DE102008000169A1

DE102008000169A1 - Mehrschichtiger langlebiger Filter unter Verwendung von geripptem Schaumstoff

Info

Publication number: DE102008000169A1
Application number: DE102008000169A
Authority: DE
Inventors: Neville J. Novi Bugli; Mark D. Westland Hellie; Reza West Bloomfield Abdolhosseini
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2008-08-28
Also published as: US20080184684A1; US7674306B2; JP2008229615A

Abstract

Ein Filtergerät wird offenbart, wobei Filterschichten aus Schaumstoff gebildet sind und Rippen aufweisen, die an mindestens einer Oberfläche der Filterschichten gebildet sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Filtergerät und insbesondere ein Filtergerät, das mindestens eine Filterschicht mit einer gerippten Oberfläche aufweist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Verbrennungsmotor benötigt saubere, gefilterte Luft, um die aktuellen Anforderungen an Effizienz und Dauerhaftigkeit zu erfüllen. Es wird eine Vielfalt von Filtergeräten verwendet, um Schadstoffpartikel, u. a. Staubpartikel, Nebel, Rauchpartikel und dergleichen, aus der in den Motor eintretenden Luft zu entfernen.
Üblicherweise umfassen Filtergeräte ein Filtermedium, das im Inneren eines Gehäuses angeordnet ist. Ein Fluid wie zum Beispiel Luft strömt in das Gehäuse und durch das Filtermedium. Während die Luft das Filtermedium passiert, werden Schadstoffpartikel aus ihr entfernt. Nach dem Passieren des Filtermediums strömt das Fluid aus dem Gehäuse und zu einem gewünschten Ort, wie zum Beispiel zu einem Kraftfahrzeugmotor.
Es ist wünschenswert, ein Filtermedium mit einer maximierten Filterkapazität und – effizienz und einer minimierten. Stromdrosselung des hindurch strömenden Fluids herzustellen. Die US-Patentschrift Nr. 4,178,161 offenbart ein Herstellungsverfahren für versteiften, gerippten Schaumstoff, wobei das entstandene Produkt als Luftfilter verwendet werden kann. Das Herstellungsverfahren zum Versteifen des Schaumstoffes umfasst das Verschachteln mehrerer gerippter Schaumstoffbahnen und danach das Imprägnieren der Schaumstoffbahnen mit einem Gemisch aus einem wärmehärtenden Melamin, Harnstoff oder Benzoguanaminharz und einem Vernetzungsmittel. Nachdem das Harzgemisch reagiert hat, werden die verschachtelten Schaumstoffbahnen getrennt. Jede nicht verschachtelte Bahn kann als ein gerippter, selbständiger Luftfilter verwendet werden.
Es wäre wünschenswert, ein Filtergerät für einen Verbrennungsmotor herzustellen, das einfach und kostengünstig hergestellt und eingebaut werden kann, wobei die durch das Filtermedium verursachte Stromdrosselung minimiert und Kapazität sowie Effizienz des Mediums maximiert werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschend ein Filtergerät für einen Verbrennungsmotor erfunden, das einfach und kostengünstig hergestellt und eingebaut werden kann, wobei die durch das Filtermedium verursachte Stromdrosselung minimiert und Kapazität sowie Effizienz des Mediums maximiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst ein Filterelement: mehrere Filterschichten, die für die Anordnung in einem Filtergehäuse eingerichtet sind, wobei mindestens eine Oberfläche mindestens einer Filterschicht aus Schaumstoff gebildet ist und mindestens eine gerippte Oberfläche aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Filterelement: mehrere Schaumstofffilterschichten, wobei jede der Schaumstofffilterschichten mindestens eine gerippte Oberfläche aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Filterelement: eine erste Filterschicht, die für die Anordnung in einem Filtergehäuse angepasst ist; eine zweite Filterschicht, die angrenzend an die erste Filterschicht im Filtergehäuse angeordnet ist; eine dritte Filterschicht, die angrenzend an die zweite Filterschicht im Filtergehäuse angeordnet ist; und eine vierte Filterschicht, die angrenzend an die dritte Filterschicht im Filtergehäuse angeordnet ist, wobei mindestens eine Oberfläche mindestens der ersten Filterschicht, der zweiten Filterschicht, der dritten Filterschicht oder der vierten Filterschicht, aus Schaumstoff gebildet ist und mindestens eine gerippte Oberfläche aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Vorangehende sowie weitere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, die im Zusammenhang mit der dazugehörigen Zeichnung zu betrachten ist. Sie zeigt eine Perspektivansicht eines Filterelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügte Zeichnung beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnung dienen dazu, einen Fachmann zu befähigen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sollen den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
Die Zeichnung zeigt ein Filterelement 10, das eine erste Filterschicht 12, eine zweite Filterschicht 14, eine dritte Filterschicht 16 und eine vierte Filterschicht 18 aufweist. Es versteht sich, dass nach Wunsch auch zusätzliche oder weniger Filterschichten (nicht dargestellt) verwendet werden können, um das Filterelement 10 zu bilden. Das Filterelement 10 ist für die Anordnung in einem Filtergehäuse (nicht dargestellt) eingerichtet.
Die erste Filterschicht 12, die zweite Filterschicht 14 und die dritte Filterschicht 16 weisen in der Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Es versteht sich, dass die die erste Filterschicht 12, die zweite Filterschicht 14 und die dritte Filterschicht 16 nach Wunsch auch andere Formen aufweisen können. Die erste Filterschicht 12, die zweite Filterschicht 14 und die dritte Filterschicht 16 sind aus Schaumstoff gebildet, der in der Lage ist, Schadstoffe wie zum Beispiel Kohlestaubablagerungen aufzufangen. Günstige Ergebnisse wurden mit einem offenzelligen Schaumstoff, einem netzartigen Schaumstoff oder einem netzartigen „offenzelligen" Polyurethanschaumstoff erzielt. Die Dichte des offenzelligen Schaumstoffs beträgt etwa 1,75 lb/ft³, 796 g/ft³ oder 28111 g/m³. Es versteht sich, dass nach Wunsch auch andere Materialien zur Bildung der ersten Filterschicht 12, der zweiten Filterschicht 14 und der dritten Filterschicht 16 verwendet werden können. Die gezeigte erste Filterschicht 12 weist eine Porosität im Bereich von etwa 15 bis 30 Poren pro Inch (ppi) auf. Die gezeigte zweite Filterschicht 14 weist eine Porosität im Bereich von etwa 30 bis 65 Poren pro Inch (ppi) auf. Die gezeigte dritte Filterschicht 16 weist eine Porosität im Bereich von etwa 65 bis 80 Poren pro Inch (ppi) auf. Es versteht sich, dass die erste Filterschicht 12, die zweite Filterschicht 14 und die dritte Filterschicht 16 nach Wunsch auch andere Porositäten aufweisen können.
Die jeweiligen ersten Oberflächen 20, 26, 34 der ersten Filterschicht 12, der zweiten Filterschicht 14 und der dritten Filterschicht 16 weisen mehrere Auskragungen 22, 28, 36 auf, die sich seitlich auswärts von den ersten Oberflächen 20, 26, 34 erstrecken. Die mehreren Auskragungen 22, 28, 36 wirken zusammen, um Rippen auf den jeweiligen ersten Oberflächen 20, 26, 34 zu bilden. In der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Auskragungen 22, 28, 36 von den jeweiligen ersten Oberflächen 20, 26, 34 in mehreren Reihen und Spalten in einem regelmäßigen Muster. Es versteht sich, dass die Auskragungen 22, 28, 36 nach Wunsch auch in anderen Mustern angeordnet sein können, wie etwa in einem willkürlichen Muster. Optional können die distalen Enden 30, 38 der Auskragungen 28 oder 36 oder beider ein daran angeordnetes Haftmittel (nicht dargestellt) wie zum Beispiel Leim aufweisen, um eine Bewegung angrenzender Filterschichten 12, 14, 16 zueinander zu vermeiden.
In der gezeigten Ausführungsform sind die jeweiligen zweiten Oberflächen 24, 32, 40 der ersten Filterschicht 12, der zweiten Filterschicht 14 und der dritten Filterschicht 16 im Wesentlichen eben. Es versteht sich, dass die zweiten Oberflächen 24, 32, 40 nach Wunsch auch andere Formen aufweisen können, wie oben für die ersten Oberflächen 20, 26, 34 beschrieben.
Die vierte Filterschicht 18 weist in der Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Es versteht sich, dass die Vierte Filterschicht 18 nach Wunsch auch andere Formen aufweisen kann. Die vierte Filterschicht 18 ist aus Schaumstoff gebildet, der in der Lage ist, Schadstoffe wie zum Beispiel Kohlestaubablagerungen aufzufangen. Günstige Ergebnisse wurden mit einem offenzelligen Schaumstoff, einem netzartigen Schaumstoff oder einem netzartigen „offenzelligen" Polyurethanschaumstoff erzielt. Die Dichte des offenzelligen Schaumstoffs beträgt etwa 1,75 lb/ft³, 796 g/ft³ oder 28111 g/m³. Es versteht sich, dass nach Wunsch auch andere Materialien zur Bildung der vierten Filterschicht 18 verwendet werden können. Die gezeigte vierte Filterschicht 18 weist eine Porosität im Bereich von etwa 80 bis 100 Poren pro Inch (ppi) auf. Es versteht sich, dass die vierte Filterschicht 18, nach Wunsch auch andere Porositäten aufweisen kann.
In der gezeigten Ausführungsform weist eine erste Oberfläche 42 der vierten Filterschicht 18 mehrere Auskragungen 44 auf, die sich seitlich auswärts von der ersten Oberfläche 42 erstrecken. Die mehreren Auskragungen 44 wirken zusammen, um Rippen auf der ersten Oberfläche 42 zu bilden. Die Auskragungen 44 erstrecken sich von der ersten Oberfläche 42 in mehreren Reihen und Spalten in einem regelmäßigen Muster. Es versteht sich, dass die Rippen 42 nach Wunsch auch in anderen Mustern angeordnet sein können, wie etwa in einem willkürlichen Muster. Optional können distale Enden 46 einer oder mehrerer Auskragungen 44 ein daran angeordnetes Haftmittel (nicht dargestellt) wie zum Beispiel Leim aufweisen, um eine Bewegung angrenzender Filterschichten 16, 18 zueinander zu vermeiden.
In der gezeigten Ausführungsform weist eine zweite Oberfläche 48 der vierten Filterschicht 18 mehrere Auskragungen 50 auf, die sich seitlich auswärts von der zweiten Oberfläche 48 erstrecken. Die mehreren Auskragungen 50 wirken zusammen, um Rippen auf der zweiten Oberfläche 48 zu bilden. Die Auskragungen 50 erstrecken sich von der zweiten Oberfläche 48 in mehreren Reihen und Spalten in einem regelmäßigen Muster. Es versteht sich, dass die Auskragungen 50 nach Wunsch auch in anderen Mustern angeordnet sein können, wie etwa in einem willkürlichen Muster.
Wie dargestellt, nehmen Länge und Breite der Filterschichten 16, 18 von der vierten Filterschicht 18 zur dritten Filterschicht 16 hin ab. Die Länge und die Breite der Filterschichten 16, 18 nehmen derart ab, dass sie im Wesentlichen mit den Abmessungen des Filtergehäuses übereinstimmen. Optional können die Filterschichten 12, 14, 16 18 etwas größer als die Abmessungen des Filtergehäuses sein. Demzufolge werden die Filterschichten 12, 14, 16, 18, wenn sie im Filtergehäuse angebracht sind, leicht zusammengepresst, damit sie in das Filtergehäuse passen. Für Filtergehäuse mit anderen Abmessungen können die Abmessungen der Filterschichten 12, 14, 16, 18 entsprechend geändert werden.
Zur Montage des Filterelements 10 werden die Filterschichten 12, 14, 16, 18 in einem gestapelten Verhältnis ausgerichtet. Gegebenenfalls wird das Haftmittel an den distalen Enden 30, 38, 46 der Auskragungen 28, 36, 44 angeordnet, um die Filterschichten 12, 14, 16, 18 aneinander zu heften. Das Filterelement 10 wird dann im Inneren des Filtergehäuses angeordnet und in einer gewünschten Position angebracht.
In Gebrauch strömt ein Fluid (nicht dargestellt) wie etwa Luft durch einen Einlass des Filtergehäuses. Während das Fluid durch die erste Filterschicht 12 strömt, werden Schadstoffe wie etwa Staubpartikel, Nebel, Rauchpartikel und dergleichen aus der Luft ausgefiltert. Erhebungen P1 und Vertiefungen V1 auf der ersten Filterschicht 12 maximieren eine Gesamtoberfläche der ersten Filterschicht 12 und maximieren somit die Filterkapazität der ersten Filterschicht 12.
Dann strömt das Fluid durch die zweite Filterschicht 14, wo weitere Schadstoffe ausgefiltert werden. Da die Porosität der zweiten Filterschicht 14 größer ist als die Porosität der ersten Filterschicht 12, werden durch die zweite Filterschicht 14 Schadstoffe mit einer geringeren Größe ausgefiltert. Die auf der zweiten Filterschicht 14 gebildeten Rippen maximieren eine Gesamtoberfläche der zweiten Filterschicht 14. Folglich ist die Filterkapazität der zweiten Filterschicht 14 maximiert.
Dann strömt das Fluid durch die dritte Filterschicht 16, wo weitere Schadstoffe ausgefiltert werden. Da die Porosität der dritten Filterschicht 16 größer ist als die Porosität der zweiten Filterschicht 14, werden durch die dritte Filterschicht 16 Schadstoffe mit einer geringeren Größe ausgefiltert. Die auf der dritten Filterschicht 16 gebildeten Rippen maximieren eine Gesamtoberfläche der dritten Filterschicht 16, was die Filterkapazität der dritten Filterschicht 16 maximiert.
Dann strömt das Fluid durch die vierte Filterschicht 18, wo weitere Schadstoffe ausgefiltert werden. Da die Porosität der vierten Filterschicht 18 größer ist als die Porosität der dritten Filterschicht 16, werden Schadstoffe durch die vierte Filterschicht 18 mit einer geringeren Größe ausgefiltert. Die auf der vierten Filterschicht 18 gebildeten Rippen maximieren eine Gesamtoberfläche der vierten Filterschicht 18. Dementsprechend ist die Filterkapazität der vierten Filterschicht 18 maximiert. Es wurde festgestellt, dass die Auskragungen 50, die sich von der zweiten Oberfläche 48 der vierten Filterschicht 18 erstrecken, eine Verminderung der durch das Filterelement 10 erzeugten Geräuschbelastung bereitstellen, während sie gleichzeitig den Fluidfluss durch das Filterelement 10 maximieren.
Obwohl jede der Filterschichten 12, 14, 16, 18 mit mindestens einer Oberfläche 20, 26, 34, 42, 48 dargestellt ist, die Auskragungen 22, 28, 36, 44, 50 aufweist, versteht es sich, dass einige der Filterschichten 12, 14, 16, 18 optional eben sein und keine Rippen aufweisen können. Alternativ können die Rippen auf den jeweiligen anderen Oberflächen 24, 32, 40 gebildet sein. Obwohl die Porosität der Filterschichten 12, 14, 16, 18 als von der ersten Filterschicht 12 zur vierten Filterschicht 18 zunehmend beschrieben wurde, können außerdem nach Wunsch auch andere Konstruktionen verwendet werden, wie zum Beispiel solche, in denen alle Filterschichten 12, 14, 16, 18 im Wesentlichen die gleiche Porosität aufweisen, die Porosität einer oder mehrerer angrenzender Schichten im Wesentlichen die gleiche ist oder die Porosität der Filterschichten 12, 14, 16, 18 von der der ersten Filterschicht 12 zur vierten Filterschicht 18 hin abnimmt.
Aus der vorangehenden Beschreibung kann ein Durchschnittsfachmann leicht die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung erkennen und, ohne von ihrem Geist und Anwendungsbereich abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen Verwendungen und Bedingungen anzupassen.

10: Filterelement
12: erste Filterschicht
14: zweite Filterschicht
16: dritte Filterschicht
18: vierte Filterschicht
20: erste Oberfläche der ersten Filterschicht
22: Auskragung auf der ersten Oberfläche der ersten Schicht
24: zweite Oberfläche der ersten Schicht
26: erste Oberfläche der zweiten Filterschicht
28: Auskragung auf der ersten Oberfläche der zweiten Schicht
30: distales Ende der Auskragung auf der zweiten Schicht
32: zweite Oberfläche der zweiten Schicht
34: erste Oberfläche der dritten Filterschicht
36: Auskragung auf der ersten Oberfläche der dritten Schicht
38: distales Ende der Auskragung auf der dritten Schicht
40: zweite Oberfläche der dritten Schicht
42: erste Oberfläche der vierten Filterschicht, Rippen
44: Auskragung auf der ersten Oberfläche der vierten Schicht
46: distales Ende der Auskragung auf der vierten Schicht
48: zweite Oberfläche der vierten Schicht
50: Auskragung auf der zweiten Oberfläche der vierten Schicht
P1: Erhebung
V1: Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4178161 [0004]

Claims

Filterelement (10), Folgendes umfassend: mehrere Filterschichten (12, 14, 16, 18), die für die Anordnung in einem Filtergehäuse eingerichtet sind, wobei mindestens eine Oberfläche (20, 26, 34, 42, 24, 32, 40, 48) mindestens einer Filterschicht (12, 14, 16, 18) aus Schaumstoff gebildet ist und mindestens eine gerippte Oberfläche umfasst.
Filterelement (10) nach Anspruch 1, wobei einer Länge und eine Breite mindestens einer Filterschicht (12, 14, 16, 18) größer ist als die Länge und Breite des Filtergehäuses.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Filterschicht (12, 14, 16, 18) aus Schaumstoff gebildet ist und mindestens eine gerippte Oberfläche umfasst.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens eine Filterschicht (12, 14, 16, 18) eine Porosität zwischen 15 und 30 ppi aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens eine Filterschicht (12, 14, 16, 18) eine Porosität zwischen 30 und 65 ppi aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens eine Filterschicht (12, 14, 16, 18) eine Porosität zwischen 65 und 80 ppi aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens eine Filterschicht (12, 14, 16, 18) eine Porosität zwischen 80 und 100 ppi aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 bis 7, wobei die Filterschichten (12, 14, 16, 18) in einem gestapelten Verhältnis angeordnet sind.
Filterelement (10) nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Filterschichten (12, 14, 16, 18) eine Porosität zwischen etwa 15 und etwa 100 ppi aufweisen.
Filterelement (10), Folgendes umfassend: mehrere Schaumstofffilterschichten (12, 14, 16, 18), wobei jede der Schaumstofffilterschichten (12, 14, 16, 18) mindestens eine gerippte Oberfläche (20, 26, 34, 42, 24, 32, 40, 48) aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 10, wobei die Filterschichten (12, 14, 16, 18) in einem gestapelten Verhältnis angeordnet sind.
Filterelement (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Länge und eine Breite mindestens einer Filterschicht (12, 14, 16, 18) größer sind als eine Länge und eine Breite des Filtergehäuses.
Filterelement (10) nach Anspruch 10 bis 12, wobei die Filterschichten (12, 14, 16, 18) eine Porosität zwischen etwa 15 und etwa 100 ppi aufweisen.
Filterelement (10), Folgendes umfassend: eine erste Filterschicht (12), die für die Anordnung in einem Filtergehäuse eingerichtet ist, eine zweite Filterschicht (14), die angrenzend an die erste Filterschicht (12) im Filtergehäuse angeordnet ist, eine dritte Filterschicht (16), die angrenzend an die zweite Filterschicht (14) im Filtergehäuse angeordnet ist, und eine vierte Filterschicht (18), die angrenzend an die dritte Filterschicht (16) im Filtergehäuse angeordnet ist, wobei mindestens eine Oberfläche (20, 26, 34, 42, 24, 32, 40, 48) mindestens der ersten Filterschicht (12), der zweiten Filterschicht (14), der dritten Filterschicht (16) oder der vierten Filterschicht (18) aus Schaumstoff gebildet ist und mindestens eine gerippte Oberfläche aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 14, wobei die erste Filterschicht (12), die zweite Filterschicht (14), die dritte Filterschicht (18) und die vierte Filterschicht (18) eine Porosität zwischen etwa 15 und etwa 100 ppi aufweisen.
Filterelement (10) nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Filtergehäuse für die Anordnung in einem Lufteinlass eines Fahrzeugs eingerichtet ist.
Filterelement (10) nach Anspruch 14 bis 16, wobei eine Länge und eine Breite mindestens einer Filterschicht (12, 14, 16, 18) größer sind als eine Länge und eine Breite des Filtergehäuses.
Filterelement (10) nach Anspruch 14 bis 17, wobei die erste Filterschicht (12), die zweite Filterschicht (14), die dritte Filterschicht (16) und die vierte Filterschicht (18) jeweils aus Schaumstoff gebildet ist und mindestens eine gerippte Oberfläche aufweist.
Filterelement (10) nach Anspruch 14 bis 18, wobei die Filterschichten (12, 14, 16, 18) in einem gestapelten Verhältnis angeordnet sind.
Filterelement (10) nach Anspruch 14 bis 19, wobei die erste Filterschicht (12) eine Porosität zwischen 15 und 30 ppi aufweist, die zweite Filterschicht (14) eine Porosität zwischen 30 und 65 ppi aufweist, die dritte Filterschicht (16) eine Porosität zwischen 65 und 80 ppi aufweist und die vierte Filterschicht (18) eine Porosität zwischen 80 und 100 ppi aufweist.