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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die
EP 1 144 083 B1 zeigt ein Filterelement mit einem Faltenbalg, in dem Aussparungen von einer Polyurethandichtung umgeben sind. Die
EP 0 490 169 A1 zeigt ein Filterelement, bei welchem Schenkel eines Rahmens von einem Faltenbalg nach außen abragen. Die
DE 101 63 026 A1 zeigt ein Filterelement mit einer flexiblen ringförmigen Dichtung. Aus der
DE 10 2006 007 182 A1 ist ein Filterelement bekannt, welches tiefgezogene oder geprägte Bereiche aufweist. Die
DE 197 39 014 A1 zeigt ein Filterelement, bei dem ein Rahmenelement den Faltenbalg überragt und mit den Überständen in eine Nut eingreift. Die
DE 10 2004 054 246 A1 zeigt ein Filterelement, in welches Einsteckschwerter eingreifen, um eine Abdichtung zu erreichen. Schließlich ist aus der
DE 102 31 060 A1 ein Filterelement bekannt geworden, das im Dichtungsbereich ein Winkelprofil aufweist.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Faltenbalg in eine Form einzubringen, die Form zu verschließen und innerhalb der Form eine Dichtung durch einen Schäumprozess zu erzeugen. Die Dichtung passt sich während des Schäumprozesses den Innenmaßen und Konturen der Form an und weist nach der Fertigung eine regelmäßige, vordefinierte Gestalt auf.
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Ein so hergestelltes Filterelement wird häufig in Filtergehäuse eingesetzt, wie sie aus der
DE 196 38 790 A1 bekannt sind. Die Anordnung aus Filterelement und Filtergehäuse findet in der Motorzuluftfiltration in Kraftfahrzeugen Verwendung.
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Der aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungsprozess ist jedoch sehr aufwendig und teuer. Insbesondere muss der Schäumprozess so geführt und überwacht werden, dass sich keine Ritzen und Spalten zwischen dem fertigen Filterelement und dem Filtergehäuse ausbilden können. Diese Leckagen können zur Schädigung des Motors eines Kraftfahrzeugs führen, da die dem Motor zugeführte Luft nicht mehr ausreichend frei von Partikeln gehalten werden kann. Es besteht daher ein Bedarf nach kostengünstigen Filterelementen, die zuverlässig in Filtergehäusen abdichten.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, welche dauerhaft eine hohe Reinheit der Motorzuluft bei Verwendung eines kompakten und kostengünstigen Filterelements gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Dichtung durch einen frei beweglichen Dosierkopf oder eine Kartusche auf das Filterelement bzw. den Faltenbalg aufgespritzt werden kann. Dabei kann eine Raupe entstehen, die eine im Wesentlichen unregelmäßige Gestalt aufweist und unregelmäßig berandet ist. Insbesondere wird die Querschnittsfläche der Raupe längs ihrer Erstreckung geringfügig variieren. Das Medium, aus dem die Dichtung gefertigt ist, kann im nicht ausgehärteten Zustand direkt nach dem Auftragen auf den Faltenbalg in unerheblichem, jedoch nicht störendem Maße zerfließen. Es ist weiter erkannt worden, dass durch geeignete Abmischung eines thixotropen Mediums eine Raupe händisch oder maschinell außerhalb einer Form auf den Faltenbalg aufgespritzt werden kann, ohne dass das Medium zu stark zerläuft. Die umlaufende deformierbare Dichtung kann aus einem Elastomer oder aus Polyurethan gefertigt werden und kann dauerhaft eine dichte Anlage des Filterelements im Filtergehäuse ermöglichen. Die Dichtung kann dauerhaft Ritzen oder Spalten vermeiden. Insbesondere ist erkannt worden, dass eine Dichtung aus einem Elastomer oder aus Polyurethan reversibel deformierbar ist und daher dauerhaft unter Anpressdruck im Filtergehäuse angeordnet werden kann. Ein solches Filterelement kann ohne aufwendige Schäumprozesse und ohne Verwendung von abgeschlossenen Formen nicht werkzeuggebunden hergestellt werden. Somit kann das Filterelement kostengünstig hergestellt werden und ist dennoch stabil und kompakt.
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Der Faltenbalg ist von zumindest einem Rahmenelement eingefasst, welches an den Faltenkanten anliegt. Ein Rahmenelement stabilisiert den Faltenbalg gegen Verwindungen und kann Dichtfunktionen erfüllen.
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Die Dichtung verläuft zumindest teilweise auf einem Schenkel, der auf den Faltenrücken aufliegt, sich in Längsrichtung des Faltenbalgs, vorzugsweise in Richtung des Rahmenelements, erstreckt und ins Innere des Faltenbalgs ragt. Ein streifenförmiger Schenkel, der auf den Faltenrücken aufliegt, wird durch die Faltenrücken abgestützt, ragt nach innen und beansprucht wenig Bauraum. Die Dichtung kann daher unter Pressung gegen die Faltenrücken auf relativ engem Raum deformiert werden. Des Weiteren bietet der Schenkel eine definierte Auflagefläche für das Aufspritzen der Raupe. Die Raupe kann bei geeigneter Dimensionierung des Schenkels problemlos aufgespritzt werden, ohne in unerwünschter Weise in Faltentäler auszuweichen.
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Der Schenkel und das Rahmenelement sind einstückig ausgebildet. Vorteilhaft kann ein Streifen durch Falten in zwei Streifenabschnitte unterteilt werden, die einen rechten Winkel miteinander einschließen. Dabei dient ein Streifenabschnitt als Rahmenelement, der andere als Schenkel. Hierdurch ist eine bauteilearme Fertigung des Filterelements ermöglicht. Vor diesem Hintergrund könnte das Rahmenelement aus dem gleichen Material gefertigt sein wie der Faltenbalg. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist es auf einfache Weise möglich, auf ein aus dem Stand der Technik bekanntes Filterelement eine Dichtung aufzuspritzen und dieses für die Verwendung in einer Anordnung gemäß
DE 10 2004 054 246 A1 kostengünstig betriebstauglich auszugestalten.
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Die Dichtung könnte zumindest teilweise zwischen den letzten beiden Faltenrücken verlaufen, die den jeweiligen Enden des Faltenbalgs zugewandt sind. Dieser Strang der Dichtung bzw. Raupe ist orthogonal zum Strang orientiert, der auf den Schenkeln verläuft. Die Dichtung kann beim Deformieren gegen die stabilen Faltenrücken gepresst werden, ohne dass die Faltenrücken in ihrer Höhe oder Form merklich verringert werden.
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Die Dichtung könnte zumindest teilweise auf der jeweils letzten Faltenwandung verlaufen, die dem jeweiligen Ende des Faltenbalgs zugewandt ist. Dieser Strang der Dichtung bzw. Raupe ist orthogonal zum Strang orientiert, der auf den Schenkeln verläuft. Die Dichtung kann hierdurch vorteilhaft die letzten Faltenwandungen derart ausrichten und fixieren, dass diese im Wesentlichen mit den Faltenrücken und Schenkeln fluchten.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Vor diesem Hintergrund könnte die Dichtung zumindest teilweise auf einem Schenkel verlaufen, der vom Faltenbalg nach außen abragt und sich in Längsrichtung des Faltenbalgs, vorzugsweise in Richtung des Rahmenelements, erstreckt. Der Schenkel bietet eine definierte Auflagefläche für das Aufspritzen der Raupe. Die Raupe kann bei geeigneter Dimensionierung des Schenkels problemlos aufgespritzt werden, ohne in unerwünschter Weise in Faltentäler auszuweichen.
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Der Schenkel könnte zumindest bereichsweise mit den Faltenrücken verklebt oder verschweisst sein. Hierdurch wird eine dauerhaft ebene und mit den Faltenrücken im Wesentlichen fluchtende Anlage des Schenkels am Faltenbalg sichergestellt. Dies erlaubt eine erleichterte Montage des Filterelements.
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Die Dichtung könnte zumindest teilweise auf den jeweils letzten Faltenrücken verlaufen, die dem jeweiligen Ende des Faltenbalgs zugewandt sind. Dieser Strang der Dichtung bzw. Raupe ist orthogonal zum Strang orientiert, der auf den Schenkeln verläuft. Die Dichtung kann hierdurch besonders gut komprimiert werden, da die Faltenrücken sehr stabil gegen Stauchung sind.
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Die Dichtung könnte als deformierbarer Dichtwulst oder als Dichtlippe ausgestaltet sein, die stoffschlüssig mit dem Filterelement verbunden ist. Die umlaufende Dichtung könnte dabei mit zwei Schenkeln und zwei Faltenwandungen des Faltenbalgs stoffschlüssig verbunden sein. Hierdurch ist eine verliersichere Anordnung der Dichtung sichergestellt. Der Dichtwulst oder die Dichtlippe könnten von der Anströmseite oder der Abströmseite abragen.
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Durch diese konkrete Ausgestaltung kann die Dichtung komprimiert werden und unter Druck im Filtergehäuse aufgenommen werden.
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Die Dichtung könnte aus einem thixotropen Medium gefertigt sein. Thixotrope Medien zeichnen sich dadurch aus, dass sie durch Vibrationen oder Bewegungen, insbesondere Scherbewegungen, in ihrer Viskosität verändert werden. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist es möglich, dass sich eine Dichtung besonders gut an die sie umgebenden Strukturen anpasst, da ihre Viskosität bei Vibrationen oder Bewegungen abnimmt. Ein thixotropes Medium kann daher besonders gut auf den Faltenbalg aufgespritzt werden und sich mit diesem oder eventuellen Schenkeln, Faltenrücken oder Faltenwandungen stoffschlüssig verbinden. Die Form der Dichtung kann unter anderem durch den Faltenabstand und das thixotrope Verhalten des Mediums beeinflusst werden.
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Vor diesem Hintergrund könnte die Dichtung aus Polyurethan oder einem Elastomer gefertigt sein. Polyurethane lassen sich leicht verarbeiten, insbesondere aufspritzen. Elastomere sind elastisch deformierbar.
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Die Dichtung könnte als umlaufende Raupe mit einer Dicke und/oder Höhe von höchstens 3 mm ausgestaltet sein. Eine Raupe dieser Dicke lässt sich problemlos mit einer Kartusche aufspritzen. Überraschend zeigt eine Raupe mit so geringer Höhe eine Kompressibilität, die eine ähnlich gute Dichtheit bewirkt, wie ein weit höherer Schaumstoff. Vorteilhaft wird ein Medium verwendet, welches im ausgehärteten Zustand eine Shore Härte von 7 bis 10 und einen Druckverformungsrest von 5% aufweist. Eine Raupe mit der genannten Dicke von höchstens 3 mm bewirkt vorteilhaft einen relativ geringen Gewichtsanteil an Polyurethan oder Elastomer am Gesamtgewicht des Filterelements.
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Die Dichtung könnte blau eingefärbt oder blau sein. Die blaue Farbe kann einem Monteur oder Verbraucher als Information dienen, dass das Filterelement Luft hochrein filtert. Des Weiteren könnte die blaue Farbe signalisieren, dass es sich bei dem Filterelement um einen Kombifilter handelt, der nicht nur Partikel, sondern auch unangenehme Gerüche filtert.
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Die Dichtung könnte grün eingefärbt oder grün sein. Die grüne Farbe kann einem Monteur oder Verbraucher als Information dienen, dass das Filterelement umweltfreundlich veraschbar oder entsorgbar ist.
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Der Faltenbalg könnte aus einem Vliesstoff gefertigt sein, der auf der Anströmseite eine andere Porosität aufweist als auf der Abströmseite. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist es möglich, dass das Filterelement als Tiefenfilter fungiert. Partikel unterschiedlicher Größe reichern sich in diesem Fall in unterschiedlichen Bereichen des Filterelements an.
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Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass das Rahmenelement aus einem Vliesstoff gefertigt ist. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann das Rahmenelement problemlos durch Ultraschallschweißen mit dem Faltenbalg verbunden werden. Vor diesem Hintergrund ist ebenfalls denkbar, dass das Rahmenelement mit dem Faltenbalg verklebt ist.
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Eine Anordnung könnte ein Filterelement der hier beschriebenen Art und ein Filtergehäuse mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung aufweisen, wobei das Filterelement die erste Öffnung bedeckt und die Dichtung an einem Anlagebereich des Filtergehäuses zur Anlage kommt. Eine solche Anordnung erlaubt es, dem Motor eines Kraftfahrzeugs besonders gut gereinigte Luft zuzuführen.
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Dem Filtergehäuse könnte an der ersten Öffnung ein Fixierelement mit Einsteckschwertern zugeordnet sein, welche in die Faltentäler auf der den Faltenrücken abgewandten Seite eingreifen und die Dichtung gegen den Anlagebereich drücken. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann die Dichtung komprimiert werden und unter Druck im Filtergehäuse aufgenommen werden.
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Das Fixierelement könnte auf zwei Seiten jeweils zwei Einsteckschwerter aufweisen, welche in die letzten beiden Faltentäler auf der den Faltenrücken abgewandten Seite eingreifen. Die Dichtung wird dadurch stabil von zwei Seiten gehalten und stabilisiert.
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Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass der Anlagebereich einen spitz zulaufenden Rand aufweist, der in die Dichtung hineindrückt. Der spitz zulaufende Rand könnte wie die Dichtung umlaufend angeordnet sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung legt sich die Dichtung um den Rand herum und bewirkt eine hervorragende Abdichtung des Innenraums des Filtergehäuses.
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Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass sich zwischen der ersten Öffnung und der Atmosphäre eine Leckluftrate von 0–4 m3/h bei einem Differenzdruck von mindestens 2000 Pa zwischen Anströmseite und Abströmseite einstellt.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
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In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine Schnittansicht auf ein Filterelement in Richtung der Faltenkanten,
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2 eine Draufsicht auf ein Filterelement in Richtung der Faltenrücken und
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3 eine Schnittansicht einer Anordnung, in die ein Filterelement gemäß 1 eingesetzt ist.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt in einer Schnittansicht ein Filterelement 1, insbesondere zur Verwendung in der Motorzuluftfiltration, mit einem Faltenbalg 2 mit einer Anströmseite 3 und einer Abströmseite 4. Der Faltenbalg 2 weist Faltenkanten 6 und Faltenrücken 8 auf, wobei der Faltenbalg 2 von zwei Rahmenelementen 5 eingefasst ist, welche an den Faltenkanten 6 anliegen. Auf der Abströmseite 4 ist eine umlaufende Dichtung 7 angeordnet, die zumindest teilweise auf einem Schenkel 5a verläuft, der auf den Faltenrücken 8 aufliegt und sich in Längsrichtung, nämlich entlang des Rahmenelements 5, erstreckt. Die Dichtung 7 ist aufgespritzt.
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Das Rahmenelement 5 ist streifenförmig und flächig ausgebildet und deckt die Faltenkanten 6 ab. Das Rahmenelement 5 ist an die Faltenkanten 6 angeklebt. Die Dichtung 7 ist als deformierbarer Dichtwulst oder als Dichtlippe ausgestaltet. Der Faltenbalg 2 ist aus einem Vliesstoff gefertigt, der auf der Anströmseite 3 eine andere Porosität aufweist als auf der Abströmseite 4. Das Rahmenelement 5 ist ebenfalls aus einem Vliesstoff gefertigt.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Filterelement 1 gemäß 1. Man erkennt, dass die umlaufende Dichtung 7 längs auf zwei Schenkeln 5a zweier beidseitig angeordneter Rahmenelemente 5 und in Querrichtung, also orthogonal hierzu, zwischen den jeweils letzten beiden Faltenrücken 8 des Faltenbalgs 2 verläuft. In 1 ist erkennbar, dass die Dichtung 7 beidseits in die Faltentäler zwischen den letzten beiden Faltenrücken 8 hineinragt.
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Die umlaufende Dichtung 7 ist dem Faltenbalg stoffschlüssig zugeordnet. Die Dichtung 7 kann jedoch auch statt zwischen den jeweils letzten beiden Faltenrücken 8, stoffschlüssig auf den letzten Faltenwandungen 17 der letzten beidseitig angeordneten Falten verlaufen. Die Rahmenelemente 5 weisen jeweils einen Schenkel 5a auf, auf dem die umlaufende Dichtung 7 stoffschlüssig angeordnet ist. Jeder Schenkel 5a schließt mit dem ihm zugeordneten Rahmenelement 5 einen rechten Winkel ein. Die umlaufende Dichtung 7 verläuft zumindest teilweise auf Schenkeln 5a, die auf den Faltenrücken 8 aufliegen und sich in Längsrichtung, nämlich entlang des Rahmenelements 5, erstrecken. Die Schenkel 5a werden durch die Faltenrücken 8 abgestützt und ragen von den Rahmenelementen 5 ins Innere des Faltenbalgs 2. Die Schenkel 5a ragen einander entgegen. Dabei fluchten die Schenkel 5a im Wesentlichen mit den Faltenkanten 6, bzw. mit den Rändern des Faltenbalgs 2.
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2 zeigt, dass die umlaufende Dichtung 7 als aufgespritzter Dichtwulst ausgebildet ist und teilweise zwischen den Faltenrücken 8 des Faltenbalgs 2 verläuft. Des Weiteren verläuft die umlaufende Dichtung 7 auf den nach innen abragenden Schenkeln 5a der Rahmenelemente 5. Ein Rahmenelement 5 und ein Schenkel 5a sind einstückig und aus Vliesstoff gefertigt. Die umlaufende Dichtung 7 verläuft streckenweise parallel zu den Rahmenelementen 5 über die Faltenrücken 8 hinweg. Des Weiteren verläuft die umlaufende Dichtung 7 zwischen den beiden einander gegenüberliegenden letzten Faltenrücken 8 des Faltenbalgs 2. Die Rahmenelemente 5 sind streifenförmig und flächig ausgebildet und decken die Faltenkanten 6 ab. Die Rahmenelemente 5 sind an die Faltenkanten 6 angeklebt.
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Die Dichtung 7 ist als deformierbarer Dichtwulst oder als Dichtlippe ausgestaltet. Der Faltenbalg 2 ist aus einem Vliesstoff gefertigt, der auf der Anströmseite 3 eine andere Porosität aufweist als auf der Abströmseite 4. Die Rahmenelemente 5 sind ebenfalls aus einem Vliesstoff gefertigt und weisen Schenkel 5a auf. Die Dichtung 7 verläuft zumindest teilweise zwischen den jeweils letzten beiden Faltenrücken 8, die dem jeweiligen Ende 18a, 18b des Faltenbalgs 2 zugewandt sind.
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3 zeigt in einer Schnittansicht das Filterelement gemäß 1 und 2 in einem Filtergehäuse 9. 3 zeigt eine Anordnung, umfassend ein Filterelement 1 und ein Filtergehäuse 9 mit einer ersten Öffnung 10, wobei das Filterelement 1 die erste Öffnung 10 bedeckt und die Dichtung 7 an einem Anlagebereich 11 des Filtergehäuses 9 zur Anlage kommt. Dem Filtergehäuse 9 ist an der ersten Öffnung 10 ein Fixierelement 12 zugeordnet.
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Der Anlagebereich 11 weist einen spitz zulaufenden Rand 13 auf, der in die Dichtung 7 hineindrückt und diese zumindest geringfügig deformiert. Bei einer Fertigung der Dichtung 7 aus einem thixotropen Medium schmiegt sich diese bei auftretenden Vibrationen an den spitz zulaufenden Rand 13 dichtend an.
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Die Anordnung gemäß 3 umfasst ein Filterelement 1 und ein Filtergehäuse 9 mit einer ersten Öffnung 10 und einer zweiten Öffnung 14. Das Filterelement 1 bedeckt die erste Öffnung 10 und die Dichtung 7 kommt an einem Anlagebereich 11 des Filtergehäuses 9 zur Anlage. Dem Filtergehäuse 9 ist an der ersten Öffnung 10 ein Fixierelement 12 mit Einsteckschwertern 15 zugeordnet. Jeweils zwei Einsteckschwerter 15 greifen in die letzten Faltentäler 16 auf der den Faltenrücken 8 abgewandten Seite ein und drücken die Dichtung 7 gegen den Anlagebereich 11. Dabei weist der Anlagebereich 11 einen spitz zulaufenden Rand 13 auf, der in die Dichtung 7 hineindrückt. Die Einsteckschwerter 15, das Rahmenelement 5 und die Dichtung 7 bewirken einen besonderen kombinatorischen Dichteffekt, ergänzen sich nämlich gegenseitig.
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In der Anordnung gemäß 3 gibt der Pfeil die Strömungsrichtung der dem Motor zugeführten Luft an. Die Luft tritt über die Anströmseite 3 in das Filterelement 1 ein und über die Abströmseite 4 aus dem Filterelement 1 aus. Durch die zweite Öffnung 14 wird die gefilterte Luft einem hier nicht gezeigten Motor eines Kraftfahrzeugs zugeführt.
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Zwischen der ersten Öffnung 10 und der Atmosphäre stellt sich eine Leckluftrate von 0–4 m3/h bei einem Differenzdruck von mindestens 2000 Pa ein. Der Differenzdruck stellt sich zwischen Anströmseite 3 und Abströmseite 4 des Filterelements 1 ein.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die Patentansprüche verwiesen.
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Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.
