DE102008008328B4

DE102008008328B4 - Luftfiltereinsatz mit Verstärkungsring

Info

Publication number: DE102008008328B4
Application number: DE102008008328.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Böhmer Martina; Ulrich Jenschke
Original assignee: Hengst SE and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: DE102008008328A1; DE202007002117U1

Abstract

Luftfiltereinsatz (1), mit einem hülsenförmigen, für Luft durchlässigen Filtermedium (3), einem das Filtermedium (3) gegen Kollabieren sichernden so genannten Innendom (4), und einem Dichtungsring (5), welcher aus einem Material besteht, das unter den Betriebsbedingungen des Luftfilters (1) verformbar ist, wobei der Innendom (4) mit seinem axialen Ende an dem Dichtungsring (5) anliegt, ein Verstärkungsring (6) vorgesehen ist, der aus einem im Vergleich zum Dichtungsring (5) weniger stark verformbaren Material besteht, wobei der Innendom (4) mit seinem axialen Ende gegen eine radial verlaufende Fläche des Verstärkungsrings (6) gerichtet ist, und der Verstärkungsring (6) in den Dichtungsring (5) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Aufstandsring (7) ein zweiter axial verlaufender Abschnitt abzweigt, der als Spannring (9) bezeichnet ist, radial weiter außen als der Stützkragen (8) verläuft, und sich zu der vom Filtermedium (3) abgewandten Seite des Verstärkungsrings (6) erstreckt, und dass der Verstärkungsring (6) im Querschnitt zwei etwa L-förmig angeordnete Abschnitte aufweist, wobei ein radial verlaufender Abschnitt als Aufstandsring (7) bezeichnet ist, gegen welchen das axiale Ende des Innendoms (4) gerichtet ist, und wobei ein axial verlaufender Abschnitt als Stützkragen (8) bezeichnet ist, der radial innerhalb des Innendoms (4) angeordnet ist, wobei der Innendom (4) dem Stützkragen (8) des Verstärkungsrings (6) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftfiltereinsatz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 602 09 762 T2 oder der US 5 954 849 A sind derartige Luftfiltereinsätze bekannt. Als Filtermedium wird beispielsweise ein Faltenfilterelement aus einem Papierwerkstoff verwendet, welches hülsenförmig, also wie ein Abschnitt eines runden Rohres, ausgestaltet ist und in einem becherförmigen Gehäuse angeordnet werden kann. Die Durchströmung dieses hülsenartigen Filtermediums erfolgt üblicherweise radial von außen nach innen. Im Inneren des Filtermediums ist üblicherweise ein ebenfalls hülsenförmiger, luftdurchlässiger so genannter Innendom angeordnet, der das Filtermedium gegen Kollabieren sichert. Ein solcher Innendom kann beispielsweise als Gitter ausgestaltet sein oder aus einem Lochblech bestehen.
An wenigstens einem seiner beiden axialen Enden ist an dem Luftfiltereinsatz ein Dichtungsring vorgesehen, der beispielsweise aus einem aufgeschäumten Polyurethanwerkstoff bestehen kann. Mit diesem Dichtungsring schließt der Luftfiltereinsatz an einen Rohrstutzen an, über welchen die Reinluft aus dem Inneren des Filtereinsatzes zu dem nachgeschalteten Luftverbraucher gelangt, beispielsweise zu einer Verbrennungskraftmaschine wie z. B. dem Antriebsmotor eines Automobils.
Aus der Praxis ist es bekannt, produktionstechnisch dabei so vorzugehen, dass in eine Aufschäumform das Filtermedium und der Innendom eingestellt werden, wobei in dem unteren Bereich dieser Aufschäumform eine Negativform des Dichtungsrings als Ausnehmung vorgesehen ist. In diese Ausnehmung wird das Material des Dichtungsrings eingegeben, welches dann aufschäumt, expandiert, und somit in der Aufschäumform aufsteigt. Das Material dringt dabei in den untersten Bereich des Filtermediums ein und dichtet so die Falten des Papierfaltenfilters ab. Gleichzeitig kommt es auch in Kontakt mit dem axialen unteren Ende des Innendoms und verbindet somit den Innendom und das Filtermedium miteinander, so dass eine zusätzliche Verklebung oder anderweitige Verbindung dieser beiden Bauteile an diesem Ende des Luftfiltereinsatzes nicht erforderlich ist.
Im Betrieb des Luftfilters treten Vibrationen auf sowie thermisch bedingte Ausdehnungen der einzelnen Bauteile des Filtereinsatzes, wobei sich angesichts der unterschiedlich verwendeten Werkstoffe diese Bauteile unterschiedlich ausdehnen können. So kann es dazu kommen, dass der Innendom mit seinem schmalen axialen Ende ähnlich wie ein Schneidwerkzeug Druck auf den Dichtungsring ausübt. Da der Innendom an seinem axialen Ende von dem Dichtungswerkstoff umschlossen wird, befindet sich auch Material des Dichtungsrings radial innerhalb des Innendoms, also auf der Reinluftseite des Luftfiltereinsatzes, und ist es nicht auszuschließen, dass bei entsprechenden Belastungen kleinere Bestandteile aus dem Dichtungsmaterial herausbrechen. Dies ist insofern unerwünscht, als diese Bestandteile im Extremfall zusammen mit der Reinluft angesaugt werden können.
Aus der US 3 038 211 A ist eine Filterkartusche bekannt, die einen Verstärkungsring aufweist, welcher mit Durchbrechungen versehen ist. Durch die Durchbrechungen erstreckt sich ein aus Plastisol bestehender Dichtungsring.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftfiltereinsatz zu schaffen, der gegen im normalen Betrieb auftretende Beschädigungen möglichst gut geschützt ist, insbesondere einen möglichst beschädigungsfreien Dichtungsring aufweist, eine möglichst optimale Dichtwirkung und vielfach anwendbare Dichtungswirkung des Dichtungsrings ermöglicht, und der wirtschaftlich herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Luftfiltereinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, nicht das axiale Ende des Luftfiltereinsatzes schneidkantenartig auf den Dichtungswerkstoff des Dichtungsrings einwirken zu lassen, sondern hier vielmehr den Druck zu verteilen. Zu diesem Zweck ist ein zusätzlicher Verstärkungsring vorgesehen, der aus einem im Vergleich zum Werkstoff des Dichtungsrings weniger stark verformbaren Material besteht. Der Verstärkungsring kann beispielsweise als Spritzgussteil aus Kunststoff gefertigt sein, welches eine größere Stauchhärte aufweist als der Dichtungsring.
Dieser Verstärkungsring weist eine radial verlaufende Fläche auf, die also quer zum axial verlaufenden Innendom ausgerichtet ist, so dass der Innendom mit seinem axialen Ende gegen diese radial verlaufende Fläche des Verstärkungsrings gerichtet ist. Ausdehnungsbewegungen des Innendoms führen nicht unmittelbar an seinem axialen Ende zum Eindringen in das Material des Dichtungsrings, sondern vielmehr zu einem Druck auf den Verstärkungsring, der diese Kraft auf eine größere Fläche des Dichtungsrings verteilt, die Druckbelastung des Dichtungsrings also verringert.
Eine sichere Lagefixierung des Verstärkungsrings ist dadurch gegeben, dass dieser in den Dichtungsring eingebettet wird. Bei dem vorbeschriebenen Produktionsverfahren kann beispielsweise zunächst der Verstärkungsring in die Aufschäumform eingelegt werden und anschließend können das Filtermedium und der Innendom in die Verstärkungsform und auf den Verstärkungsring gestellt werden. Gegebenenfalls können diese drei Bauteile auch, provisorisch fixiert, gemeinsam und gleichzeitig in die Aufschäumform eingestellt werden, so dass anschließend der aufschäumende Werkstoff den Dichtungsring formt, den Verstärkungsring umgibt, das Filtermedium abdichtet und auch bis an den Innendom gelangt, so dass es den Innendom auf diese Weise mit dem Filtermedium und dem Verstärkungsring verklebt.
Die Oberfläche des Verstärkungsrings kann mittels Plasma aktiviert werden, so dass Trennmittelrückstände sowie eine eventuell auf der Oberfläche des Spritzgussteils befindliche Oxidationshaut entfernt werden. Dies ermöglicht eine bessere Verklebbarkeit des Verstärkungsrings mit dem Dichtungsring.
Vorschlagsgemäß weist der Verstärkungsring nicht nur den radial verlaufenden Abschnitt auf, der als Aufstandsring bezeichnet ist, da auf ihm das Filtermedium und das axiale Ende des Innendoms aufstehen können, sondern der Verstärkungsring weist auch einen dazu quer verlaufenden Abschnitt auf, der als Stützkragen bezeichnet ist und einen geringeren Durchmesser aufweist als der Innendom, also radial innerhalb des axialen Endes des Innendoms verläuft. Der Stützkragen ist vorschlagsgemäß so dimensioniert, dass der Innendom diesem Stützkragen anliegt, so dass der Innendom durch diesen Stützkragen zentriert und fixiert wird. Durch diese Klemmwirkung zwischen Innendom und Stützkragen kann der Verstärkungsring am Innendom provisorisch gehalten werden, so dass auf diese Weise die drei Bauteile Filtermedium, Innendom und Stützkragen gemeinsam gehandhabt werden und gleichzeitig in die Aufschäumform eingesetzt werden können. In jedem Fall bewirkt der Stützkragen eine optimale Zentrierung des Verstärkungsringes gegenüber dem Innendom und dem Filtermedium.
Vorteilhaft können in dem Aufstandsring Durchbrechungen vorgesehen sein, so dass das in der Aufschäumform aufsteigende Material des Dichtungsrings ungehindert aufsteigen und die Falten des Filtermediums verkleben kann. Zusätzlich wird ein optimaler Formschluss zwischen dem Material des Dichtungsrings und dem Verstärkungsring bewirkt, so dass der Verstärkungsring sicher innerhalb des gesamten Filtereinsatzes fixiert ist.
Vorteilhaft ist als axial verlaufende Fläche am Verstärkungsring nicht nur der Stützkragen vorgesehen, sondern eine zweite axial verlaufende Fläche, die als Spannring bezeichnet ist. Dieser Spannring verläuft radial weiter außen als der Stützkragen und auch in die entgegengesetzte Richtung von dem Aufstandsring aus. Der Spannring steift somit erstens den Verstärkungsring aus und verbessert zweitens den mechanischen Verbund zwischen dem Werkstoff des Dichtungsrings und dem Verstärkungsring. Insbesondere bei entsprechender Länge des Spannrings kann dieser aber auch den geschäumten Dichtungsring aussteifen und zu einem verbesserten Dichtsitz des Dichtungsrings führen, wenn der Dichtungsring als Radialdichtung verwendet wird.
Wenn dieser Spannring so lang ist, dass er die axiale Dichtungswirkung des Dichtungsrings unterstützt, so kann eine Umschäumung dieses Spannrings dadurch verbessert werden, dass er Durchbrechungen aufweist, durch die sich das Material des Dichtungsrings erstreckt. Abgesehen von der verbesserten Durchschäumung wird auch hierdurch erneut eine verbesserte mechanische Verbindung im Sinne eines Formschlusses zwischen dem Dichtungswerkstoff und dem Verstärkungsring bewirkt.
Die erwähnten, in dem Aufstandsring vorgesehenen Durchbrechungen können entweder radial außerhalb oder innerhalb des Spannrings angeordnet sein. Vorteilhaft können die Durchbrechungen beiderseits vom Spannring, also radial sowohl außerhalb als auch innerhalb des Spannrings, angeordnet sein, um eine möglichst gleichmäßige Ausbreitung des expandierenden Dichtungswerkstoffs während der Herstellung des Dichtungsrings zu ermöglichen.
Vorteilhaft kann auf der vom Filtermedium abgewandten Seite des Aufstandsrings eine umlaufende Dichtungswulst vorgesehen sein. Mit dieser liegt der Aufstandsring bei der Herstellung des Dichtungsrings an der Aufschäumform an, so dass das Eindringen des expandierenden Dichtungswerkstoffs in den Bereich, der später der Reinseite des Luftfilters entspricht, verhindert wird und eine Verteilung des Dichtungswerkstoffs dort sichergestellt wird, wo der Dichtungsring geschaffen werden soll und das Filtermedium sowie der Innendom verklebt werden sollen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine Seitenansicht auf einen Luftfiltereinatz, mit weggebrochenen Bereichen,
2 eine gegenüber 1 vergrößerte Darstellung des unteren in 1 weggebrochenen Bereiches des Luftfiltereinsatzes, die
3–5 unterschiedliche Einbausituationen des Luftfiltereinsatzes in einem Luftfiltergehäuse,
6 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verstärkungsrings,
7 einen Schnitt durch den Verstärkungsring von 6,
8 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verstärkungsrings, und
9 eine Ansicht ähnlich 2, jedoch für ein zweites Ausführungsbeispiel eines Luftfiltereinsatzes.
In den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt ein Luftfiltereinsatz bezeichnet. Gemäß der in 1 dargestellten Anordnung weist der Luftfiltereinsatz 1 einen Reinluftauslass 2 in axialer Richtung an seinem unteren Ende auf. Auf diese Weise ergibt sich eine Ansicht des Luftfiltereinsatzes, bei dem dessen im unteren Bereich dargestellten Bestandteile so angeordnet sind, wie sie bei der Herstellung dieses unteren Endes des Luftfiltereinsatzes 1 angeordnet sind. Abweichend von dieser Ausrichtung gemäß 1 kann der Luftfiltereinsatz 1 jedoch auch in einer anderen Ausrichtung verwendet werden, beispielsweise hängend, also gegenüber 1 um 180° gedreht, mit einem nach oben weisenden Reinluftauslass 2.
Der Luftfiltereinsatz 1 weist ein hülsenförmiges Filtermedium 3 auf, welches als Faltenfilterelement ausgestaltet ist, dessen Falten axial verlaufen. Radial nach innen stützt sich das Filtermedium 3 gegen einen Innendom 4 ab der, wie in 1 im oberen Bereich des Luftfiltereinsatzes 1 angedeutet ist, als Lochblech ausgestaltet ist, wobei in 1 durch die Löcher des Innendoms hindurch die auf der vom Betrachter abgewandten Seite verlaufenden Falten des Filtermediums 3 erkennbar sind.
An seinem unteren axialen Ende weist der Luftfiltereinsatz 1 einen Dichtungsring 5 auf, der aus einem geschäumten Polyurethanwerkstoff besteht. Der Schaum steigt beim Fertigungsprozess auf und erstreckt sich bis in den untersten Bereich der Falten des Filtermediums 3, dichtet also die Falten nach unten hin ab. Weiterhin verklebt dieser Werkstoff des Dichtungsrings 5 das Filtermedium 3 mit dem Innendom 4. Das Filtermedium 3 und der Innendom 4 stehen mit ihrem unteren Ende auf einem Verstärkungsring 6 auf, wobei der Innendom 4 mit seinem gesamten unteren axialen Ende auf diesem Verstärkungsring 6 aufsteht, das Filtermedium 3 jedoch lediglich teilweise auf dem Verstärkungsring 6 aufsteht und sich im übrigen radial weiter nach außen erstreckt. Das Material des Dichtungsrings 5 umgibt das untere Ende des Filtermediums 3 sowohl umfangsmäßig als auch am unteren axialen Ende des Filtermediums 3.
Der Verstärkungsring 6 besteht aus mehreren Abschnitten:
Einerseits einem radial verlaufenden Aufstandsring 7. Weiterhin einem inneren Stützkragen 8, der in axialer Richtung verläuft und dem der Innendom 4 anliegt, und schließlich einem als Spannring 9 bezeichneten Abschnitt, der sich ebenfalls in axialer Richtung erstreckt, jedoch auf der vom Filtermedium 3 abgewandten Seite des Aufstandsringes 7.
Durchbrechungen 10 sind radial außerhalb vom Spannring 9 in dem Aufstandsring 7 vorgesehen, wobei gemäß 8 nicht nur die radial außerhalb des Spannrings 9 vorgesehenen Durchbrechungen 10 in dem Aufstandsring 7 vorgesehen sein können, sondern auch radial innerhalb des Spannrings 9 angeordnete Durchbrechungen 11 vorgesehen sein können.
Während 2 die Ausgestaltung des Dichtungsrings 5 von 1 in gegenüber 1 größerem Maßstab darstellt, ist in 9 eine alternative Ausgestaltung des Verstärkungsringes 6 dargestellt: Dabei ist der Spannring 9 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel deutlich verlängert. Um zuverlässig eine Hinterschäumung dieses Spannrings 9 zu ermöglichen, weist dieser Spannring 9 Durchbrechungen 12 auf.
Der Verstärkungsring 6 weist an seiner Unterseite, mit welcher er in eine Aufschäumform zur Herstellung des Dichtungsringes 5 eingelegt wird, eine umlaufende Dichtungswulst 14 auf, die insbesondere aus den 6–8 ersichtlich ist. Das Filtermedium 3 und der Innendom 4 werden bei der Herstellung des Dichtungsringes 5 auf den Verstärkungsring 6 aufgepresst, damit sie nicht vom expandierenden Dichtungswerkstoff angehoben werden. Durch diesen Anpressdruck wird der Verstärkungsring 6 seinerseits mit der Dichtungswulst 14 abdichtend an die Formwandung der Aufschäumform angepresst, so dass hierdurch zuverlässig eine Grenze geschaffen wird, bis zu welcher der expandierende Werkstoff vordringen kann.
Die 3–5 zeigen unterschiedliche Einbauvarianten, die mit dem Luftfiltereinsatz 1 verwirklicht werden können, je nach Ausbildung des den Luftfiltereinsatz 1 aufnehmenden Filtergehäuses und des entsprechenden Anschlussstutzens, der die Reinluft aus dem Filtergehäuse herausführt:
In 3 ist der Filtereinsatz 1 innerhalb eines Filtergehäuses 15 dargestellt, welches einen in das Filtergehäuse 15 hineinragenden Stutzen 16 ausbildet. Der Filtereinsatz 1 ist mit seinem Dichtungsring 5 auf diesem Stutzen 16 aufgesteckt, so dass der Dichtungsring 5 als Radialdichtung gegenüber dem Stutzen 16 abdichtet. Die Steifigkeit des Dichtungsringes 5 wird durch den als Spannring 9 bezeichneten Abschnitt des Verstärkungsringes 6 verbessert, wobei alternativ zu der Ausgestaltung von 3 gemäß 9 ein festerer Dichtsitz des Dichtungsringes 5 auf dem Stutzen 16 bewirkt werden kann, wenn der Spannring 9 sich weiter in den Dichtungsring 5 hinein erstreckt als bei dem Ausführungsbeispiel der 3. Je nach den Betriebsbedingungen und dem verwendeten Dichtungswerkstoff kann die Ausbildung gemäß 3 für einen ausreichenden Dichtsitz sorgen, so dass der Spannring 9 nicht so lang wie in 9 dargestellt ausgestaltet werden muss.
4 zeigt eine alternative Einbausituation des gegenüber 3 unveränderten Luftfiltereinsatzes 1: Bei dieser Variante weist das Filtergehäuse 15 keinen nach innen ragenden Stutzen auf, so dass der Filtereinsatz mit dem axial unteren Ende des Dichtungsringes 5 dem Filtergehäuse 15 unmittelbar anliegt und somit als Axialdichtung wirksam ist.
Gemäß 5 ist bei einem Filtergehäuse, welches gegenüber 3 unverändert ist, der Filtereinsatz 1, der gegenüber den 3 und 4 ebenfalls unverändert ist, so angeordnet, dass er sowohl radial als auch axial abdichtet, nämlich einerseits dem Stutzen 16 und andererseits mit seinem axial Ende unmittelbar dem Filtergehäuse 15 anliegt.

Claims

Luftfiltereinsatz (1), mit einem hülsenförmigen, für Luft durchlässigen Filtermedium (3), einem das Filtermedium (3) gegen Kollabieren sichernden so genannten Innendom (4), und einem Dichtungsring (5), welcher aus einem Material besteht, das unter den Betriebsbedingungen des Luftfilters (1) verformbar ist, wobei der Innendom (4) mit seinem axialen Ende an dem Dichtungsring (5) anliegt, ein Verstärkungsring (6) vorgesehen ist, der aus einem im Vergleich zum Dichtungsring (5) weniger stark verformbaren Material besteht, wobei der Innendom (4) mit seinem axialen Ende gegen eine radial verlaufende Fläche des Verstärkungsrings (6) gerichtet ist, und der Verstärkungsring (6) in den Dichtungsring (5) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Aufstandsring (7) ein zweiter axial verlaufender Abschnitt abzweigt, der als Spannring (9) bezeichnet ist, radial weiter außen als der Stützkragen (8) verläuft, und sich zu der vom Filtermedium (3) abgewandten Seite des Verstärkungsrings (6) erstreckt, und dass der Verstärkungsring (6) im Querschnitt zwei etwa L-förmig angeordnete Abschnitte aufweist, wobei ein radial verlaufender Abschnitt als Aufstandsring (7) bezeichnet ist, gegen welchen das axiale Ende des Innendoms (4) gerichtet ist, und wobei ein axial verlaufender Abschnitt als Stützkragen (8) bezeichnet ist, der radial innerhalb des Innendoms (4) angeordnet ist, wobei der Innendom (4) dem Stützkragen (8) des Verstärkungsrings (6) anliegt.
Luftfiltereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsring (6) Durchbrechungen (10, 11, 12) aufweist, durch die sich das Material des Dichtungsrings (5) erstreckt.
Luftfiltereinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen (10, 11) in dem Aufstandsring (7) vorgesehen sind.
Luftfiltereinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) Durchbrechungen (12) aufweist, durch die sich das Material des Dichtungsrings (5) erstreckt.
Luftfiltereinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl radial außerhalb als auch radial innerhalb des Spannrings (9) Durchbrechungen (10, 11) in dem Aufstandsring (7) angeordnet sind.
Luftfiltereinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstandsring (7) auf seiner vom Filtermedium (3) abgewandten Seite eine umlaufende Dichtungswulst (14) aufweist.