DE102005058612A1

DE102005058612A1 - Filterelement mit in ihrer Ausdehnung veränderlichen Durchgängen und Anordnung

Info

Publication number: DE102005058612A1
Application number: DE102005058612A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stahl; Uwe Felber
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: DE102005058612B4; US20080016829A1; US7569087B2

Abstract

Ein Filterelement umfasst ein Filtermedium (1) mit einer Anström- und einer Abströmseite, wobei dem Filtermedium (1) zumindest ein Durchgang (2) zugeordnet ist, der in seiner Ausdehnung veränderbar ist. Eine Anordnung umfasst ein Filterelement und einen Strömungskanal, wobei der Strömungskanal durch das Filterelement zumindest teilweise verschließbar und öffenbar ist. Ein solches Filterelement und eine solche Anordnung lösen die Aufgabe, ein Filtersystem zu realisieren, welches einen motorschonenden Betrieb bei langer Lebensdauer des Filterelements gewährleistet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement und eine Anordnung.

Stand der Technik

Filterelemente finden als Emissionsfilter in Kraftfahrzeugen Verwendung. Den Filterelementen kommt dabei die Aufgabe zu, das Austreten von Motorgasen in die Atmosphäre zu verhindern. Die aus dem Motor austretenden Gase und Dämpfe durchlaufen das Filterelement, wobei die umweltschädigenden Stoffe im Filterelement zurück gehalten werden. Diese Funktion erfüllt das Filterelement, wenn das Kraftfahrzeug still steht. Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs stellt das Filterelement ein Hindernis im Ansaugtrakt des Motors dar, welches zu unerwünschten Druckdifferenzen beiträgt.

Die Luftmenge, welche der Motor bei einer bestimmten Leistung ansaugen kann, ist eine Funktion der Druckdifferenz zwischen Anström- und Abströmseite des Filterelements. Eine sehr hohe Druckdifferenz entsteht, wenn motorseitig ein großer Unterdruck aufgebaut wird, um Luft aus der Atmosphäre anzusaugen.

Diese auftretenden Druckdifferenzen belasten nicht nur den Motor, sondern vermindern auch die Lebensdauer des Filterelements. Gesetzliche Vorschriften sehen vor, dass ein einmal eingebautes Filterelement eine Lebensdauer von 15 Jahren aufweisen soll.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Filterelemente werden diesen Anforderungen nur unzureichend gerecht und bewirken die oben beschriebene Belastung eines Kraftfahrzeugmotors.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Filtersystem zu realisieren, welches einen motorschonenden Betrieb bei langer Lebensdauer des Filterelements gewährleistet.

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach umfasst ein Filterelement ein Filtermedium mit einer Anström- und einer Abströmseite, wobei dem Filtermedium zumindest ein Durchgang zugeordnet ist, der in seiner Ausdehnung veränderbar ist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein oder mehrere in ihrer Ausdehnung veränderliche Durchgänge ermöglichen, eine einseitige Strömungsdurchlässigkeit zu generieren. Die von einem Kraftfahrzeugmotor aus der Atmosphäre angesaugte Luft kann in Ansaugrichtung problemlos durch relativ weit geöffnete Durchgänge hindurch gelassen werden. Eine geeignet große Ausdehnung der Durchgänge verhindert den Aufbau einer hohen Druckdifferenz zwischen Anström- und Abströmseite des Filterelements.

Insoweit kann im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs die Ausdehnung der Durchgänge geeignet eingestellt werden. Wenn das Fahrzeug ruht, kann die Ausdehnung der Durchgänge so eingestellt werden, dass aus dem Motorraum in die Atmosphäre austretende Gase vom Filterelement nahezu vollständig zurück gehalten und durch dieses gefiltert werden. Ein Filterelement mit einem Durchgang erzeugt bei einem bestimmten Luftmassenstrom eine erste definierte Druckdifferenz zwischen Anström- und Abströmseite. Ein identisches Filterelement ohne Durchgang erzeugt eine zweite Druckdifferenz. Es wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass bei den untersuchten Luftmassenströmen die erste Druckdifferenz stets sehr viel kleiner ist als die zweite Druckdifferenz. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung stellt insofern sicher, dass das Filterelement keinen hohen Druckdifferenzen unterliegt und daher nicht mit hohen Kräften beaufschlagt wird. Hierdurch wird die Lebensdauer des Filterelements stark erhöht. Darüber hinaus ist ein motorschonender Betrieb gewährleistet, da die Durchgänge eine nahezu ungehinderte Strömung der Ansaugluft des Motors ermöglichen.

Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.

In einer konstruktiv besonders günstigen Ausgestaltung könnte das Filtermedium zumindest bereichsweise reversibel deformierbar sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist es möglich, das Filtermedium durch auftretende Druckdifferenzen zu deformieren. Die durch Druckdifferenzen am Filtermedium angreifenden Kräfte können eine reversible Deformierung des Filtermediums bewirken. Sobald die Druckdifferenzen nicht mehr vorhanden sind, erfolgt eine Rückstellung des Filtermediums in dessen Grundform.

Die Durchgänge könnten durch bereichsweise Deformierung der Grundform des Filtermediums zumindest teilweise erweiterbar oder öffenbar und durch Wiederherstellung der Grundform zumindest teilweise verschließbar sein. Diese Ausgestaltung verzichtet auf aufwändige Vorrichtungen, welche die Ausdehnungen der Durchgänge einstellen. Allein die durch das Ansaugverhalten des Motors auftretenden Druckdifferenzen können die Ausdehnung der Durchgänge bestimmen. Ganz konkret führt ein Unterdruck auf der Motorseite zu einem Ansaugen des Filtermediums und zu dessen Deformierung aus der Grundform. Hierbei werden die Durchgänge geöffnet oder erweitert. Sobald die Druckdifferenz abgebaut ist, insbesondere wenn der Motor abgeschaltet wird, kehrt das Filtermedium in seine Grundform zurück und verschließt zumindest teilweise die Durchgänge. Dabei können die Bereiche des Filtermediums, welche durch die Durchgänge durchbrochen sind, zumindest teilweise aneinander zur Anlage kommen und eine lose Anlage bilden. Dieser lose Verschluss des Filtermediums ist ausreichend, da die aus dem Motor in die Atmosphäre strömenden Medien keine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweisen und als wabernder Nebel oder Dampf am Filtermedium angelagert werden. Das Filterelement fungiert quasi als Rückschlagventil oder als strömungstechnische Diode, die in einer Richtung stark und in einer anderen Richtung nur schwach durchlässig ist.

Das Filtermedium könnte als Lage mit Erhebungen und Senkungen ausgestaltet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die Erzeugung von Rückstellkräften, wenn das Filtermedium aus seiner Grundform ausgelenkt wird.

Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass das Filtermedium als gefaltete Lage ausgestaltet ist. Die Ausbildung von Falten verleiht dem Filtermedium eine besonders hohe Stabilität und effektive Filterfläche. Darüber hinaus ist eine gefaltete Lage mit relativ geringen Kräften aus ihrer Grundform verbringbar, da die Falten als Solldeformierungsbereiche fungieren und ein Strömungsmedium in den Faltenzwischenräumen besonders gut am Filtermedium angreifen kann.

Das Filtermedium könnte als wellenförmige Lage ausgestaltet sein. Die Wellenform erlaubt die Erzeugung einer relativ hohen Rückstellkraft des Filtermediums bei möglichst flacher Ausgestaltung.

Die Durchgänge könnten den Erhebungen zugeordnet sein. Diese Ausgestaltung ist in strömungstechnischer Hinsicht von Vorteil, da das Strömungsmedium zu den Erhebungen kanalartig geführt wird. Die Führung erfolgt durch jeweils zwei Flanken des Filtermediums, welche die Erhebung definieren. Sofern das Filtermedium mit Falten versehen ist, könnten die Durchgänge den Faltenrücken bzw. Faltenspitzen zugeordnet sein. Dies erlaubt ein besonders problemloses Öffnen und Verschließen der Durchgänge bzw. ein Aufweiten der Durchgänge, da bei Deformierung des Filtermediums die Faltenspitzen die stärkste Auslenkung erfahren. Darüber hinaus sammelt sich das Strömungsmedium in der Faltenspitzenseite abgewandten V-förmigen Kuhlen und kann von dort problemlos hindurch gesaugt werden. Diese Ausführungen gelten sinngemäß für ein Filtermedium, welches als wellenförmige Lage ausgestaltet ist, wenn nämlich die Durchgänge in den höchsten Erhebungen der Wellenberge angeordnet sind.

Die Durchgänge könnten als längliche Schlitze ausgebildet sein. Diese konkrete Ausgestaltung stellt eine problemlose Öffen- und Verschließbarkeit der Durchgänge sicher. Schlitze haben den Vorteil, dass sie bei Deformierung des Filtermediums in ihrer Ausdehnung stark vergrößert werden können. Dabei ist denkbar, dass die länglichen Schlitze sich längs einer Falte erstrecken oder dass in einem Faltenrücken oder einer Faltenspitze mehrere voneinander getrennte längliche Schlitze angeordnet sind. Denkbar ist vor diesem Hintergrund auch, dass nur jede zweite, dritte oder vierte Falte mit einem länglichen Schlitz oder mehreren länglichen Schlitzen versehen sind. Ganz in Abhängigkeit von den auftretenden Druckdifferenzen kann die Anzahl der länglichen Schlitze pro Faltenzahl eingestellt werden.

Das Filtermedium könnte als Vliesstoff ausgebildet sein. Vliesstoffe sind im Hinblick auf ihre Porosität problemlos einstellbar. Darüber hinaus sind Vliesstoffe kommerziell leicht erhältlich. Das Filtermedium könnte als Lage ausgestaltet sein, welche aus mehreren Schichten besteht. Dabei ist denkbar, dass das Filtermedium als laminierter Vliesstoff ausgestaltet ist. Die Laminierung hat den Vorteil, dass der Vliesstoff stabilisiert ist. Darüber hinaus hat ein mehrschichtiger Aufbau den Vorteil, dass den einzelnen Schichten unterschiedliche Filterfunktionen zukommen können.

Das Filtermedium könnte Stoffe umfassen, die Kohlenwasserstoffe adsorbieren. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die Verwendung des Filterelements als Kohlenwasserstoff-Emissions-Filter, nämlich als so genannter HC-Emissionsfilter. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass als Stoff, welcher Kohlenwasserstoff adsorbiert, Aktivkohle verwendet wird. Diese könnte in Form von Granulaten, Fasern oder Pellets dem Filtermedium zugeordnet sein. Die Verwendung von Granulaten erlaubt die Einstellung hoher spezifischer Adsorptionsoberflächen. Die Verwendung von Fasern ist im Hinblick auf einen Verbund der Aktivkohle mit bestehenden Vliesstofffasern geeignet. Pellets zeichnen sich durch eine leichte Verarbeitbarkeit aus. Auch die Verwendung von Zeolithen ist denkbar, da diese Stoffe kostengünstig sind und eine hohe Adsorptionsoberfläche bereitstellen. Vor diesem Hintergrund könnten Stoffe, welche Kohlenwasserstoffe adsorbieren, als Beschichtung auf dem Filtermedium angeordnet sein. Eine Beschichtung erlaubt eine homogene Verteilung der Stoffe auf dem gesamten Filtermedium.

Die hier beschriebenen Filterelemente könnten als Flachfilter ausgestaltet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die Positionierung der Filterelemente in flachen Gehäusen. Darüber hinaus ist denkbar, dass die hier beschriebenen Filterelemente als Sternfilter oder Sternfilterpatronen ausgestaltet sind.

Filterelemente dieser Ausgestaltung zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus und können in der Flüssigfiltration Verwendung finden.

Die hier beschriebenen Filterelemente könnten mit Rahmen aus Kunststoffen oder aus dem Filtermedium selbst versehen sein. Kunststoffe verleihen den Filterelementen eine hohe Stabilität. Rahmen aus dem Filtermedium selbst erzeugen flexibel deformierbare Filterelemente, die in gekrümmte und komplex ausgeformte Gehäuse einführbar sind.

Die genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Anordnung gelöst, welche ein Filterelement und einen Strömungskanal umfasst, wobei der Strömungskanal durch das Filterelement zumindest teilweise verschließbar und öffenbar ist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass auftretende Druckdifferenzen zwischen Anström- und Abströmseite des Filtermediums durch eine solche Anordnung abgebaut werden können.

Der Strömungskanal könnte durch ein bewegliches Filterelement verschlossen und freigegeben werden. Dabei könnte das Filterelement um eine Achse schwenkbar angeordnet sein und durch Ansaugen so verschwenkt werden, dass der Strömungskanal freigegeben wird. Nach Wegfall der Ansaugkräfte kann das Filterelement durch die Schwerkraft in seine Ausgangsposition, nämlich die Verschlussstellung, zurückkehren.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt die einzige
Fig. ein Filterelement in einer schematischen Ansicht.
Ausführung der Erfindung
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Ansicht ein Filterelement mit einem Filtermedium 1 mit einer Anström- und einer Abströmseite, wobei dem Filtermedium 1 Durchgänge 2 zugeordnet sind, die in ihrer Ausdehnung veränderbar sind.
Das Filtermedium 1 ist zumindest bereichsweise reversibel deformierbar. Die Durchgänge 2 sind durch bereichsweise Deformierung der Grundform des Filtermediums 1 zumindest teilweise öffenbar oder erweiterbar und durch Wiederherstellung der Grundform zumindest teilweise verschließbar.
Das Filtermedium 1 ist als Lage mit Erhebungen 3 und Senken 4 ausgestaltet. Dabei ist das Filtermedium 1 als gefaltete Lage ausgestaltet, wobei die Durchgänge 2 den Faltenrücken bzw. Faltenspitzen 5 zugeordnet sind. Den Faltenspitzen 5 sind V-förmige Kuhlen 7 erzeugt.
Die Durchgänge 2 sind als längliche Schlitze ausgebildet. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist jeder zweiten Faltenspitze 5 ein Durchgang 2 in Form eines länglichen Schlitzes zugeordnet.
Das Filtermedium 1 ist als Vliesstoff ausgebildet, welchem Stoffe zugeordnet sind, die Kohlenwasserstoffe adsorbieren.
In gestrichelten Linien sind Rahmenelemente 6 angegeben.
Das Filterelement wird so in ein Kraftfahrzeug eingebaut, dass die Faltenspitzen 5 mit den Schlitzen 2 dem Motor zugewandt sind. Folglich strömt die Luft während des Motorbetriebs in Pfeilrichtung. Bei abgeschaltetem Motor kehrt sich die Strömungsrichtung um und Anström- und Abströmseite werden vertauscht.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. Abschließend sei ganz besonders hervor gehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Filterelement, umfassend ein Filtermedium (1) mit einer Anström- und einer Abströmseite, wobei dem Filtermedium (1) zumindest ein Durchgang (2) zugeordnet ist, der in seiner Ausdehnung veränderbar ist.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (1) zumindest bereichsweise reversibel deformierbar ist.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (2) durch bereichsweise Deformierung der Grundform des Filtermediums (1) zumindest teilweise öffenbar und durch Wiederherstellung der Grundform zumindest teilweise verschließbar ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (1) als Lage mit Erhebungen (3) und Senken (4) ausgestaltet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (1) als gefaltete Lage ausgestaltet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (1) als wellenförmige Lage ausgestaltet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Erhebung (3) ein Durchgang (2) zugeordnet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (2) als länglicher Schlitz ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (1) als Vliesstoff ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (1) Stoffe umfasst, die Kohlenwasserstoffe adsorbieren.
Anordnung, umfassend ein Filterelement und einen Strömungskanal, wobei der Strömungskanal durch das Filterelement zumindest teilweise verschließbar und öffenbar ist.
Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10.