand der Endkappen definiert vorgegeben.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Filter hinsichtlich der Aufbringung der axialen Kompressionskraft zu optimieren, und zwar insbesondere so, daß innere und äußere Einfassungen des Filtermaterials nicht erforderlich sind und daß in jedem Fall vermieden wird, daß ungefiltertes Fluid die Strömungsöffnung erreicht.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist gelöst bei einem Filter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Durch die die Pfosten umgebenden Säulen wird die von den Pfosten bereitgestellte axiale Kompressionskraft über die Säulen abgestützt bzw. abgefangen. Das zwischen den Endkappen in einer geschlossenen Schleife umlaufende Filtermaterial muß also diese axiale Kompressionskraft nicht abstützen, so daß eine innere und äußere Einfassung des Filtermaterials nicht mehr notwendig ist. Die zwei an gegenüberliegenden Seiten der Strömungsöffnung befindlichen Säulen und Pfosten führen zu einer gleichmäßigen Verteilung der axialen Kompressionskraft rund um die axiale Strömungsöffnung und damit zu einer perfekten Abdichtung. Die an den die Säulen bildenden Hülsen vorgesehenen ringförmigen Dichtungsränder dichten das hohle Innere der jeweiligen Säule gegen das hohle Innere des Filtermaterials insgesamt ab, so daß eine Leekströmung von Verunreinigungen hier verhindert wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Filters sind Gegenstand der Unteransprüche.
In der Zeichnung zeigt
1 eine perspektivische Ansicht eines zusammengebauten Filters in Übereinstimmung mit der Erfindung,
2 eine Explosionsansicht des Filters aus 1,
3 eine Komponente aus 2 von unten,
4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus 2,
5 eine vergrößerte Ansicht gemäß Ausschnitt 5 aus 4,
6 eine vergrößerte Ansicht gemäß Ausschnitt 6 aus 4,
7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 aus 1,
8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 aus 1,
9 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts aus 4,
10 eine Ansicht wie 9 gemäß einer alternativen Ausführung.
1 und 2 zeigen einen Filter 20 mit einer ersten und einer zweiten Endkappe 22 und 24, 3, 4, die entlang einer Achse 26 axial voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Endkappe 24 weist eine axiale Strömungsöffnung 28 auf. Filtermaterial 30 erstreckt sich axial zwischen den Endkappen 22 und 24. Das Filtermaterial 30 erstreckt sich ferner in einer geschlossenen Schleife um einen Umfang herum, der beispielsweise rennbahnförmig ist, wie dargestellt, oder andere Formen wie rund, oval, rechteckig etc. aufweist. Dieser Umfang definiert ein hohles Inneres 32, das mit der axialen Strömungsöffnung 28 in Verbindung steht. Das gezeigte Filtermaterial 30 weist eine gefaltete Lage 34 und eine äußere Schaumstoffhülle 36 in der gezeigten Ausführungsform auf, kann alternativ aber auch durch andere Arten von einlagigem oder mehrlagigem Material bereitgestellt werden. Die Endkappen 22 und 24 sind vorzugsweise aus Plastik hergestellt und das Filtermaterial 30 ist vorzugsweise darin eingebettet, wie bekannt ist. Zu filterndes Fluid strömt lateral wie bei Pfeil 38 in 4 gezeigt, durch das Filtermaterial 30, dann axial, wie bei Pfeil 40 gezeigt, durch das hohle Innere 32 und anschließend axial durch die Strömungsöffnung 28. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Filter 20 ein Luftfilter und schmutzige Luft strömt lateral einwärts durch das Filtermaterial 30, dann als saubere Luft in das hohle Innere 32 und schließlich axial durch die axiale Strömungsöffnung 28.
Ein Säulenpaar 42 und 44, 4, erstreckt sich axial in das hohle Innere 32 zwischen den Endkappen 22 und 24. Die Säulen 42 und 44 sind lateral beabstandet von der axialen Strömungsöffnung 28 an lateral gegenüberliegenden Seiten von dieser angeordnet. Jede Säule 42, 44 weist ein hohles Inneres 46, 48, jeweils zur Aufnahme eines jeweiligen Pfostens 50, 52, 2, 7, auf, der sich von einem Basiselement 54 ausgehend axial in die Säule 42, 44 hinein zur Montage des Filters 20 an dem Basiselement 54 erstreckt. Die Pfosten 50, 52 Stellen eine axiale Kompressionskraft zwischen den Endkappen 22, 24 an lateral distal gegenüberliegenden Seiten der Strömungsöffnung 28 bereit und die Säulen 42, 44 unterstützen die axiale Kompressionskraft an lateral distal gegenüberliegenden Seiten der axialen Strömungsöffnung 28, wie noch beschrieben wird. Die axiale Kompressionskraft wird abgestützt ohne die Notwendigkeit innerer und äußerer Einfassungen für das Filtermaterial und in bevorzugter Weise so, daß auf die Einfassungen in der vorliegenden Konstruktion vollständig verzichtet wird.
Das Basiselement 54 ist an einer Maschine, wie z. B. einem Motor, befestigt, damit diese die saubere gefilterte Luft aufnehmen kann. Das Basiselement 54 weist einen Einlaßstutzen 56 auf, der mit der axialen Strömungsöffnung 28 verbunden ist und von dieser saubere gefilterte Luft aufnimmt. Ferner ist das Basiselement 54 mit einem Auslaßstutzen 58 zum Weiterleiten der Luft zum Motor ausgestattet. Ein Hilfsanschluß 60 kann zwischen den Stutzen 56 und 58 vorgesehen sein, um Luft zur Rezirkulation aus einer Kurbelgehäuseentlüftung aufzunehmen. Die Pfosten 50, 52 erstrecken sich axial von dem Basiselement 54 ausgehend nach oben in dem jeweiligen hohlen Inneren 46, 48 der jeweiligen Säule 42, 44 und weisen jeweils Bolzen 62, 64 auf, die sich axial darin erstrecken. Jeder Bolzen 62, 64 weist einen unteren Kopf 66, 7 auf, der in einer Bohrung 68 in dem jeweiligen Pfosten 50, 52 aufgenommen ist und eine darin verkeilte Konfiguration aufweist, beispielsweise hexagonal, die eine Rotation des Bolzens 62, 64 in dem Bohrloch 68 um eine Achse 70 verhindert. Diese Konstruktion ist aus dem Stand der Technik bekannt und entspricht vorzugsweise der in der EP 1 099 462 A1 ( US 6 235 073 B1 ) gezeigten Konstruktion, deren Inhalt hiermit zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Das obere Ende 72 jedes Bolzens 62, 64 weist ein Gewinde zum Anschrauben einer entsprechenden Flügelmutter 74, 76, 2, 7 in geschraubter Verbindung auf. Die Bolzen 62, 64 erstrecken sich durch jeweilige Öffnungen 78, 80 in der oberen Endkappe 22 nach oben. Die obere Endkappe 22 kann einen sich nach oben erstreckenden Bolzen 82 zur Montage einer Abdeckung oder eines Schutzblechs (nicht gezeigt) an oder um den Filter aufweisen, wenn dies gewünscht ist.
Die untere Endkappe 24 grenzt an den Fuß 54 und ist an diesem befestigt. Die Pfosten 50, 52 erstrecken sich axial durch das jeweilige hohle Innere 46, 48 der Säulen 42, 44 bis zu der oberen Endkappe 22 und sind an dieser lösbar mit den jeweiligen Flügelmuttern 74, 76 zum Aufbringen der axialen Kompressionskraft befestigt. Ein entsprechendes Paar Dichtungen 84, 86, 4, dichtet jeweils das hohle Innere 46, 48 der jeweiligen Säule 42, 44 von dem hohlen Inneren 32 des Filtermaterials 30 ab, um eine Strömung von Verunreinigungen dazwischen zu verhindern. Die Dichtungen 84, 86 sind an den Säulen 42, 44 angeordnet und werden durch Dichtungsmanschetten, wie noch beschrieben wird, bereitgestellt. Dadurch wird ein Problem der bekannten Konstruktionen gelöst, bei denen vorausgesetzt wird, daß eine Dichtung zwischen den Flügelmuttern 74, 76 o. dgl. und der oberen Endkappe 22 an den jeweiligen Öffnungen 78, 80 existiert. In eben diesen Konstruktionen kann Schmutz in den Motor gelangen, wenn die Dichtung versehentlich gebrochen ist oder bei der Wartung vergessen wurde.
Die Säule 42 wird durch erste und zweite Hülsen 88 und 90, 4 bereitgestellt, die sich jeweils von der Endkappe 22 und 24 axial aufeinander zu erstrecken und axial miteinander in überlappender teleskopartiger Verbindung in Eingriff kommen. Die Säule 44 wird durch Hülsen 92 und 94, 4, 9 bereitgestellt, die sich jeweils von den oberen und unteren Endkappen 22 und 24 axial aufeinander zu erstrecken und axial miteinander in überlappender teleskopartiger Verbindung in Eingriff kommen. Eine Hülse 88, 92 jeden Paares weist jeweils einen ringförmigen Dichtungsrand 96, 98 auf, der mit der anderen Hülse 90, 94 in dichtender Verbindung in Eingriff kommt, um das jeweilige hohle Innere 46, 48 der jeweiligen Säule 42, 44 mit den Hülsen von dem hohlen Inneren 32 des Filtermaterials 30 abzudichten. Hierdurch wird eine Strömung von Verunreinigungen zwischen dem hohlen Inneren 46, 48 der jeweiligen Säule 42, 44 und dem hohlen Inneren 32 des Filtermaterials 30 verhindert. Jedes Paar Hülsen 88, 90; 92, 94 kommt miteinander in axial überlappender teleskopartiger Verbindung an einer jeweiligen Verbindungsstelle 100, 102 miteinander in Eingriff. Die Verbindungsstelle 100 weist einen inneren Hülsenabschnitt 104 und einen äußeren Hülsenabschnitt 106 auf, der den inneren Hülsenabschnitt 104 umgibt. Die Verbindungsstelle 102 weist einen inneren Hülsenabschnitt 108, 5, 9 und einen äußeren Hülsenabschnitt 110 auf, der den inneren Hülsenabschnitt 108 umgibt. Der innere Hülsenabschnitt 104 weist eine äußere Oberfläche 112 auf und der äußere Hülsenabschnitt 106weist eine innere Oberfläche 114 auf. Der innere Hülsenabschnitt 108, 5, 9 weist eine äußere Oberfläche 116 und der äußere Hülsenabschnitt 110 weist eine innere Oberfläche 118 auf. Die äußere Oberfläche 112 des inneren Hülsenabschnitts 104 ist der inneren Oberfläche 114 des äußeren Hülsenabschnitts 106 zugewandt und gegen diese durch den Dichtungsrand 96 abgedichtet. Die äußere Oberfläche 116 des inneren Hülsenabschnitts 108 ist der inneren Oberfläche 118 des äußeren Hülsenabschnitts 110 zugewandt und gegen diese durch den Dichtungsrand 98 abgedichtet. Die Dichtungsränder 96, 98 sind vorzugsweise jeweils an der inneren Oberfläche 114, 118 der jeweiligen äußeren Hülsenabschnitte 106, 110 angeordnet. Die Endkappe 22 und die Hülsen 88 und 92 sind vorzugsweise als integrales einstückiges Plastikteil gegossen. Die Endkappe 24 und die Hülsen 90 und 94 sind vorzugsweise als integrales zweites einstückiges Plastikteil gegossen. Die Dichtungsränder 96, 98 sind weiter vorzugsweise integraler Bestandteil des zweiten einstückig gegossenen Teils und stellen die Dichtungsmanschette bereit, wenn die jeweiligen Hülsen axial in überlappender teleskopartiger Verbindung ineinandergeschoben sind.
Die Hülsen 88 und 92 weisen jeweils Anschläge 120 und 122, 4, 7 bis 9 auf, die jeweils mit den anderen Hülsen 90 und 94 an den jeweiligen axialen Enden oder Rändern 124 und 126 in Eingriff kommen und die axiale Bewegung der Hülsen 88, 90; 92, 94 aufeinander zu begrenzen, um eine Abstützung für die axiale Kompressionskraft bereitzustellen. Die jeweilige Anschläge 120, 122 sind vorzugsweise durch radiale Stützflossen oder Rippen 128, 130 bereitgestellt, die sich von der oberen Endkappe 22, 9, teilweise nach unten entlang der jeweiligen Hülsen 88, 92 erstrecken. Die unteren Hülsen 90 und 94 können ebenfalls radiale Stützflossen oder Rippen 132 und 134 aufweisen, die sich von der unteren Endkappe 24 erstrecken. Ein O-Ring 136, 4, 8 dichtet die untere Endkappe 24 an der axialen Strömungsöffnung 28 zu dem Basiselement 54 außerhalb des hohlen Inneren 32 ab.
In einer alternativen Ausführungsform, 10, ist die Dichtungsmanschette durch eine axiale Dichtung 140 zwischen der oberen Endkappe 22a und einer Hülse 142, die sich von der unteren Endkappe 24a axial nach oben den gesamten Weg bis zur oberen Endkappe 22a erstreckt, ersetzt. Der Pfosten 50 erstreckt sich von dem Basiselement 54 in dem hohlen Inneren der Säule, bereitgestellt durch die Hülse 142, nach oben und durch die Öffnung 78a der oberen Endkappe zur axialen kompressiven Befestigung, wie zuvor erläutert.

Claims

Filter mit einem Basiselement (54) und mit einer ersten und einer zweiten axial beabstandeten Endkappe (22, 24), wobei die zweite Endkappe (24) eine axiale Strömungsöffnung (28) durch diese aufweist, wobei Filtermaterial (30) vorgesehen ist, das sich axial zwischen den Endkappen (22, 24) in einer geschlossenen Schleife um einen Umfang erstreckt, der ein hohles Inneres (32) definiert, das mit der axialen Strömungsöffnung (28) verbunden ist, wobei der Filter (20) so ausgeführt ist, daß zu filterndes Fluid lateral durch das Filtermaterial (30) und axial durch das hohle Innere (32) und durch die Strömungsöffnung (28) strömt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Säulen (42, 44) vorgesehen sind, die sich axial in dem hohlen Inneren (32) des Filtermaterials (30) zwischen den Endkappen (22, 24) erstrecken und jeweils lateral von der axialen Strömungsöffnung (28) beabstandet an lateral gegenüberliegenden Seiten der Strömungsöffnung (28) angeordnet sind, daß jede Säule (42, 44) ein hohles Inneres (46, 48) zur Aufnahme jeweils eines Pfostens (50, 52) aufweist, der sich vom Basiselement (54) ausgehend axial in die Säule (42, 44) hinein erstreckt, daß die Pfosten (50, 52) eine axiale Kompressionskraft zwischen den Endkappen (22, 24) an lateral distal gegenüberliegenden Seiten der Strömungsöffnung (28) bereitstellen und die Säulen (42, 44) die axiale Kompressionskraft an lateral distal gegenüberliegenden Seiten der Strömungsöffnung (28) abstützen, daß die zweite Endkappe (24) an das Basiselement (54) angrenzt und sich die Pfosten (50, 52) axial durch das hohle Innere (46, 48) der Säulen (42, 44) zu der ersten Endkappe (22) erstrecken und zur Beaufschlagung der axialen Kompressionskraft lösbar an dieser befestigt sind, daß die Säulen (42, 44) jeweils eine erste und eine zweite Hülse (88, 92; 90, 94) aufweisen, die sich jeweils von der ersten und zweiten Endkappe (22, 24) axial aufeinander zu erstrecken und in axial überlappender teleskopartiger Verbindung miteinander in Eingriff kommen und die axiale Kompressionskraft abstützen, daß jeweils eine der Hülsen (88, 92; 90, 94) einen ringförmigen Dichtungsrand (96, 98) aufweist, der mit der anderen Hülse (88, 92; 90, 94) in dichtender Verbindung steht und das hohle Innere (46, 48) der entsprechenden Säule (42, 44) innerhalb der Hülsen (88, 90; 92, 94) gegen das hohle Innere (32) des Filtermaterials (30) abdichtet.
Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30) keine innere und keine äußere Einfassung aufweist.
Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (88, 90; 92, 94), die miteinander in axial überlappender teleskopartiger Verbindung an einer Verbindungsstelle (100, 102) miteinander in Eingriff kommen, einen inneren Hülsenabschnitt (104, 108) und einen äußeren Hülsenabschnitt (106, 110) aufweisen, daß der äußere Hülsenabschnitt (106, 110) den inneren Hülsenabschnitt (104, 108) umfaßt, daß der innere Hülsenabschnitt (104, 108) eine äußere Oberfläche (112) aufweist, daß der äußere Hülsenabschnitt (106, 110) eine innere Oberfläche (114) aufweist, daß die äußere Oberfläche (112) des inneren Hülsenabschnitts (104, 108) der inneren Oberfläche (114) des äußeren Hülsenabschnitts (106, 110) zugewandt und gegen diesen durch den Dichtungsrand (96, 98) abgedichtet ist.
Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsrand (96, 98) an der inneren Oberfläche (114) des äußeren Hülsenabschnitts (106, 110) angeordnet ist.
Filter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Endkappe (22) und die erste Hülse (88, 92) als integrales erstes einstückiges Teil gegossen sind und daß die zweite Endkappe (22) und die zweite Hülse (90, 94) als integrales zweites einstöckiges Teil gegossen sind und daß der Dichtungsrand (96, 98) ein integraler Bestandteil des ersten oder des zweiten einstückig gegossenen Teils ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der Hülsen (88, 90; 92, 94) einen Anschlag (120, 122) aufweist, der mit der anderen Hülse (88, 90; 92, 94) in Eingriff kommt und die axiale Bewegung der Hülsen (88, 90; 92, 94) aufeinander zu begrenzt und so eine Abstützung für die axiale Kompressionskraft bereitstellt.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (20) ein Luftfilter ist und daß schmutzige Luft lateral einwärts durch das Filtermaterial (30) und als saubere Luft in das hohle Innere (32) strömt und dann axial durch die axiale Strömungsöffnung (28) strömt und daß ein O-Ring vorgesehen ist, der die zweite Endkappe (24) an der axialen Strömungsöffnung (28) gegen das Basiselement (54) außerhalb des hohlen Inneren (32) abdichtet.