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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung, insbesondere
auf einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 1 364 695 A1 ist
ein Luftfilter bekannt, der in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine
integriert wird, um die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende
Verbrennungsluft einer Filtration zu unterziehen. Der Luftfilter
ist dreiteilig aufgebaut und umfasst in einem Filtergehäuse ein
Filterelement, welches als auswechselbare Filterpatrone ausgebildet
ist, die axial von der Verbrennungsluft durchströmt wird
und radial über einen verschließbaren Deckel in
das Filtergehäuse einsetzbar ist. Der Filterpatrone ist
ein Zyklonvorabscheider vorgeschaltet, der zur Abscheidung von groben Schmutzpartikeln
dient. Stromab der Filterpatrone befindet sich ein Sekundär-
bzw. Feinfilterelement, das ebenfalls radial bei geöffnetem
Deckel in das Filtergehäuse einsetzbar ist. Zyklonvorabscheider,
Filterpatrone und Feinfilterelement liegen axial hintereinander
und werden ohne Umlenkung der zu reinigenden Verbrennungsluft in
Achsrichtung durchströmt.
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Als
Hauptfilterelement, welches in der Filterpatrone aufgenommen ist,
kommen beispielsweise Wickelfilter in Betracht, die aus einem um
einen Kern gewickelten, gewellten Filtermaterial bestehen, wobei
auf Grund der Wellenform axiale Strömungskanäle
durch das Filterelement gebildet sind, die wechselseitig an der
Stirnseite verschlossen sind. Ein derartiges Filterelement wird
beispielsweise in der
US 7,008,467
B2 beschrieben.
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Bekannt
sind außerdem Filterelemente, die aus einem sternförmig
gefalteten Filterelement in Form eines Filterbalgs bestehen, dessen
Filterfalten in Radialrichtung verlaufen, wobei die Stirnkanten der
Filterfalten sich in Achsrichtung erstrecken.
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Ein
Filterelement anderer Bauart, welches sich ebenfalls zur Luftfiltration
eignet, wird in der
FR 1 288
229 beschrieben. Das Filterelement besteht aus zwei radial
ineinandergesetzten Filterbälgen bzw. Sternfiltern mit
sternförmig angeordneten Filterfalten, zwischen denen ein
Strömungsraum für die axiale Ableitung des gereinigten
Fluids angeordnet ist. Die Innenseite des radial innen liegenden
Filterbalgs sowie die Außenseite des radial außen
liegenden Filterbalgs bilden jeweils die Rohseite, über
die das zu reinigende Fluid das Filterelement radial anströmt.
Der zwischenliegende Strömungsraum dient zum axialen Abströmen
des gereinigten Fluids.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven
Maßnahmen eine Filtereinrichtung zu schaffen, die sich
durch eine hohe Filtrationsleistung auszeichnet, wobei die Filtereinrichtung
mit geringem Aufwand gewartet werden können soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Gemäß einer
ersten Lösung der Erfindung weist die Filtereinrichtung
in einem Filtergehäuse ein Filterelement auf, das als Mehrfachbalgfilter,
insbesondere als Zweifachbalgfilter mit zumindest zwei radial ineinandergesetzten
Filterbälgen ausgebildet ist, zwischen denen ein Strömungsraum
für das Fluid gebildet ist, wobei der Strömungsraum
mit einer Stirnseite des Filterelements kommuniziert. Jeder Filterbalg
ist als Sternfilter mit sternförmig angeordneten, sich
in Radialrichtung erstreckenden Filterfalten mit axial verlaufenden
Stirnkanten ausgebildet. Die radial innen liegenden Stirnkanten
der Falten des äußeren Filterbalgs sowie die radial
außen liegenden Stirnkanten der Falten des innen liegenden
Filterbalgs begrenzen jeweils den Strömungsraum, der zweckmäßigerweise
zum Ableiten des gereinigten Fluids dient, ggf. aber auch zum Heranführen
des ungereinigten Fluids.
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Des
Weiteren ist an mindestens einer Stirnseite des Filterelements ein
Dichtring angeordnet, welcher sich zwischen einem Filterbalg und
dem Filtergehäuse befindet. Der Dichtring dient insbesondere
zur strömungsdichten Separierung der Roh- von der Reinseite
des Filterelementes und verhindert damit Fehlluftströme,
die den Wirkungsgrad der Filtereinrichtung beeinträchtigen
würden. Der Dichtring wird zweckmäßigerweise
axial zwi schen Filterelement und Gehäuseinnenseite eingeklemmt
und in Achsrichtung kraftbeaufschlagt. Grundsätzlich kommt
aber auch eine radiale Kraftbeaufschlagung bzw. eine Kombination
von axialer und radialer Beaufschlagung in Betracht. Außerdem
befindet sich der Dichtring vorteilhafterweise an der radialen Außenseite
des Filterelementes, insbesondere im Übergang zwischen
axialer Stirnseite und radial außen liegender Mantelfläche
des Filterelementes. Diese Ausführung ermöglicht
es, zumindest einen Teilstrom des zu filtrierenden Fluids über
die radial außen liegende Mantelfläche des Filterelementes
heranzuführen und zur Filtration radial durch das Filterelement
bis zum Erreichen des Strömungsraums zwischen den beiden
Filterbälgen hindurchzuführen. In dieser Ausführung
begrenzt der Dichtring zugleich den Ringraum zwischen Gehäuseinnenseite
und äußerer Mantelfläche des Dichtelementes
in Achsrichtung.
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Die
Anströmung des als Mehrfachbalgfilter ausgeführten
Filterelementes sowie die Ableitung des gereinigten Fluids kann
auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Möglich
ist es zum einen, die Wandung jedes Filterbalgs ausschließlich
in Radialrichtung zu durchströmen und das gereinigte Fluid
ausschließlich axial über den Strömungsraum,
der zugleich den Reinraum bildet, abzuleiten. Darüber hinaus
sind aber auch Mischformen möglich, beispielsweise dergestalt,
dass zumindest ein Balg zusätzlich zur radialen Durchströmung
auch axial angeströmt und ebenso die Abströmung
zumindest eines Balgs ebenfalls zusätzlich zur Strömungsführung über
den Strömungsraum in Achsrichtung über Strömungskanäle
innerhalb eines Balgs erfolgt. Vorteilhafterweise erfolgt jedoch
die axiale Zuströmung über Strömungskanäle
des ersten Filterbalgs, beispielsweise des außen liegenden
Filterbalgs, und die axiale Abströmung über Strömungskanäle
des zweiten Filterbalgs, beispielsweise des radial innen liegenden
Filterbalgs. Um die Anströmung und die Abströmung
in gewünschter Weise zu erreichen, sind zweckmäßigerweise
Abdeckelemente, insbesondere Abdeckscheiben bzw. -ringe an den entsprechenden
axialen Stirnseiten der Filterbälge angeordnet. So wird
beispielsweise die axiale Stirnseite des radial innen liegenden
Filterbalgs an der Anströmseite des Filterelementes von
einem Abdeckring überdeckt, so dass an dieser Stelle eine
axiale Anströmung ausgeschlossen ist. Die axiale Stirnseite
im Anströmbereich des radial außen liegenden Filterbalgs
kann dagegen offen sein, um an dieser Stelle zusätzlich
zur radialen Anströmung auch eine axiale Anströmung
zu erlauben.
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Auf
der Abströmseite befindet sich vorteilhafterweise am inneren
Faltenbalg eine Abdeckscheibe, welche den innen liegenden Anströmraum
innerhalb des Faltenbalges axial verschließt, um eine Fehlluftleitung
unmittelbar zwischen Roh- und Reinseite zu verhindern. Die axiale
Stirnseite des inneren Filterbalges kann dagegen frei von einer
Abdeckung sein, so dass hierüber eine axiale Abströmung
grundsätzlich möglich ist. Zugleich ist die axiale
Stirnseite im Abströmbereich des radial außen
liegenden Fil terbalgs von einem Abdeckring überdeckt, der
an dieser Stelle die axiale Abströmung verhindert.
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Des
weiteren ist es zweckmäßig, jeweils zwei unmittelbar
benachbarte Filterfalten an einer axialen Stirnseite eines Filterbalgs
zusammenzuheften, insbesondere miteinander zu verkleben bzw. zu verleimen.
Vorteilhafterweise wird dies pro Filterbalg so durchgeführt,
dass nur an einer axialen Stirnseite das Zusammenheften der Stirnkanten
der Filterfalten durchgeführt wird, wohingegen die Stirnkanten
der Filterfalten an der gegenüberliegenden Stirnseite von einem
Abdeckelement abgedeckt sind. Bezogen auf die beiden Filterbälge
wird das Zusammenheften der Stirnkanten der Filterfalten und die
Abdeckung wechselseitig durchgeführt, so dass beispielsweise
am radial außen liegenden Filterbalg die Stirnkanten verklebt
und auf gegenüberliegender axialer Stirnseite von einem
Abdeckring abgedeckt sind und am radial innen liegenden Filterbalg
die axiale Anströmseite von einer Abdeckscheibe überdeckt
ist und die Stirnkanten auf der gegenüberliegenden axialen
Abströmseite zusammengeheftet sind. Durch das Zusammenheften
der Stirnkanten entstehen in Achsrichtung verlaufende Strömungsräume
bzw. -kanäle, wobei im Zusammenspiel mit den Abdeckelementen
sichergestellt ist, dass das herangeführte Fluid die Filterwandung
radial durchströmen muss.
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Die
Filterbälge sind vorzugsweise als Sternfilter ausgebildet.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, keine Sternfaltung
vorzusehen, sondern eine Fal tung in Achsrichtung mit Faltenkanten,
die sich in Umfangsrichtung erstrecken oder zumindest eine Komponente
in Umfangsrichtung aufweisen. Derartige Filterbälge mit
einer Balgwirkung in Achsrichtung können mit oder ohne
sternförmig angeordnete Falten versehen sein. Gegebenenfalls
kommt auch eine Faltung mit Sternfaltung und einer Faltung in Achsrichtung
in Betracht.
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Die
Filterbälge sind bevorzugt als Einzelbälge ausgeführt,
die radial ineinander gesteckt sind und konzentrisch zueinander
angeordnet sind. Gemäß einer alternativen Ausführung
ist es aber auch möglich, zwei oder ggf. auch mehr Filterbälge
aus einem einzigen, zusammenhängenden Balg zu formen, indem an
einer oder an mehreren Stellen des einen Balgs ein Abschnitt umgeknickt
wird, wobei die Knickkante eine axiale Stirnkante an der Anström-
oder Abströmseite des Filterelementes bildet.
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Des
Weiteren ist es möglich, die Filterbälge jeweils
gleichartig mit über die axiale Länge gleichem Verlauf
oder aber unterschiedlich auszubilden. Möglich ist sowohl
eine zylindrische Form als auch eine konische Form eines Filterbalgs
bzw. beider Filterbälge. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der radial
außen liegende Filterbalg Zylinderform aufweist, dessen
Außendurchmesser und Innendurchmesser sich über
die axiale Länge nicht verändert, und dass der
radial innen liegende Filterbalg Konusform aufweist, wobei der Konus
sich zweckmäßigerweise von der Anström-
zur Abströmseite hin verjüngt. Dadurch erhält
man einen Strömungsraum zwischen den Filterbälgen
in Form eines Ringkonus, der sich zur Abströmseite hin
verbreitert, was unter strömungstechnischen Gesichtspunkten bezüglich
der Ableitung des gereinigten Fluids Vorteile bringen kann. Über
die axiale Länge besitzt der Strömungsraum somit
einen sich ändernden Querschnitt, wobei die Änderungsrate
konstant ist. Grundsätzlich ist aber auch eine über
die axiale Länge wechselnde Änderungsrate möglich.
Außerdem kann der Strömungsraum auch einen gleichbleibenden Querschnitt
aufweisen, was dann der Fall ist, wenn die Innenseite des äußeren
Filterbalgs und die Außenseite des inneren Filterbalgs
konzentrisch zueinander verlaufen.
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Des
Weiteren kann es vorteilhaft sein, zwischen den Filterbälgen
ein Stützgerüst vorzusehen, welches den Strömungsraum
zwischen den Filterbälgen einfasst. Insbesondere bei großen,
voluminösen Filtereinrichtungen, deren Filterelemente ein
entsprechend höheres Gewicht aufweisen, dient das Stützgerüst,
welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht und zweckmäßigerweise
axiale und in Umfangsrichtung verlaufende Streben aufweist, zur
Steigerung der Stabilität.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung weist die Filtereinrichtung im Filtergehäuse
ein Filterelement auf, das aus einer durchgehenden Filterbahn mit
einer Mehrzahl paralleler Filterschichten besteht, die über
gekrümmte Verbindungsabschnitte der Filterbahn untereinander
verbunden sind, wobei zwischen benachbarten Filterschichten Abstandshalter
vorge sehen sind und die Zwischenräume zwischen den benachbarten
Filterschichten Strömungsräume für das
Fluid bilden. Die Filterschichten sind plan bzw. eben ausgebildet,
dementsprechend sind auch die zwischenliegenden Strömungsräume
von den parallelen Ebenen begrenzt. Über die gekrümmten
Verbindungsabschnitte der Filterbahn, die an gegenüberliegenden
Stirnseiten des Filterelementes wechselseitig benachbarte Strömungsräume
begrenzen, ist sichergestellt, dass jeder zweite Strömungsraum
an der Anströmseite geöffnet bzw. geschossen ist.
Das zu filtrierende Fluid wird axial in die offenen Strömungsräume
eingeleitet und muss im Strömungsraum radial die begrenzende
Filterwandung durchströmen, da die gegenüberliegende
axiale Stirnseite dieses Strömungsraumes an der Abströmseite
von dem gekrümmten Verbindungsabschnitt verschlossen ist.
Mit dem radialen Übertritt in den benachbarten Strömungsraum
ist ein axiales Ableiten aus dem Filterelement möglich,
nur an der Anströmseite von dem gekrümmten Verbindungsabschnitt
verschlossen ist, wohingegen die Abströmseite axial offen
ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandshalter
bzw. ein Teil der Abstandshalter als Klebespuren, z. B. Leimraupen
oder Klebepunkte, ausgebildet sind, über die benachbarte
Filterschichten aneinandergeklebt sind. Die Klebespuren erfüllen
demnach einen doppelten Zweck: Zum einen verbinden sie benachbarte,
parallel verlaufende Filterschichten miteinander, zum anderen halten
sie die Filter schichten auf den gewünschten Abstand zueinander,
wodurch ein entsprechender Strömungsraum mit gewünschter
Dimension gebildet ist. Gegebenenfalls werden Klebespuren mit sonstigen,
nicht klebenden Abstandshaltern kombiniert, die entweder als separate
Bauteile ausgeführt sind oder beispielsweise durch Verprägen der
Filterbahn quer zur Achsrichtung erzeugt werden.
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Das
gesamte Filterelement besteht vorzugsweise aus genau einer durchgehenden
und zu den Filterschichten zusammengelegten Filterbahn, was insbesondere
unter fertigungstechnischer Hinsicht Vorteile bringt. So ist es
beispielhaft möglich, auf eine flexible Filterbahn zumindest
zwei parallel verlaufende Klebespuren aufzubringen und anschließend
die Filterbahn zu einer Mehrzahl parallel liegender Filterschichten
zu falten, so dass die Klebespuren zwischen jeweils zwei benachbarten
Filterschichten angeordnet sind und diese miteinander verkleben.
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In
den Außendimensionen weist das Filterelement Quaderform
auf, wobei gegenüberliegende Stirnseiten des Quaders die
Anström- bzw. Abströmseite bilden.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung ist das Filterelement zylindrisch
aufgebaut und weist eine Mehrzahl konzentrisch angeordneter Filterzylinder
auf, oder ist spiralförmig gewickelt, die jeweils aus Filtermaterial
bestehen, wobei zwischen benachbarten Filterzylindern Abstandshalter
vorgesehen sind und die Zwischenräume zwischen benachbarten
Fil terzylindern Strömungsräume für das Fluid
bilden. Um zu verhindern, dass das axial an einer Seite herangeführte
Rohfluid ohne Filtration auf der gegenüberliegenden Stirnseite
abgeleitet wird, sind die Strömungsräume zwischen
den Filterzylindern zweckmäßigerweise wechselseitig
an einer axialen Stirnseite offen und an der gegenüberliegenden Stirnseite
verschlossen. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass jeweils unmittelbar
benachbarte Strömungsräume, die konzentrisch zueinander
liegen, an der axialen Anströmseite offen bzw. geschossen
sind und entsprechend an der gegenüberliegenden Abströmseite
geschlossen bzw. geöffnet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass in das Filterelement hineinströmendes Fluid innerhalb
der Strömungsräume radial die Wandung der benachbarten
Filterzylinder durchströmen muss, um in den benachbarten Strömungsraum
zu gelangen, aus dem eine axiale Abströmung möglich
ist.
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Gemäß zweckmäßiger
Weiterbildung sind zwischen den konzentrischen Filterzylindern Abstandshalter
vorgesehen, die als Klebestreifen ausgebildet sind. Grundsätzlich
ist es möglich, entweder ausschließlich Klebestreifen
als Abstandshalter vorzusehen oder eine Kombination von klebenden
und nicht klebenden Abstandshaltern vorzusehen.
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Bei
allen vorgenannten Filtereinrichtungen sind vorteilhafterweise Dichtringe
zwischen Filterelement und Innenseite des aufnehmenden Filtergehäuses
vorgesehen, die die Rohseite von der Reinseite des betreffenden Filterelementes
separieren. Der Dichtring befindet sich vorzugsweise benachbart
zur Abströmseite und insbesondere im Übergang
zwischen der außen liegenden Mantelfläche des
Filterelementes und der axialen Stirnseite im Abströmbereich.
Diese Konfiguration erlaubt es, auch die außen liegende
Mantelfläche als Strömungsseite zu nutzen, insbesondere
zur Anströmung mit dem unfiltrierten Fluid. Die Kraftbeaufschlagung
des Dichtringes erfolgt vorzugsweise in Achsrichtung, es kann ggf.
aber auch eine ausschließliche oder zusätzliche
radiale Beaufschlagung des Dichtringes zweckmäßig
sein.
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Der
Dichtring erstreckt sich in Radialrichtung vorteilhafterweise bis
zur äußeren Mantelfläche des Filterelementes,
er weist somit keinen radialen Überstand auf. Gemäß einer
weiteren Ausführung kann es aber vorteilhaft sein, das
zumindest ein Abschnitt des Dichtringes die äußere
Mantelfläche des Filterelementes radial überragt.
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Das
Filterelement ist vorteilhafterweise unabhängig von seiner
konstruktiven Ausführung radial über eine von
einem Deckel zu verschließende Gehäuseöffnung
in das Filtergehäuse einzusetzen und axial von dem zu filtrierenden
Fluid zu durchströmen. Des Weiteren kann es zweckmäßig
sein, dem Filterelement einen Vorfilter vorzuschalten, der insbesondere
als Zyklonvorabscheider ausgeführt ist und zweckmäßigerweise
ebenfalls in Achsrichtung durchströmt wird. Außerdem
kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung
dem Filterelement ein Sekundär- bzw. Feinfilterele ment
nachgeschaltet werden, das vorteilhafterweise ebenfalls in Achsrichtung durchströmt
wird. In Kombination mit dem Vorfilter erhält man damit
insgesamt eine axiale Durchströmung von drei Filtereinheiten.
Das nachgeschaltete Feinfilterelement wird vorzugsweise ebenso wie
das Hauptfilterelement radial über die verschließbare
Gehäuseöffnung in das Filtergehäuse eingesetzt.
Als Feinfilterelement kommen beispielsweise Blockelemente in Betracht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Filtereinrichtung, die insbesondere
als Luftfilter für Brennkraftmaschinen eingesetzt wird
und axial hintereinander einen Zyklonvorabscheider, ein Hauptfilterelement
und ein nachgeschaltetes Feinfilterelement aufweist, wobei das Hauptfilterelement
als Doppelbalgfilter mit zwei radial ineinandergesetzten Filterbälgen
ausgebildet ist,
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2 die
Filtereinrichtung nach 1 aus einer anderen Perspektive,
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3 das
Hauptfilterelement der Filtereinrichtung aus 1 bzw. 2 im
Schnitt,
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4 eine
perspektivische Ansicht auf die sternförmigen Filterfalten
eines Hauptfilterelementes,
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5 und 6 eine
Filtereinrichtung analog zu 1 bzw. 2,
jedoch mit einer alternativen Ausführung des Hauptfilterelementes,
das aus zwei radial ineinandergesetzten Filterbälgen besteht,
die im Bereich der axialen Anströmseite zusammenhängen,
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7 das
Hauptfilterelement aus 5 bzw. 6 im Schnitt,
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8 und 9 eine
weitere Ausführung einer Filtereinrichtung mit Zyklonvorabscheider,
Hauptfilterelement und nachgeschaltetem Feinfilterelement, wobei
das Hauptfilterelement als quaderförmiges Element ausgeführt
ist und aus einer durchgehenden Filterbahn mit einer Mehrzahl paralleler
Filterschichten besteht, die über gekrümmte Verbindungsabschnitte
untereinander verbunden sind,
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10 das
Hauptfilterelement aus 8 und 9 in einer
perspektivischen Einzeldarstellung,
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11 eine
vergrößerte Darstellung des Ausschnittes XI aus 10,
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12 eine
vergrößerte Darstellung des Ausschnittes XII aus 10,
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13 und 14 noch
eine weitere Ausführung einer Filtereinrichtung mit Zyklonvorabscheider,
Hauptfilterelement und nachgeschaltetem Feinfilterelement, wobei
das Hauptfilterelement eine Mehrzahl konzentrisch angeordneter Filterzylinder aus
Filtermaterial aufweist, zwischen denen Ab standhalter vorgesehen
sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Filterzylindern
Strömungsräume für das Fluid bilden,
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15 das
Hauptfilterelement aus 13 bzw. 14 in
einer perspektivischen Schnittdarstellung,
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16 eine
Ausschnittsvergrößerung des Details XVI aus 15,
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17 eine
Ausschnittsvergrößerung des Details XVII aus 15.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bei
der in den 1 und 2 dargestellten Filtereinrichtung 1 handelt
es sich um einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine,
bestehend aus einem Filtergehäuse 2, in welchem
ein Hauptfilterelement 7 aufgenommen ist, einem als Vorfilter
ausgebildeten Zyklonvorabscheider 6 sowie einem nachgeschalteten
Feinfilterelement 8. Das Filtergehäuse 2 weist
an seiner Umfangsseite eine Öffnung auf, die von einem über
Verschlusselemente 4 lösbar angeordneten und verschließbaren
Deckel 3 abgedeckt ist. Über diese Öffnung
in der Mantelfläche des Filtergehäuses kann das
Hauptfilterelement 7 und zweckmäßigerweise auch
das Feinfilterelement 8 radial bzw. quer zur Achsrichtung
in den Aufnahmeraum innerhalb des Filtergehäuses 2 eingesetzt
bzw. aus diesem entnommen werden. Das Hauptfilterelement 7 befindet sich
unmittelbar unterhalb des Deckels 3, das nachgeschaltete
Feinfilterelement 8 liegt dagegen axial verschoben in einem Vorsprung
im Filtergehäuse, so dass zum Einsetzen des Feinfilterelementes 8 dieses zunächst
radial bei geöffnetem Deckel in das Filtergehäuse 2 eingesetzt
und anschließend axial in den Vorsprung verschoben wird.
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Auch
der Zyklonvorabscheider 6 befindet sich in einem Vorsprung,
welcher einteilig mit dem Filtergehäuse 2 ausgebildet
ist. Im Zyklonvorabscheider werden die Schmutzpartikel aus der axial herangeführten
Luft durch die Fliehkraft in einem rotierenden Luftstrom nach außen
getragen und abgeschieden. Über eine Austragöffnung 9 im
Filtergehäuse, die nach unten gerichtet sein kann, können die
Schmutzpartikel, welche im Zyklonvorabscheider abgeschieden wurden,
aus dem Filtergehäuse entfernt werden. Gegebenenfalls ist
der Vorsprung, in dem der Zyklonvorabscheider aufgenommen ist, als separates
Bauteil ausgeführt, das mit dem Filtergehäuse
verbunden ist.
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Vorfilter 6,
Hauptfilterelement 7 und Feinfilterelement 8 sind
axial hintereinander liegend angeordnet und weisen die gleich Längsachse 5 auf,
welche zugleich die Längsachse der gesamten Filtereinrichtung 1 bildet.
Die Durchströmung mit dem zu reinigenden Fluid erfolgt
in Achsrichtung gemäß den eingetragenen Pfeilen.
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Das
Hauptfilterelement 7 besteht aus zwei einzelnen, radial
ineinandergesetzten Filterbälgen 10 und 11,
wobei der äußere Filterbalg 10 zylindrisch und
der innere Filterbalg 11 konisch ausgebildet ist und sich
in Strömungsrichtung verjüngt, jedoch eine gleichbleibende
Faltenbreite aufweist. Zwi schen der Innenseite des äußeren
Filterbalgs 10 und der Außenseite des inneren
Filterbalgs 11 ist ein Strömungsraum 12 gebildet,
der auf Grund der abweichenden Form der beiden Filterbälge 10 und 11 in Achsrichtung
gesehen einen veränderlichen Querschnitt aufweist. Da sich
der innere Filterbalg 11 in Strömungsrichtung
verjüngt, besitzt dementsprechend der Strömungsraum 12 einen
sich in Strömungsrichtung vergrößernden
Querschnitt.
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Eingefasst
ist der Strömungsraum 12 von einem Stützgerüst 13,
das die beiden Filterbälge 10 und 11 gegeneinander
abstützt und dem gesamten Filterelement 7 zusätzliche
Stabilität verleiht. Der Strömungsraum 12 ist
an der axialen Anströmseite verschlossen, was dadurch erzielt
wird, dass an dieser Seite ein Abdeckring 15 angeordnet
ist, welcher die axiale Stirnseite des radial innen liegenden Filterbalgs 11 überdeckt
und zusätzlich auch den schmalen Spalt des Strömungsraumes 12 an
dieser Seite. Es kann aber auch zweckmäßig sein,
die beiden Filterbälge 10 und 11 an der
Anströmseite des Hauptfilterelementes so weit zusammenzuführen,
dass kein Strömungsspalt zur Anströmseite hin
gegeben ist; in diesem Fall genügt es, den Abdeckring 15 lediglich an
der axialen Stirnseite des inneren Filterbalgs 11 anzuordnen.
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Das
im Zyklonvorabscheider 6 vorgefilterte Fluid wird axial
der stirnseitigen Anströmseite des Hauptfilterelements 7 zugeführt.
Ein Teil des Fluids strömt unmittelbar axial in den Innenraum 14 des
inneren Filterbalgs 11, der zur Abströmseite hin
von einer Abdeckscheibe 16 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 16 erstreckt
sich radial nur über die Öffnung des Innenraums 14,
so dass das Fluid im Innenraum 14 axial von der Abdeckscheibe 16 an
der Abströmung gehindert ist und stattdessen radial die
Wandung des inneren Filterbalgs 11 durchströmen
muss und weiter in den Strömungsraum 12 zwischen
den Filterbälgen 10 und 11 gelangt, der
einen Reinraum für das im Hauptfilterelement 7 gereinigte
Fluid darstellt.
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Ein
zweiter Teilstrom des zum Hauptfilterelement 7 herangeführten
Fluids tritt unmittelbar über die axiale Stirn- bzw. Anströmseite
in den radial außen liegenden Filterbalg 11 ein,
der an der gegenüberliegenden, axialen Abströmseite
verschlossen ist, so dass das eintretende Fluid radial nach innen
in den Strömungsraum 12 einströmt, der
zur Reinseite des Hauptfilterelementes 7 hin geöffnet
ist, so dass das gereinigte Fluid axial aus dem Strömungsraum 12 abströmen
kann. Ein weiterer Teilstrom gelangt an die radial außen
liegende Mantelfläche des außen liegenden Hauptfilterelementes 10 und
durchströmt dieses radial von außen nach innen
bis zum Strömungsraum 12.
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Wie
den 1 und 2 und insbesondere der vergrößerten
Darstellung des Filterelementes 7 nach 3 weiters
zu entnehmen, ist die axiale Stirnseite des radial außen
liegenden ersten Filterbalgs 10 im Bereich der Reinseite
bzw. Abströmseite von einem Abdeckring 17 abgedeckt,
der eine axiale Abströmung des Fluids verhindert, so dass
das Fluid im äußeren Balg 10 gezwungen
ist, radial von außen nach innen in den Strömungsraum 12 zu
strömen.
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Einteilig
mit dem Abdeckring 17 ist ein Anschlagsflansch 18 ausgebildet,
der sich auf der radialen Außenseite des radial äußeren
Filterbalgs 10 im Bereich der Abströmseite befindet
und einen Dichtring 19 begrenzt und abstützt,
der an der Abströmseite axial zwischen dem Anschlagflansch 18 und
einem Gehäusebauteil des Filtergehäuses eingeklemmt
ist. Dieser Dichtring 19 trennt die Rohseite von der Reinseite
des Filterelements 7. Der Dichtring 19 weist ein
U-förmiges Profil auf, wobei die offene U-Seite radial
nach außen weist. Der Dichtring 19 befindet sich
unmittelbar an der Abströmseite bzw. der Stirnseite des
Filterelementes 7 und erstreckt sich in Radialrichtung
im Wesentlichen beginnend von der radial außen liegenden
Mantelfläche des äußeren Filterbalgs 10 nach
außen. Es kann zweckmäßig sein, dass
der Dichtring 19 sich zumindest teilweise auch entlang
der axialen Stirnseite an der Abströmseite erstreckt und
insoweit an seiner Innenseite einen kleineren Durchmesser aufweist
als der Durchmesser des Filterbalgs 10 an der radial außen
liegenden Mantelfläche.
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In
Einbaulage wird der Dichtring 19 axial beaufschlagt. Es
kann aber zweckmäßig sein, den Dichtring 19 zusätzlich
radial zu beaufschlagen.
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Wie 4 zu
entnehmen, sind die beiden Filterbälge 10 und 11 jeweils
als sternförmig gefaltete Faltenfilter ausgebildet, deren
Falten jeweils im Be reich einer Stirnseite verklebt sind. Hierzu
sind Klebeschichten 20 und 21 im Bereich der Stirnseiten
auf die einzelnen Falten jedes Filterbalgs aufgebracht, um zwei
unmittelbar aneinanderliegende Falten miteinander zu verkleben.
Der radial außen liegende Filterbalg 10 weist
eine derartige Klebeschicht 20 an der Anströmseite
auf, der radial innen liegende Filterbalg 11 eine entsprechende
Klebeschicht 21 im Bereich der Abströmseite. Die
Verklebung hat zur Folge, dass jeweils zwei unmittelbar benachbarte
Falten zusammengeklebt sind und zwischen zwei Paaren zusammengeklebter
Falten ein in Achsrichtung der Längsachse 5 erlaufender
Strömungskanal gebildet ist, der sich über die
axiale Länge jedes Filterbalgs erstreckt. Dies bewirkt,
dass, wie in 3 dargestellt, herangeführtes
Fluid axial über die verklebten Stirnkanten des radial
außen liegenden Filterbalgs 10 entlang der axialen
Strömungskanäle einströmen kann, wohingegen
im radial innen liegenden Filterbalg 11 eine axiale Abströmung über
die mit der Klebeschicht 21 versehene Stirnkante im Abströmbereich
möglich ist.
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In 4 ist
ein Filterbalg 10 bzw. 11 in Form eines Sternfilters
während des Herstellungsprozesses dargestellt. Auf lediglich
eine Seite der Falten ist eine Kleberaupe 20 bzw. 21 aufgebracht,
so dass bei einem Zusammenkleben unmittelbar benachbarter Falten
jeweils zwei Schichten aufeinander liegen und über die
Kleberaupen zusammengeleimt sind. Auf der den Kleberaupen 20, 21 gegenüberliegenden Seite
der Falten wird auf ei ne entsprechende Klebeschicht verzichtet,
so dass an dieser Seite axiale Strömungskanäle
gebildet sind.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß den 5 bis 7 entspricht
weitgehend dem ersten, in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel, so dass bezüglich übereinstimmender
Merkmale auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Auch das Hauptfilterelement 7 umfasst
zwei Filterbälge mit einem radial außen liegenden
Filterbalg 10 und einem radial innen liegenden Filterbalg 11,
die jedoch im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
nicht als zwei separate Bauteile, sondern als ein gemeinsames, über
die Stirnseite zusammenhängendes Bauteil ausgeführt
sind. Der äußere Filterbalg 10 weist
eine zylindrische Grundform auf, der innere Filterbalg 11 eine
Konusform, so dass der zwischenliegende Strömungsraum 12 sich
in Achsrichtung zur Abströmseite hin im Querschnitt erweitert.
An der Abströmseite ist der innere Filterbalg 11 von
der Abdeckscheibe 16 strömungsdicht abgeschlossen.
Der äußere Filterbalg 10 ist ebenfalls
an der Abströmseite strömungsdicht von dem Abdeckring 17 überdeckt. Zwischen
der Abdeckscheibe 16 und dem radial umgreifenden Abdeckring 17 klafft
eine ringförmige Lücke, über die der
Strömungsraum 12 mit der Abströmseite
bzw. Reinseite kommuniziert.
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An
der Anströmseite weisen äußerer Filterbalg 10 und
innerer Filterbalg 11 eine gemeinsame Stirnkante auf, an
der die einzelnen Falten jedes Filterbalgs an dieser Stirnkante
zusammenhängen. Fertigungstechnisch kann dies beispielsweise
dadurch erreicht werden, dass in ein zylindrisch gefaltetes Filterpapier
sternförmige Falten mit Stirnkanten in Achsrichtung eingeprägt
werden und anschließend ein Teil des Filterzylinders umgestülpt
wird, so dass zwei radial ineinander gesetzte Filterbälge
gebildet sind.
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Die
Anströmung erfolgt über die gesamte axiale Stirnseite,
die sich zusammensetzt aus beiden Filterbälgen 10 und 11.
Die Abströmung erfolgt lediglich über die ringförmige
Strömungsöffnung zwischen der Abdeckscheibe 16 und
dem Abdeckring 17.
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In
den 8 bis 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
für eine Filtereinrichtung zur Filtration gasförmige
Fluide, insbesondere Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen
dargestellt. Wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen
besteht die Filtereinrichtung 1 gemäß den 8 und 9 aus
einem Filtergehäuse 2 mit einem darin seitlich einzuführenden
Hauptfilterelement 7, dem in axialer Durchströmungsrichtung
ein Vorfilter 6 vorgeschaltet ist, der als Zyklonvorabscheider
ausgebildet ist, und dem ein Feinfilterelement 8 axial
nachgeschaltet ist. Die Durchströmungsrichtung aller Filtereinheiten
erfolgt axial ohne Umkehrung oder Umlenkung der Strömungsrichtung.
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In
den 10 bis 12 ist
das Hauptfilterelement 7 im Detail dargestellt. Das Filterelement 7 besteht
aus einer durchgehenden Filterbahn 22, die zu einer Mehrzahl
parallel zueinander verlaufender Filterschichten 22a zu sammengelegt
bzw. -gefaltet ist, die zueinander auf Abstand liegen. Insgesamt weist
das Filterelement 7 Quaderform auf. Zwischen jeweils zwei
benachbarten Filterschichten 22a befinden sich Strömungsräume
bzw. -kanäle, in denen das Fluid axial strömen
kann. Auf Grund der einteiligen Ausführung mit zweckmäßigerweise
nur einer einzigen Filterbahn 22 sind die einzelnen Filterschichten 22a über
gekrümmte Verbindungsabschnitte 24 untereinander
verbunden, welche ebenfalls einteiliger Bestandteil der Filterbahn 22 sind. Hieraus
ergeben sich an der Anströmseite des Filterelementes 7 Einströmöffnungen
zu Strömungskanälen zwischen parallelen Filterschichten 22a,
die jedoch an der Abströmseite von einem Verbindungsabschnitt 24a der
Filterbahn verschlossen sind, so dass das eingeströmte
Rohfluid nicht axial entweichen kann, sondern radial durch benachbarte
Filterschichten hindurch strömen muss. Daraufhin gelangt
das Fluid in benachbarte Strömungsräume 12,
die Reinräume darstellen und im Bereich der axialen Anströmseite
von einem gekrümmten Verbindungsabschnitt 24 verschlossen
sind, jedoch an der axialen Abströmseite offen ausgebildet
sind, so dass das gereinigte Fluid an dieser Seite axial aus dem
Filterelement 7 abströmen kann.
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Die
Filterschichten 22a werden mithilfe von Klebestreifen 23 auf
Abstand zueinander gehalten, die die Funktion von Abstandshaltern
haben und außerdem benachbarte Filterschichten aneinanderkleben.
Vorteilhafterweise sind über die Breite des Filterelementes
eine Mehrzahl parallel verlaufen der Klebestreifen 23 zwischen
jeweils zwei benachbarten Filterschichten 22a angeordnet.
Zwischen jeweils zwei parallelen Klebestreifen 23 verläuft
ein kanalförmiger Strömungsraum; über
die gesamte Breite des Filterelementes entstehen dadurch mehrere
parallel verlaufende Strömungskanäle bzw. -räume
zwischen zwei Filterschichten 22a.
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Zur
Herstellung des Filterelementes 7 werden auf eine flexible,
durchgehende Filterbahn mindestens zwei parallel verlaufende Klebestreifen
bzw. -raupen aufgebracht, und zwar zweckmäßigerweise auf
beiden Seiten der Filterbahn. Anschließend wird die Filterbahn
zu mehreren Filterschichten gefaltet, wobei die Klebesteifen die
parallel zueinander liegenden Filterschichten zusammenhalten und
zugleich abstützen.
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Es
kann zweckmäßig sein, zusätzliche Abstandshalter
vorzusehen, die ggf. nicht klebend ausgebildet sind.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel für einen Filtereinrichtung 1 zur
Filtration gasförmiger Fluide ist in den 13 bis 17 dargestellt.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Filtereinrichtung 1 dreiteilig
aufgebaut und umfasst einen Vorfilter 6, ein Hauptfilterelement 7 und
ein Feinfilterelement 8, wobei alle Filtereinheiten axial
in gleicher Richtung zu durchströmen sind und Hauptfilterelement 7 sowie Feinfilterelement 8 radial
bei geöffnetem Gehäusedeckel 3 in das
Filtergehäuse 2 einzusetzen sind.
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Wie
der Einzeldarstellung des Filterelements 7 gemäß den 15 bis 17 zu
entnehmen, ist das Filterelement zylindrisch aufgebaut und umfasst eine
Mehrzahl konzentrisch zueinander angeordneter, einzelner Filterzylinder 25,
wobei jeweils zwei unmittelbar benachbarte Filterzylinder 25 auf
Abstand zueinander liegen, so dass zwischen den Filterzylindern 25 jeweils
ein Strömungsraum gegeben ist. Wie der vergrößerten
Darstellung gemäß 16 und 17 zu
entnehmen, sind diese Strömungsräume, die sich
in Achsrichtung erstrecken, jeweils an einer axialen Stirnseite
des Filterelementes verschlossen und an der gegenüberliegenden
Stirnseite des Filterelementes geöffnet. Jeweils zwei in
Radialrichtung unmittelbar benachbarte Strömungsräume
sind an unterschiedlichen axialen Stirnseiten verschlossen bzw.
geöffnet. Dadurch sind zum einen Strömungsräume
bzw. -kanäle gebildet, die an der Anströmseite geschlossen
und an der Abströmseite geöffnet sind und über
die das gereinigte Fluid abströmen kann. Zum andern sind
Einströmkanäle 26 gebildet, die an der
Anströmseite geöffnet und an der Abströmseite geschlossen
sind. An dieser Seite eintretendes Rohfluid kann nicht axial über
die Einströmkanäle 26 abströmen,
vielmehr muss das Rohfluid radial durch die Wandungen des Filtermaterials
benachbarter Filterzylinder hindurch treten und strömt
anschließend axial über die die Reinräume
darstellenden Strömungsräume 12 ab.
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Jeweils
zwei unmittelbar benachbarte Filterzylinder 25 sind stirnseitig über
Verbindungsabschnitte 24 miteinander verbunden, die aber
zweckmäßigerweise als von den Filterzylindern 25 separates
Bauteil ausgeführt sind und mit den Stirnseiten von zwei
radial benachbarten Filterzylindern ver bunden werden. Die Verbindungsabschnitte 24 besitzen daher
Ringform. Die Verbindungsabschnitte 24 verbinden beispielsweise
an der Anströmseite jeweils zwei radial unmittelbar benachbarte
Filterzylinder 25 miteinander, wobei sich hieran radial
nach innen und radial nach außen jeweils eine Lücke
anschließt, um einen Einströmkanal für
das Rohfluid zu bilden. An der Abströmseite sind die Verbindungsabschnitte 24 gegenüber
den Verbindungsabschnitten an der Anströmseite radial um
jeweils einen Filterzylinder versetzt, so dass die Einströmkanäle
an der Abströmseite geschlossen sind und zugleich die Strömungsräume
zur Ableitung des gereinigten Fluids anströmseitig geschlossen
und abströmseitig geöffnet sind.
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Zusätzlich
sind Abstandshalter 23a vorgesehen, über die die
einzelnen Filterzylinder 25 auf Abstand zueinander gehalten
und fixiert werden. Wie 15 zu
entnehmen, können über die axiale Länge des
Filterelementes 7 eine Mehrzahl einzelner, vorzugsweise
ringförmig ausgebildeter Abstandshalter 23a angeordnet
sein, wobei zweckmäßigerweise an einer axialen
Position mehrere Abstandshalter 23a zwischen jeweils zwei
Filterzylindern 25 positioniert sind. An unterschiedlichen
axialen Stellen können die Abstandshalter 23a entsprechend
den Verbindungsabschnitten 24 an den Stirnseiten jeweils
zwischen zwei Filterzylindern angeordnet sein, wobei zweckmäßigerweise
nur in jeden zweiten Zwischenraum – in Radialrichtung gesehen – zwischen
benachbarten Filterzylindern jeweils ein Abstandshalter 23a eingesetzt
ist. An axial unterschiedlichen Stellen sind die Abstandshalter 23a in
der Weise in jede zweite Lücke zwischen den Filterzylindern
eingesetzt, dass insgesamt, also über die gesamte axiale
Länge des Filterelementes gesehen, jeder Zwischenraum zwischen benachbarten
Filterzylindern mit Abstandshaltern an zumindest einer axialen Position
ausgefüllt ist.
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Die
Abstandshalter 23a können jeweils als Klebestreifenabschnitt
ausgeführt sein und zusätzlich zu ihrer stützenden
Funktion auch eine klebende Funktion übernehmen. Gleichwohl
kann es auch möglich sein, nicht klebende Abstandshalter
zu verwenden.
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Gemäß einer
modifizierten Ausführung besteht das in den 13 bis 17 dargestellte
Filterelement 7 aus einer spulenförmig gewickelten
Filterbahn, die entweder glattwandig ausgebildet ist oder Falten
aufweisen kann. Über Abstands- und/oder Verschluss- bzw.
Abdeckelemente werden die axiale Strömungskanäle
im Filterelement zum Teil an der Abströmseite und zum Teil
an der Anströmseite verschlossen, wobei die jeweils gegenüberliegende Stirnseite
eines Strömungskanals offen bleibt, so dass das Filtermaterial
des Filterelements von dem eingeleiteten Fluid radial durchströmt
werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1364695
A1 [0002]
- - US 7008467 B2 [0003]
- - FR 1288229 [0005]