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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 ist, um die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende
Verbrennungsluft einer Filtration zu unterziehen. Der Luftfilter
ist im Wesentlichen 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 Zyklon-Vorabscheider 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. Der Zyklon-Vorabscheider, die Filterpatrone und das 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
aufgrund der Wellenform axiale Strömungskanäle durch
das Filterelement gebildet sind, die wechselseitig an der Stirnseite
verschlossen sind. Ein derartiges Filterelement ist zum Beispiel
aus
US 7,008,467 B2 bekannt.
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Bekannt
sind außerdem Filterelemente, die aus einem sternförmig
gefalteten Filterelement in Form eines Filterbalges bestehen, dessen
Filterfalten in radiale Richtung verlaufen, wobei die Stirnkanten der
Filterfalten sich im Wesentlichen in Achsrichtung erstrecken.
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Aus
EP 1 494 785 B1 ist
ein Luftreiniger und eine Methode zu dessen Installation bekannt.
Ein Luftfilter mit einer ersten Stufe und mit einem Vorfilter mit
Mehrfachzentrifugalabscheidern mit einem Staubabscheiderrohr und
einer zweiten Stufe mit einer Luftfilterpatrone ist stromabwärts
von dem Rohrfilter angeordnet. Die Luftfilterpatrone umfasst ein
Z-Filtermedium, ein Dichtungselement, welches sich vollständig
um den Umfang der Z-Filter-Mediumkonstruktion erstreckt und welches
eine Eintritts-Strömungsfläche und eine Austritts-Strömungsfläche
besitzt. Das Z-Filtermedium enthält mehrere Eintrittsfaltenkanäle,
die an der Eintritts-Strömungsfläche offen sind
und an der Austritts-Strömungsfläche für
die Durchströmung von Luft verschlossen sind. Es sind mehrere
Austrittsfaltenkanäle vorgesehen, die an der Eintritts-Strömungsfläche
verschlossen sind und die an der Austritts-Strömungsfläche
für die Auslassströmung offen sind.
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Der
Luftfilter umfasst ein Gehäuse mit mindestens einem ersten
und einem zweiten Teil, wobei das Dichtungselement eine erste Seite
und eine gegenüberliegende zweite Seite sowie eine äußere ringförmige
Oberfläche besitzt.
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Das
Dichtungselement ist darüber hinaus zwischen dem ersten
Teil und dem zweiten Teil des Gehäuses angeordnet, um eine
Axialabdichtung zu bilden.
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Jeder
der Zentrifugalabscheider besitzt eine Seitenwand, einen Innenraum
und Leitbleche; ferner ist ein Sicherheitselement operativ in dem
Gehäuse abströmseitig nach dem primären
Filterelement installiert.
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Das
Sicherheitselement enthält einen Rahmen mit einer äußeren
umgebenden Schürze, eine an der umgebenden Schürze
angeordnete Dichtungspackung, einen innerhalb des Rahmens angeordneten
Faltenfilter-Medium-Bereich sowie einen Handgriff.
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Die
Dichtungspackung bildet darüber hinaus eine Dichtung innerhalb
des Gehäuses.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen
konstruktiven Maßnahmen eine Filtereinrichtung zu schaffen,
die sich durch eine hohe Filtrationsleistung auszeichnet, wobei
die Filtereinrichtung mit geringem Aufwand gewartet werden soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden
Gedankens weist eine Filtereinrichtung in einem Filtergehäuse ein
Filterelement auf, welches als Mehrfachbalgfilter, so z. B. als
Zweifachbalgfilter, mit zumindest zwei radial ineinandergesetzten
Filterbälgen ausgebildet ist. Zwischen diesen wird ein
Strömungsraum für das zu filtrierende Fluid gebildet,
wobei der Strömungsraum mit einer Stirnseite des Filterelementes
in Verbindung steht. Jeder der zumindest zwei radial ineinandergesetzten
Filterbälge ist als Sternfilter mit sternförmig
angeordneten, sich in Radialrichtung erstreckenden Filterfalten
mit axial verlaufenden Stirnkanten ausgebildet. Die radial innenliegenden
Stirnkanten der Falten des äußeren Faltenbalges
sowie die radial außenliegenden Stirnkanten der Falten
des innenliegenden Filterbalges begrenzen jeweils den Strömungsraum,
der sowohl zum Ableiten des gereinigten Fluides dient als auch zum
Heranführen von ungereinigtem Fluid.
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Weiterhin
ist an mindestens einer der Stirnseiten des Filterelements ein Dichtring
angeordnet, welcher eine Abdichtung zwischen dem bevorzugt als Mehrfachbalgfilter
ausgebildeten Filterbalg und dem Filtergehäuse abdichtet.
Der Dichtring dient insbesondere zur strömungsdichtenden
Separierung der Rohgasseite von der Reingasseite des Filterelementes
und verhindert Fehlluftströme, die den Wirkungsgrad der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Filtereinrichtung
beeinträchtigen könnten. Der Dichtring wird zweckmäßigerweise
axial zwischen Filterelement und Gehäuseinnenseite eingeklemmt
und in Axialrichtung kraftbeaufschlagt. Grundsätzlich kann auch
eine radiale Kraftbeaufschlagung des Dichtringes bzw. eine Kombination
von axialer und radialer Kraftbeaufschlagung vorgenommen werden.
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In
einer ersten Ausführungsvariante des Dichtringes kann dieser
zum Beispiel an einer aus Kunststoffmaterial gefertigten Endscheibe
angeordnet sein und zum Beispiel als Dichtring mit einer Doppellippe
ausgeführt sein. Der Dichtring kann aus TPE, d. h. einem
thermoplastischen Elastomer, gefertigt sein, welches zum Beispiel
einen auf Kunststoffspritzgussmaschinen verarbeitbaren Dichtungswerkstoff
darstellt. Eine Fertigung ist auch im Zweikomponentenspritzgussverfahren
möglich, bei dem in der Regel eine harte Komponente und
dann eine weiche Dichtungskomponente gespritzt werden. Der Dichtring
kann aufgeklebt, geschweißt oder auch eingeknüpft
werden. Eine Fertigung kann auch durch andere Kunststoffverarbeitungsverfahren
außer dem Zweikomponentenverfahren erreicht werden. Die Herstellung
des Dichtringes mit einer Doppellippe ist nicht zwingend erforderlich,
es können selbstverständlich auch andere Dichtungsprofile
abweichend von einer Doppellippenkonfiguration hergestellt werden.
Die Doppellippe liegt auf einem ringförmig verlaufenden
Absatz an der Oberseite einer Endscheibe auf. Zwischen den Einzellippen
der als Doppellippe aus gebildeten TPE-Dichtung wird ein Abstand
vorgehalten, welcher der als Doppellippe ausgebildeten TPE-Dichtung
die erforderliche Elastizität verleiht. Bei Axialkraftbeaufschlagung
des als TPE-Doppellippe ausgebildeten Dichtelementes erfolgt eine
Kompression der beiden Einzellippen und ein Stauchen des Materials
in den Freiraum, der zwischen den beiden Einzellippen der als Doppellippe
ausgebildeten Dichtung vorgehalten wird. Die Axialkraftbeaufschlagung
der als Doppellippe ausgebildeten TPE-Dichtung erfolgt nach Einbau
des Filterelementes in das Filtergehäuse, was zum Beispiel
durch einen seitlichen Einschub erfolgen kann bei Anstellung des
Filterelementes an einen Anschlagflansch im Inneren des Filtergehäuses
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Filtereinrichtung.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante der Abdichtung zwischen
dem Filtergehäuse und dem Filterelement kann der Dichtring
als Zweikomponentenspritzgussteil ausgebildet werden und eine ringförmig
umlaufende, von einem weichen Kunststoffmaterial begrenzte Ausnehmung
bilden, wobei das weiche, elastische Material von einem steiferen,
härteren Kunststoffmaterial umschlossen ist. In die vom weichen
Kunststoffmaterial begrenzte Ausnehmung des umlaufenden Dichtringes
ragt bei der Montage des Dichtringes am Filtergehäuse ein
umlaufender Vorsprung hinein. Die endgültige Abdichtung
zwischen dem umlaufend ausgebildeten Vorsprung am Filtergehäuse
und dieser Ausführungsvariante des Dichtringes erfolgt
beim Fügen des Filterelementes, eines diesem vorgeschalteten
Zyklon- Vorabscheiders, über clipsartig ausgebildete Verschlusselemente.
Durch diese clipsartig am Umfang des Filtergehäuses ausgebildeten
Verschlusselemente wird die in axiale Richtung wirkende Dichtkraft
erzeugt, welche den umlaufenden Vorsprung am Filtergehäuse
in die Ausnehmung des Dichtringes stellt, die von der weicheren
Kunststoffkomponente gebildet ist und ihrerseits am Dichtring von
dem härteren, steiferen Kunststoffmaterial umschlossen
ist.
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In
vorteilhafter Weise befindet sich der Dichtring gemäß der
obenstehend skizzierten zwei Ausführungsvarianten an einer
radial außenliegenden Seite des Filterelementes der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Filtereinrichtung, insbesondere in einem Übergangsbereich
zwischen axialer Stirnseite und radial außenliegender Mantelfläche
des Filterelementes. Dadurch wird ermöglicht, zumindest
einen Teilstrom des zu filtrierenden Fluides über die radial außenliegende
Mantelfläche des Filterelementes heranzuführen
und zur Filtration radial durch das Filterelement bis zum Erreichen
des Strömungsraumes zwischen den beiden Filterbälgen
hindurchzuführen.
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Die
Anströmung des als Mehrfachbalgfilter, insbesondere Zweifachbalgfilter
ausgeführten Filterelementes sowie die Ableitung des gereinigten,
filtrierten Fluides kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.
Zum einen besteht die Möglichkeit, die Wandung eines jeden
der beiden Filterbälge ausschließlich in Radialrichtung
zu durchströmen und das gereinigte Fluid ausschließlich
axial über den Strömungsraum, der zugleich den
Reinraum bildet, abzuleiten. Andererseits ist es möglich,
dass zumindest einer der Filterbälge zusätzlich
zur radialen Strömung auch axial angeströmt werden
kann und ebenso die Abströmung zumindest eines der beiden
Filterbälge ebenfalls zusätzlich zur Strömungsführung über
den Strömungsraum in Achsrichtung über Strömungskanäle
innerhalb eines Balges erfolgt.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass der zum Beispiel außenliegend
erste Filterbalg in axiale Richtung angeströmt wird und
die axiale Abströmung über Strömungskanäle
des zweiten Filterbalges beispielsweise des radial innen liegenden
Filterbalges erfolgt.
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Um
die Anströmungs- bzw. Abströmungsquerschnitte
in gewünschter Weise zu erreichen, werden Abdeckelemente,
die zum Beispiel aus PUR-Material gefertigt werden können,
insbesondere Abdeckscheiben bzw. Abdeckringe an den entsprechenden
axialen Stirnseiten der stirnkantenverleimt ausgebildeten beiden
Filterbälge angeordnet. So kann zum Beispiel die axiale
Stirnseite des radial innenliegenden Filterbalges an der Anströmseite
des Filterelementes von einem Abdeckring überdeckt sein,
so dass an dieser Stelle eine axiale Anströmung ausgeschlossen
ist. Die axiale Stirnseite im Anströmbereich des radial
außenliegenden Filterbalges kann dagegen offen sein, um
an dieser Stelle zusätzlich zur radialen Anströmung
auch eine axiale Anströmung zu erlauben.
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Eine
Abdeckscheibe befindet sich in vorteilhafter Weise abströmseitig
am inneren Faltenbalg. Diese verschließt den innenliegenden
Anströmraum innerhalb des Faltenbalges in axiale Richtung,
um eine Fehlluftleitung unmittelbar zwischen Roh- und Reinseite
zu verhindern. Die axiale Stirnseite des innenliegenden Filterbalges
kann dabei frei von einer Abdeckung sein, so dass hierüber
eine axiale Abströmung im Grundsatz möglich ist.
Dies gilt für den Fall, dass die Falten einseitig verklebt
sind.
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Zugleich
ist die axiale Stirnseite im Abströmbereich des radial
außenliegenden Filterbalges von einem Abdeckring überdeckt,
der an dieser Stelle die axiale Abströmung verhindert.
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Des
Weiteren ist es zweckmäßig, die Falten einseitig
zu verkleben. Vorteilhafterweise wird dies pro Filterbalg so ausgeführt,
dass nur an einer axialen Stirnseite das Zusammenheften der Stirnkanten der
Filterfalten erfolgt, 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 außenliegenden
Filterbalg die Stirnkanten verklebt und auf gegenüberliegender
axialer Stirnseite von einem Abdeckring abgedeckt sind und am radial
innenliegenden Filterbalg die axiale Anströmseite von einer
Abdeckscheibe überdeckt ist. Die Stirnkanten auf der gegenüberliegenden
axialen Abströmseite sind zusammengeheftet. Durch das Zusammenhef ten
der Stirnkanten entstehen in Achsrichtung verlaufende Strömungsräume
bzw. Kanäle, wobei im Zusammenhang mit den Abdeckelementen
sichergestellt ist, dass das herangeführte Fluid die Filterwandung
in radiale Richtung durchströmt.
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Wenngleich
in Bezug auf den Dichtring gemäß den obenstehend
erläuterten Ausführungsvarianten dieser zum Beispiel
als Doppellippe aus TPE durch zum Beispiel das 2K-Verfahren hergestellt
werden kann, so ist es auch möglich, eine umlaufende Dichtung
nicht am in das Filtergehäuse einzusetzenden Filterelement,
das bevorzugt als Mehrfachbalgfilter, so zum Beispiel als Zweifachbalgfilter
ausgebildet ist, auszubilden, sondern das umlaufende Dichtelement
im Inneren des Filtergehäuses anzuordnen. Dazu kann zum
Beispiel das ansonsten an der Dichtseite des Filterelementes ausgebildete,
als Doppellippe ausgeführte Dichtelement in eine Seitenwand auf
der Anströmseite des Filtergehäuses verlegt werden.
Ebenso ist es möglich, die Zweikomponenten-Kunststoffspritzgussabdichtung
nicht am Filtergehäuse, sondern zum Beispiel an der dem
Filtergehäuse zuweisenden Stirnseite des Zyklon-Vorabscheiders
anzuspritzen.
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Das
zum Beispiel in einer Ausführungsvariante an seiner Oberseite
mit einer umlaufenden, als Doppellippe ausgeführten TPE-Dichtung
versehene Filterelement, bevorzugt ein Zweifachbalgfilter, umfasst
Filterbälge, die jeweils gleichartig mit über
die axiale Länge gleichem Verlauf oder unter schiedlichen
Verläufen ausgeführt sind. Möglich sind
sowohl eine zylindrische Form als auch eine konische Form in Bezug
auf den außenliegenden als auch auf den innenliegenden
Filterbalg. In einer vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit
ist der radial außenliegende Filterbalg zylinderförmig
ausgebildet, wobei dessen Außendurchmesser und dessen Innendurchmesser sich über
die axiale Länge nicht ändern. Anstelle dieser
zylinderförmigen Ausführung kann in einer vorteilhaften
Weiterbildung in Bezug auf die baulichen Erfordernisse des Filtergehäuses
am Außendurchmesser eine Konizität ausgebildet
sein, wodurch sich bei Montage des Filterelementes im Filtergehäuse aufgrund
des stetig abnehmenden Außendurchmessers ein zusätzlicher
Raum im Inneren des Filtergehäuses bildet, der die Abströmung
von gereinigtem Fluid in vorteilhafter Weise beeinflusst, die Strömungsgeschwindigkeit
und mit dieser sich einstellende Geräusche minimiert.
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Der
radial innenliegende der Filterbälge kann eine Konusform
aufweisen, wobei sich der Konus zweckmäßigerweise
von der Anströmseite zur Abströmseite hin verjüngt.
Dadurch wird ein Strömungsraum zwischen den Filterbälgen
in Form eines Ringkonus erhalten, der sich zur Abströmseite
hin verbreitert und in eine Abströmöffnung ausmündet.
Dies bringt unter strömungstechnischen Gesichtspunkten bezüglich
der Ableitung des gereinigten Fluides Vorteile. Über die
axiale Länge gesehen besitzt der Strömungsraum
somit einen sich ändernden Querschnitt, wobei die Ände rungsrate
in axiale Richtung im Wesentlichen konstant ist. Grundsätzlich
ist aber auch eine über die axiale Länge variierende Änderungsrate
möglich, des Weiteren kann der Strömungsraum auch
einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, was dann der Fall
ist, wenn die Innenseite des äußeren Filterbalges
und die Außenseite des inneren Filterbalges konzentrisch
zueinander verlaufen, d. h. an diesen keine Konizitäten
ausgeführt sind.
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Ist
zum Beispiel der außenliegende der beiden Filterbälge
mit einem konstanten Innendurchmesser versehen, während
an der Außenmantelfläche des radial innenliegenden
Filterbalges eine Konizität ausgebildet ist, entsteht ein
konisch verlaufender Ringraum. Dieser Ringraum mündet abströmseitig
in einer Austrittsöffnung. In diesen Ringraum kann ein
Stützgerüst eingelassen werden, welches den Strömungsraum
zwischen den Filterbälgen einfasst. Insbesondere bei großen,
voluminösen Filtereinrichtungen, deren Filterelemente ein
entsprechend höheres Gewicht aufweisen, dient dieses Stützgerät,
das vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil gefertigt ist, zur
Steigerung der Stabilität. Dieses Stützgerüst weist
sowohl in axiale als auch in radiale Richtung verlaufende Rippen
auf, über welche insbesondere voluminöser bauende
Filterbälge auseinandergehalten werden können,
so dass der zwischen diesen ausgebildete konisch verlaufende Strömungsraum hinsichtlich
seiner Geometrie ein konstantes Aussehen behält. Das Stützgerüst
bietet hier die geforderte mechanische Sta bilität durch
Abstützung. Das Stützgerüst ist bevorzugt
einstückig ausgeführt.
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist die Filtereinrichtung innerhalb des Filtergehäuses
ein Filterelement auf, das aus einer durchgehenden Filterbahn mit
einer Mehrzahl paralleler Filterschichten besteht, die über
gekrümmt ausgebildete Verbindungsabschnitte der Filterbahn
untereinander verbunden sind. Zwischen benachbarten Filterschichten
sind Abstandshalter vorgesehen. Die Zwischenräume zwischen
den benachbarten Filterschichten bilden Strömungsräume
für das Fluid. Die Filterschichten sind plan bzw. eben
ausgebildet, dementsprechend sind auch die dazwischenliegenden Strömungsräume
von den parallelen Ebenen begrenzt. Über die gekrümmt
ausgebildeten Verbindungsabschnitte der Filterbahn, die an gegenüberliegenden
Stirnseiten des Filterelementes wechselseitig benachbarte Strömungsräume
begrenzen, wird sichergestellt, dass jeder zweite Strömungsraum
an der Anströmseite geöffnet bzw. geschlossen
ist. Das zu filtrierende Fluid wird axial in die offenstehenden
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 Strö mungsraum
ist ein axiales Ableiten des Fluides aus dem Filterelement möglich.
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Das
Filterelement der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Filtereinrichtung wird in vorteilhafter Weise unabhängig
von seiner konstruktiven Ausgestaltung radial über eine
von einem Deckel zu verschließende Gehäuseöffnung
in das Filtergehäuse eingesetzt. Im Wesentlichen wird das
Filterelement in axiale Richtung von zu filtrierendem Fluid durchströmt.
Des Weiteren wird im Allgemeinen dem Filterelement, d. h. dem Hauptfilterelement,
ein Vorfilter vorgeschaltet, das als Zyklon-Vorabscheider ausgeführt
ist und zweckmäßigerweise ebenfalls in Achsrichtung
durchströmt wird. Außerdem kann gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform dem Filterelement
ein Sekundär- bzw. Feinfilterelement nachgeschaltet werden,
das vorteilhafterweise ebenfalls in Achsrichtung durchströmt
wird.
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Zur
leichteren Handhabung des insbesondere bevorzugt als Zweibalgfilter
ausgebildeten Hauptfilterelementes kann dieses eine zum Beispiel
an der Unterseite des umlaufenden Dichtringes ausgebildete Griffmulde
umfassen. Diese kann in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein,
dass eine Einhand-Montage bzw. -Demontage des Hauptfilterelementes,
d. h. des Filterelementes, das als Zweifachbalgfilter ausgebildet
ist, erfolgen kann. Dies bietet zum Beispiel Vorteile beim Austausch
eines Filterelementes am Luftfilter einer landwirtschaftlichen Maschine,
so zum Beispiel eines Mäh dreschers oder eines Ackerschleppers,
oder einer Baumaschine, bei der in der Regel der Bediener sich mit
der anderen Hand festhält.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit, nach Montage des insbesondere
als Zweifachbalgfilter ausgebildeten Hauptfilterelementes im Filtergehäuse einen
seitlichen Einschub in radiale Richtung gesehen in das Filtergehäuse
einzuschieben. Seitlich am seitlichen Einschub ausgeführte
Zungen laufen auf an der Innenseite des Filtergehäuses
ausgebildete Rampen auf und bewirken bei vollständigem
Einschub des Seiteneinschubes auf die rampenförmigen Führungen
im Filtergehäuse die Erzeugung der Dichtkraft, mit der
die zum Beispiel als Doppellippe ausgeführte Dichtung an
das Filtergehäuse angestellt werden. Dies ist für
den Benutzer auch haptisch nachvollziehbar, so zum Beispiel durch
einen sich vergrößernden Schubwiderstand oder
ein spürbares Einrasten der Seitenzungen des Seiteneinschubes
in Rastpositionen an rampenförmigen Flächen, die
an der Innenseite des Filtergehäuses vorgesehen, zum Beispiel
dort angespritzt sind.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Detail der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung ist darin zu erblicken, dass neben den Griffmulden
im oberen Bereich des bevorzugt als Zweifachfilterbalg ausgebildeten
Hauptfilterelementes an dem unteren Abdeckring in einer Winkelteilung
von 90° oder 120° Ausrichte- oder Zentriernocken
ausgebildet werden können. Dadurch ist sichergestellt,
dass das Filterelement, insbesondere bei Einhand- Handhabung, an
der Griffmulde stets in korrekter Position, d. h. parallel zur Längsachse
des Filtergehäuses eingebaut und ausgerichtet ist, so dass
bei Axialkraftaufbau zur Erzeugung der Abdichtung das bevorzugt
als Zweifachbalgfilter ausgebildete Filterelement stets in Bezug auf
die Achse des Filtergehäuses zentriert bleibt. In vorteilhafter
Weise kann einer der Ausrichte- oder Zentriernocken zum Beispiel
geteilt ausgebildet werden und mit einer im Gehäuse angespritzten
Rippe zusammen wirken. Durch das Ausbilden einer geteilt ausgebildeten
Nocke am Umfang des Hauptfilterelementes ist dessen lagerichtiges
Einfügen in den Schacht des Filtergehäuses gewährleistet.
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Im
eingebauten Zustand verbleibt so stets ein ausreichender Abstand
zwischen der Innenwand des Filtergehäuses und der Außenwand
des radial außenliegend angeordneten Filterbalges bestehen, so
dass die Anströmung des radial außenliegenden Filterbalges
in axiale Richtung konstant bleibt, da der Abstand zwischen der
Außenseite des radial außenliegenden Filterbalges
und der Innenseite des Filterbalges konstant ist und die Stabilität
bei mechanischer Belastung gegeben ist. Die Nocken, die an einer
Abdeckung des Hauptfilterelementes ausgebildet sind und sich in
radiale Richtung erstrecken, dämpfen das Hauptfilterelement
im in das Filtergehäuse eingebauten Zustand, so dass dieses
während des Betriebes nicht schwingt.
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Bei
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Filterelement,
insbesondere bei als Zweifachbalgfilter ausgebildetem Filterelement,
können am radial innenliegenden Innenbalg eine Endscheibe
aus PUR und in Bezug auf außenliegenden Balg und innenliegenden
Balg ein PUR-Boden gefertigt werden und beide das Filterelement
ausmachende Bälge eingeschäumt werden. Dies stellt
eine sehr kostengünstig herstellbare Fertigungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, insbesondere
als Zweifachfilter ausgebildeten Filterelementes dar. Dessen Innenraum
ist an der Anströmseite durch die PUR-Endscheibe verschlossen,
so dass zu filtrierendes Fluid über den ebenfalls konisch
ausbildbaren Ringraum zwischen den beiden ineinandergesetzten Filterbälgen
zuströmt und anschließend entweder radial nach außen
abströmt oder radial in einen Innenraum auf die Reinseite überströmt.
Neben einer Fertigung aus PUR kann die Endscheibe auch gemäß anderer
Fertigungsverfahren hergestellt werden. So können zum Beispiel
andere Vergussmaterialien eingesetzt werden oder auch angeklebte
oder angeschweißte Kunststoffendscheiben sowie metallische
Endscheiben, die geklebt werden, eingesetzt werden. Wird insbesondere
der radial außenliegende Filterbalg in Bezug auf seinen
Außendurchmesser in einer Konizität ausgebildet,
so ergibt sich zwischen dem Außendurchmesser des radial
außenliegenden Filterbalges und der Innenseite des Filtergehäuses
ein konisch sich erweiternder Ringraum, über den das gefilterte
Fluid dem Reinraum zuströmt, wobei aufgrund des erweiterten Strömungsquerschnittes
die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt und sich eventuell einstellende
Geräuschentwicklungen verringert werden können,
sowie eine Reduzierung der Strömungswiderstände
möglich ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen
zu entnehmen.
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Es
zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Darstellung einer Filtereinrichtung, die
insbesondere als Luftfilter für Brennkraftmaschinen eingesetzt
wird und axial hintereinander einen Zyklon-Vorabscheider, ein Hauptfilterelement
und ein nachgeschaltetes Feinfilterelement aufweist, wobei das Hauptfilterelement
als Doppelbalgfilter mit zwei radial ineinandergesetzten Filterbälgen
ausgebildet ist,
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2 das
Filterelement im Halbschnitt,
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3 eine
Draufsicht auf das Filterelement mit seitlich angespritzter Griffmulde,
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4 eine
Darstellung der Einschäumstellen der Filterbälge
in Abdeckrinnen und Abdeckscheibe,
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5 eine
vergrößerte Darstellung des Bereiches der als
Doppellippe ausgebildeten TPE-Dichtung und
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6 eine
Explosionsdarstellung der wesentlichen Teile des Filterelementes
gemäß den 1 bis 5,
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7 eine
Explosionsdarstellung von Einschubelement, Hauptfilterelement und
Filtergehäuse,
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8 eine
perspektivische Wiedergabe eines Verriegelungsmechanismus für
ein Filterelement im Filtergehäuse,
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9 einen
Schnitt in Längsrichtung durch eine weitere Ausführungsvariante
des Filterelementes mit Dichtung,
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10 einen
Querschnitt durch das Filterelement gemäß 9,
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11 eine
perspektivische Ansicht der Filtereinrichtung in der zweiten Ausführungsform
mit eingelegtem Filterelement,
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12 eine
Explosionsdarstellung der Komponenten der weiteren, zweiten Ausführungsform des
Hauptfilterelementes,
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13 eine
Ansicht einer geteilt ausgebildeten Zentrier- oder Ausrichtenocke
am Umfang des Hauptfilterelementes,
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14 die
eine im Filtergehäuse ausgebildete Rippe umschließende,
geteilt ausgebildete Zentriernocke,
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15 eine
perspektivische Ansicht einer Abdeckung des Hauptfilterelementes
mit drei Zentriernocken sowie einer in 12 Uhr-Position ausgebildeten,
geteilt ausgebildeten Ausrichte- bzw. Zentriernocke und
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16 eine
Draufsicht auf das in 15 in perspektivischer Darstellung
dargestellte Hauptfilterelement mit Abdeckung.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Bei
der in 1 dargestellten Filtereinrichtung 10 handelt
es sich um einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine,
die insbesondere in Off-Highway-Anwendungen zur Anwendung kommt,
so bei landwirtschaftlichen Maschinen wie Ackerschleppern oder Mähdreschern,
oder bei Baumaschinen und dergleichen. Die in 1 dargestellte
Filtereinrichtung kann auch in stationär eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen,
so zum Beispiel zur Energieerzeugung, eingesetzt werden sowie in
großvolumigen Nutzkraftfahrzeugen.
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Die
in 1 dargestellte Filtereinrichtung 10 umfasst
ein Filtergehäuse 12, in welchem ein Hauptfilterelement 22,
ein als Vorfilter ausgebildeter Zyklon-Vorabscheider 20 sowie
ein dem Hauptfilterelement 22 nachgeordneter Feinfilter 24 aufgenommen sind.
Aus 1 geht des Weiteren hervor, dass eine Anströmseite
der Filtereinrichtung 10 mit Bezugszeichen 14 gekennzeichnet
ist, während deren Abströmseite durch Bezugszeichen 16 kenntlich
gemacht ist. Im Bereich des Zyklon-Vorabscheiders 20 ist
eine Austragöffnung 18 vorgesehen, über
welche gröbere Verunrei nigungen ausgetragen werden können,
bevor diese in das Hauptfilterelement 22 gelangen.
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Das
dem Zyklon-Vorabscheider 20 in Durchströmungsrichtung
des zu reinigenden Fluides gesehen nachgeschaltete Hauptfilterelement 22 umfasst einen
ersten, innenliegenden Filterbalg 32 und einen diesen radial
umschließenden zweiten, außenliegenden Filterbalg 34.
Der radial innenliegend angeordnete, erste innere Filterbalg 32 umschließt
einen Innenraum 26, der in Axialrichtung gesehen durch
eine Abdeckscheibe 28 verschlossen ist. Das den Zyklon-Vorabscheider 20 passiert
habende zu filternde Medium durchströmt daher den ersten,
radial innenliegenden Filterbalg 32 in radiale Richtung
und tritt in einen Strömungsraum 44 ein, in dem
ein Stützgerüst 30 aufgenommen ist. Das
Stützgerüst 30 hält den Strömungsraum 44 in
seiner geometrischen Form und stützt den zweiten, radial
außenliegenden Filterbalg 34 ab. Anströmseitig
sind sowohl der erste, radial innenliegende Filterbalg 32 als
auch der zweite, radial außenliegende Filterbalg 34 durch
einen Abdeckring 40 verschlossen. Dadurch ist sichergestellt, dass
das in den Innenraum 26 einströmende zu filtrierende
Fluid den ersten, innenliegenden Filterbalg 32 in radiale
Richtung nach außen in den Strömungsraum 44 durchströmt.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht des Weiteren
hervor, dass der zweite, radial außenliegende Filterbalg 34 zylindrisch
ausgebildet ist, d. h. einen in Axialrichtung gesehen konstanten
Innen- als auch einen in Axial richtung gesehen konstanten Außendurchmesser
aufweist. Demgegenüber ist der erste, radial innenliegende
Filterbalg 32 mit einer Konizität 64 versehen,
die den konischen Strömungsraum 44 ermöglicht.
Den Zyklon-Vorabscheider 20 passiert habende Luft strömt
des Weiteren von der Außenmantelfläche des zweiten,
radial außenliegenden Filterelementes 34 ebenfalls
dem Strömungsraum 44 zu und von diesem über
eine in den nachfolgenden Figuren noch dargestellte Austrittsöffnung
dem Feinfilterelement 24 zu.
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Das
Hauptfilterelement 22 umfasst den Abdeckring 40,
an dem einzelne Ausrichte- und Haltenocken 50 vorgesehen
sind, mit denen dieser an der Innenseite des Filtergehäuses 12 der
Filtereinrichtung 10 abgestützt ist (vergleiche 15 und 16).
Die Rohgasseite ist gegen die Reingasseite der Filtereinrichtung 10 durch
eine nachfolgend noch eingehender beschriebene Dichtung in Gestalt
eines Dichtringes abgedichtet. Der Dichtring 36 kann zum Beispiel
als Doppellippe profiliert sein, aus TPE gefertigt sein oder auch
durch Zweikomponentenkunststoffspritzgießen (2K-Verfahren)
gefertigt sein.
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Aufgrund
der Positionierung des bevorzugt als Doppelbalgfilterelement ausgebildeten
Hauptfilterelementes 22 durch die Nocken 50, die
am Außenumfang des Abdeckringes 40 in 120°-Teilung
oder 90°-Teilung ausgebildet sind, ist die exakte Ausrichtung
des Hauptfilterelementes 22 im montierten Zustand im Inneren
des Filtergehäuses 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Filtereinrichtung 10 gemäß der Darstellung
in 1 sichergestellt. Eine der Nocken 50,
welche als Zentrier- bzw. Ausrichtenocken für das Hauptfilterelement 22 dienen,
kann geteilt ausgebildet sein, wie zum Beispiel in den 13 und 14 dargestellt.
Die geteilt ausgebildete der Ausrichte- bzw. Zentriernocken 50 wirkt
mit einer an der Innenseite des Filtergehäuses 12 ausgebildeten
Rippe zusammen. Über die Nocken 50 wird das Hauptfilterelement 22 im
montierten Zustand schwingungsfrei gehalten und über die
geteilt ausgebildete der Nocken 50 das lagerichtige Einbauen
des Hauptfilterelementes 22 im Filtergehäuse 12 sichergestellt.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht hervor,
dass der Dichtring 36, hier ausgebildet als TPE-Dichtung
mit Doppellippe, an einen Anschlagflansch 42 des Filtergehäuses 12 angestellt
ist.
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Das
in 1 im montierten Zustand dargestellte Hauptfilterelement 22 wird
durch einen seitlich in das Filtergehäuse 12 einführbaren
Einschub 38 fixiert. Dies bedeutet, dass nach der Montage
des Hauptfilterelementes 22 durch eine seitliche Öffnung 66 des
Filtergehäuses 12 der Einschub 38 in
das Filtergehäuse 12 einfährt. Durch
die Montage des Einschubelementes 38 auf im Filtergehäuse 12 verlaufenden
Einschubschienen 70 wird eine in Axialrichtung wirkende
Dichtkraft erzeugt, d. h. das zuvor in das Filtergehäuse 12 eingesetzte
Hauptfilterelement 22 in axiale Richtung vorgespannt und
an das Filtergehäuse 12 angestellt. Dadurch wird
die Dichtung 36, ausgeführt als Doppellippe, die
an der oberen Stirnseite des Hauptfilterelementes 22 vorgesehen
ist, an ihr Pendant, d. h. den Anschlagflansch 42 des Filtergehäuses 12 angestellt
und die Dichtkraft erzeugt. Über die in axiale Richtung
wirkende Dichtkraft wird die Rohgasseite von der Reingasseite der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen, in 1 im
Halbschnitt dargestellten Filtereinrichtung 10 getrennt.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist ein
Halbschnitt des Hauptfilterelementes der Filtereinrichtung gemäß 1 zu
entnehmen.
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Das
Hauptfilterelement 22, ausgebildet als Doppelbalgfilter,
umfasst den ersten, radial innenliegenden Filterbalg 32 und
den diesen radial umschließenden zweiten, außenliegenden
Filterbalg 34. Beide Filterbalge 32, 34 werden
im Wesentlichen in radialer Richtung von innen nach außen
bzw. von außen nach innen durchströmt. In axialer
Richtung ist die Anströmung der Stirnseiten von der Anströmseite 14 her
durch den Abdeckring 40 unterbunden. Wie aus der Halbschnittdarstellung
gemäß 2 hervorgeht, umfasst der Abdeckring 40 seitlich
hervorspringende Halte- bzw. Zentriernocken 50. Diese können
bei der Herstellung des Abdeckringes 40 sehr einfach hergestellt
werden. Über diese am Umfang des Abdeckringes 40 in
90°- oder 120°- oder in einer davon abweichenden
Teilung ausgebildeten Aufrichte- und Haltenocken 40 wird
das Hauptfilterelement 22 im Filtergehäuse 12 der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Filtereinrichtung 10 ausgerichtet.
Der Abdeckring 40 entspricht dem Boden 92 des
Hauptfilterelementes 22.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht des Weiteren
hervor, dass sich an der Oberseite des Hauptfilterelementes 22 ein
umlaufender, ringförmig ausgebildeter Absatz 46 befindet,
auf dem eine Dichtung 36 aufgenommen ist, die in dieser
Ausführungsvariante als Doppellippe ausgeführt
ist. Die untere Einzellippe der Dichtung 36 stützt
sich auf dem ringförmig umlaufenden Absatz 46 an
der Oberseite des Hauptfilterelementes 22 ab.
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Der
erste, radial innenliegende Filterbalg 32 begrenzt den
Innenraum 26, der abströmseitig durch die eingeschäumte
oder eingespritzte Abdeckscheibe 28 verschlossen ist. Dadurch
wird dem axial einströmenden Fluid die radiale Durchströmung
des ersten, radial innenliegenden Filterbalgs 32 in radiale Richtung
aufgeprägt. Nach Passage des ersten, radial innenliegenden
Filterbalges 32, strömt das Fluid in den Strömungsraum 44 ein,
dessen keilförmige Kontur durch das Stützgerüst 30 erzeugt
wird, welches zwischen der Innenseite des zweiten, außenliegenden
Filterbalges 34 und der Außenseite des hier konisch
ausgebildeten ersten, radial innenliegenden Filterbalges 32 angeordnet
ist und die Kontur des Strömungsraumes 44 bestimmt.
Mit Position 48 sind die Einschäumstellen bezeichnet,
an welchen die axialen Stirnseiten sowohl des ersten, radial innenliegenden
Filterbalges 32 als auch des zweiten, radial außenliegenden
Filterbalges 34 mit der Abdeckscheibe 28 bzw.
dem Abdeckring 40 verbunden sind. Die Ausbildung von Einschäumungen 48 zum
Beispiel aus Kunststoffmaterial wie PUR, oder dergleichen, erlaubt
eine definierte Vorgabe der Durchströmungsrichtung des
Hauptfilterelementes 22, hier ausgebildet als Doppelfilterbalg,
sowie eine sehr leichte und kostengünstige Herstellmöglichkeit
desselben.
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3 zeigt
eine Draufsicht des in 2 im Halbschnitt dargestellten
Hauptfilterelementes.
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Aus
der Darstellung gemäß 3 geht hervor,
dass – wie bereits in 2 angedeutet – an
der Unterseite des ringförmig umlaufenden Absatzes 46 eine
Griffmulde 52 oder ein Griffstück 52 angespritzt ist.
Dies erlaubt ein Einhand-Handling des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Hauptfilterelementes 22. Ist ein Maschinenbediener gezwungen,
kurzfristig ein Luftfilterelement einer Verbrennungskraftmaschine
an einem Ackerschlepper, einem Mähdrescher oder einer Baumaschine
oder dergleichen auszutauschen, so ist dies in der Regel mit einem
Hinaufklettern an die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere von
deren Ansaugtrakt, verbunden. Der Maschinenbediener ist gezwungen,
sich mit einer Hand festzuhalten und hat nur eine Hand zur Verfügung,
um an der Filtereinrichtung 10 das Hauptfilterelement 22, welches
dem Verschleiß unterliegt, einhändig auszuwechseln.
Das einhändige Auswechseln wird durch die seitlich angespritzte,
sehr gut zugängliche Griffmulde 52 bzw. das seitlich
angespritzte Griffstück 52 erheblich vereinfacht.
Wird nach Auswechseln eines ver brauchten Hauptfilterelementes 22 der
seitliche Einschub 38 wieder eingeschoben, so wird allein durch
die Einschubbewegung die axiale Vorspannkraft erzeugt, welche die
Dichtwirkung schließlich zwischen der als Doppellippe ausgeführten
Dichtung 36 und dem Filtergehäuse 12 bzw.
dem dort vorgesehenen Anschlagflansch 42 erzeugt.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist überdies
zu entnehmen, dass die Dichtung 36 ununterbrochen auf dem
ringförmigen Absatz 46 umläuft und an
der in 3 dargestellten Abströmseite des Hauptfilterelementes 22 eine
Abströmöffnung 54 durch das den Strömungsraum 44 definierende
Stützgerüst 30 vorgegeben ist.
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Über
die ovale Abströmöffnung 54 strömt
gereinigtes Fluid dem in 1 dargestellten Feinfilterelement 24 zu.
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4 zeigt
das Stützgerüst zwischen den Filterbälgen
des als Doppelfilterbalg ausgebildeten Hauptfilterelementes in größerer
Detaillierung.
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Wie 4 zu
entnehmen ist, umfasst das Stützgerüst 30,
welches den konischen Strömungsraum 44 definiert,
eine senkrecht zur Zeichenebene in Umfangsrichtung verlaufende Rippenstruktur 56. In
Axialrichtung von der Anströmseite 14 her gesehen,
erweitert sich der konisch ausgebildete Strömungsraum 44 in
Richtung zur Abströmseite 16 hin. Mit Bezugszeichen 54 ist
eine Abströmöffnung des Strömungsraumes 44 bezeichnet.
Sowohl der erste, radial innenliegende Filterbalg 32 als
auch der radial außenliegende, zweite Filterbalg 34 werden
im Wesentlichen in radialer Richtung durchströmt. Wie aus der
Darstellung gemäß 4 hervorgeht,
sind die Stirnseiten der beiden Filterbälge 32, 34 durch
Einschäumungen 48 entweder mit der Abdeckscheibe 28 oder
mit dem Abdeckring 40 verbunden, an dessen Außenumfang
die Ausrichte- und Haltenocken 50 in beliebiger Anzahl
angespritzt sein können. 4 zeigt
des Weiteren, dass im Vergleich zum zylindrisch ausgebildeten zweiten,
radial außenliegenden Filterbalg 34 der erste,
radial innenliegende Filterbalg 32 in einer Konizität 64 ausgeführt
ist, entsprechend der Konizität des Stützgerüstes 30.
Die Konizität des Strömungsraumes 44 ist
durch Bezugszeichen 58 angedeutet.
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Der
Innenraum 26 ist durch den Innendurchmesser des ersten,
radial innenliegenden Filterbalges 32 begrenzt.
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5 zeigt
in vergrößertem Maßstab den oberen Bereich
des in den 2, 3 und 4 jeweils
im Halbschnitt dargestellten Hauptfilterelementes.
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Wie 5 zeigt,
befindet sich oberhalb des ringförmig ausgebildeten Absatzes 46 die
als Doppellippe ausgebildete Dichtung 36. Die beiden Einzellippen
der als Doppellippe ausgebildeten Dichtung 36 sind im entspannten
Zustand der Dichtung 36 um einen Abstand 62 voneinander
beabstandet. An der unteren Einzellippe befindet sich ein dornförmiger Fortsatz,
der in eine entsprechend zu seiner Geometrie komplementär
geformte umlaufende Ausnehmung des ringförmig ausgebildeten
Absatzes 46 eingreift. Unterhalb des ringförmig
verlaufenden Absatzes 46 befindet sich das Griffstück 52,
mit dem die einhändige Handhabung des Hauptfilterelementes 22 erfolgt.
In der Darstellung gemäß 5, die im Vergleich
zu den Darstellungen gemäß der 2, 3 und 4 in
vergrößertem Maßstab wiedergegeben ist,
sind die Einschäumungen 48 der abströmseitig
liegenden Stirnseiten der Filterbälge 32, 34 zu erkennen,
ferner die Konizität 58 des Strömungsraumes 44,
in dem sich das Stützgerüst 30 befindet. Eine
in Umfangsrichtung verlaufende Rippenstruktur des Stützgerüsts 30 des
Strömungsraumes 44 ist durch Bezugszeichen 56 kenntlich
gemacht. Das den ersten radial innenliegenden Filterbalg 32 von
innen nach außen durchströmende Fluid strömt
in den Strömungsraum 44 ein und von diesem über
die Abströmöffnung 54 aus. Im Gegensatz
dazu wird der zweite, radial außenliegende Filterbalg 32 von
außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt
und verlässt den konisch ausgebildeten Strömungsraum 44 ebenfalls
an der Abströmöffnung 54.
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6 ist
eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Komponenten der ersten
Ausführungsform des Hauptfilterelementes der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Filtereinrichtung zu entnehmen.
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Aus
der in 6 dargestellten Explosionsdarstellung der Komponenten
geht hervor, dass sich eine oder mehrere Griffmulden 52 seitlich
unterhalb der als Doppellippe ausgebildeten Dichtung 36 befinden.
Diese befindet sich auf dem bereits mehrfach erwähnten
ringförmig verlaufenden Absatz 46. Durch Bezugszeichen 28 ist
in der Explosionsdarstellung gemäß 6 die
den Innenraum 26 verschließende Abdeckscheibe
kenntlich gemacht. In 6 ist durch Bezugszeichen 60 eine
Stirnkantenverleimung angedeutet, mit der die zum Beispiel in Sternform
gefalteten Filterbälge ab- und anströmseitig versehen
sind.
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Aus
der Explosionsdarstellung gemäß 6 ergibt
sich überdies, dass der erste, radial innenliegende Filterbalg 32 in
der Konizität 64 ausgebildet ist, die zur Konizität
des Stützgerüstes 30 korrespondiert.
Das Stützgerüst 30 umfasst gitterförmig
strukturierte, in Axial- und in Umfangsrichtung verlaufende Rippen 56.
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Im
Gegensatz zu der Kontur des ersten radial innenliegenden Filterbalges 32 und
dessen mit einer Konizität 64 versehener Außenmantelfläche
ist der zweite, radial außenliegende Filterbalg 34 zylindrisch
ausgebildet. Auch dessen Außendurchmesser könnte
mit einer Konizität versehen sein, um zum Beispiel beengten
Bauraumerfordernissen Rechnung zu tragen und eine gleichmäßigere
Anströmung von radialer Richtung her zu ermöglichen.
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Schließlich
geht aus der Darstellung gemäß 6 noch
hervor, dass die Abdeckscheibe 40 am Außenumfang
eine Anzahl von Ausrichte- und Haltenocken 50 aufweist.
Diese sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 5 beschrieben.
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7 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Komponenten Einschubelement, Filterelement
und Filtergehäuse der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Filtereinrichtung.
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Wie 7 entnommen
werden kann, weist das Filtergehäuse 12 eine durch
Bezugszeichen 66 kenntlich gemachte seitliche Öffnung
auf. Die Öffnung 66 ist seitlich am Filtergehäuse 12 vorgesehen. Das
Filtergehäuse 12 wird insbesondere als Spritzgussbauteil
aus Kunststoff hergestellt. In der Öffnung 66 befindet
sich ein Führungsabsatz 68, der sich im Wesentlichen
senkrecht zur Längsachse der seitlichen Öffnung 66 erstreckt
und als Führung für den durch Bezugszeichen 38 identifizierten
Seiteneinschub dient. Der Seiteneinschub 38 wiederum umfasst
gemäß der Darstellung in 7 Einschubschienen 70,
deren untere Seite beim Einführen des Seiteneinschubes 38 in
die Öffnung 66 des Filtergehäuses 12 auf
dem Führungsabsatz 68 verschiebbar ist.
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Zunächst
wird bei der Montage bzw. der Demontage des verbrauchten Hauptfilterelementes 22 dieses
an seinen Griffmulden bzw. Griffstücken 52 ergriffen
und aus der seitlichen Öffnung 66 herausgezogen.
Anschließend wird ein neues, unverbrauchtes Hauptfilterelement 22 in
die seitliche Öffnung 66 eingeschoben. Nachdem
dieses in der seitlichen Öffnung 66 eingeschoben
ist, ist das Hauptfilterelement 22 zunächst durch
die an dem Abdeckring 40 in einer 90°- oder 120°-Teilung
vorgesehenen Nocken 50 im Filtergehäuse 12 zentriert
und ausgerichtet. Zur Erzeugung der in axia le Richtung des Hauptfilterelementes 22 wirkenden
Dichtkraft wird der Seiteneinschub 38 in die seitliche Öffnung 66 eingeschoben. An
dem Seiteneinschub 38 sind Einschubschienen 70 ausgebildet,
einen Freiraum 72 in Bezug aufeinander bildend, die beim
Einschieben des Seiteneinschubes 38 in die seitliche Öffnung 66 das
durch dort vormontierte Hauptfilterelement 22 untergreifen. Beim
Einschieben des Seiteneinschubes 38 in die seitliche Öffnung 66 des
Filtergehäuses 12 untergreifen die in einer sachten
Neigung ausgebildeten Oberseiten der Einschubschienen 70 das
vormontierte Hauptfilterelement 22 und stellen dieses bei
vollständig in die seitliche Öffnung 66 eingeschobenem
Seiteneinschub 38 an die das Feinfilterelement 24 aufnehmende
Gehäuseseite des Filtergehäuses 12 an. Dadurch
wird die am Hauptfilterelement 22 ausgebildete Dichtung 36 an
die an der entsprechenden Seite am Filtergehäuse 12 ausgebildete
Dichtfläche angestellt. Ist der Seiteneinschub 38 mit
seinen Einschubschienen 70 vollständig in die
seitliche Öffnung 66 eingeführt, so wird
das Hauptfilterelement 22 in axiale Richtung mit seiner
Dichtung 36 gegen eine korrespondierende Dichtfläche
des Filtergehäuses 12, so zum Beispiel an einen
Anschlagflansch 42 angestellt, und auf diesem Wege die
in axiale Richtung wirkende Dichtkraft erzeugt.
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Wenngleich
in der Darstellung gemäß 7 am Hauptfilterelement 22 ausgebildet,
so kann die bevorzugt als Doppellippe ausgebildete Dichtung, d. h.
die Dichtung 36, auch in kinematischer Umkehr nicht am
Hauptfilter element 22, sondern an der korrespondierenden
Dichtfläche einer Seitenfläche der seitlichen Öffnung 66 des
Filtergehäuses 12 ausgebildet sein.
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Die
Führung des Seiteneinschubes 38 im Filtergehäuse 12 erfolgt
entlang der Führungsabsätze 68, die an
Seitenflächen, die die Öffnung 66 im
Filtergehäuse 12 begrenzen, ausgeführt
sind. Der Darstellung gemäß 8 ist
eine Ausführungsvariante einer größerbauenden
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Filtereinrichtung
zu entnehmen.
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Um
die bei der Überführung einer Verriegelung 74 von
ihrer Entriegelungsposition in ihre Verriegelungsposition 80 auftretenden
Kräfte aufzunehmen, ist am Filtergehäuse 12 im
Bereich der Gelenke 76 eine Verstärkungsstruktur 84 angespritzt.
Die Montageöffnung, d. h. der Gehäuseschacht 66 im
Filtergehäuse 12, ist durch einen in 8 nur
teilweise dargestellten Deckel 86 verschlossen.
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Der
Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die in 8 in
perspektivischer Darstellung wiedergegebene Filtereinrichtung 10 auf
der Anströmseite 14 den Zyklon-Vorabscheider 20 und
auf der Abströmseite 16 das Feinfilterelement 24 (hier
nicht im Schnitt dargestellt) aufweist. Die Verriegelung 74 wird
mittels eines Griffstücks 78 betätigt.
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9 zeigt
eine weitere, zweite Ausführungsmöglichkeit der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Filtereinrichtung,
insbesondere des Hauptfilterelementes.
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Aus
dem Längsschnitt, der in 9 dargestellt
ist, geht hervor, dass die Dichtung 36, die die axiale
Abdichtung erzeugt, an der Oberseite des Hauptfilterelementes 22 als
Zweikomponenten-Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Während die
ringförmig ausgebildete Dichtung 36, an der aus einem
ersten Kunststoffmaterial 96 Nocken 94 angespritzt
sind, aus dem besagten ersten Kunststoffmaterial gespritzt ist,
ist ein weicheres, gute Elastizitätseigenschaften aufweisendes,
zweites Kunststoffmaterial 98, eine Ausnehmung 100 begrenzend,
in das erste Kunststoffmaterial 96 eingespritzt. Das weichere,
zweite Kunststoffmaterial 98 begrenzt eine Ausnehmung 100,
die nach unten geöffnet ist.
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Im
in 9 dargestellten Längsschnitt durch das
Hauptfilterelement 22 ist erkennbar, dass der erste, radial
innenliegende Filterbalg 32, der den Innenraum 26 umschließt,
durch eine Endscheibe 90 (PUR) verschlossen ist. Die Endscheibe 90 ist
bevorzugt in eine axiale Stirnseite des ersten, innenliegenden Filterbalges 32 eingeschäumt.
Die der Endscheibe 90 auf der Anströmseite gegenüberliegende Öffnung
ist durch einen Boden 92 begrenzt, der eine Einlassöffnung
zum Innenraum 26 des Hauptfilterelementes 22 freigibt.
Durch diese Öffnung strömt zu reinigendes Fluid
in den Innenraum 26 ein. Aufgrund der Endscheibe 90 wird
dem zu reinigenden Fluid die radiale Durchströmung des
ersten, radial innenliegend angeordneten Filterbalges 32 aufgezwungen.
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Die
axialen Stirnseiten, die bevorzugt eine Stirnkantenverleimung 60 aufweisen,
werden auf der Einströmseite durch den Boden 92 verschlossen, während
die axiale Stirnseite des zweiten, radial außenliegenden
Filterbalges 34 durch eine ringförmige Abdeckung 108 verschlossen
ist. Durch diese Maßnahme wird eine radiale Durchströmung
von der Außenseite zur Innenseite in Bezug auf den zweiten,
radial außenliegenden Filterbalg 34 erzwungen,
so dass das zu reinigende Fluid in radiale Richtung einerseits aus
dem ersten, innenliegenden Filterbalg 32 in den Strömungsraum 44 austritt
und andererseits an der Innenseite des zweiten, radial außenliegenden
Filterbalges 34 in diesen Strömungsraum 44 eintritt.
Dessen Abströmöffnung ist in der Darstellung gemäß 9 durch
Bezugszeichen 54 kenntlich gemacht.
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Der
Darstellung gemäß 10 ist
ein Querschnitt durch das in 9 im Querschnitt
dargestellte Hauptfilterelement gemäß der zweiten
Ausführungsform zu entnehmen.
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10 zeigt,
dass die umlaufende Dichtung 36, aus dem ersten, härteren
und steiferen Kunststoffmaterial 96 gefertigt, die Ausnehmung 100 aufweist,
die durch das zweite, hervorragende Elastizitätseigenschaften
aufweisende Kunststoffmaterial 98 begrenzt ist. Die Ausnehmung 100 wirkt
mit einer ringförmig am Filtergehäuse 2 ausgebildeten
umlaufenden Nase 104 zusammen, vergleiche Darstellung gemäß 11. 10 zeigt
des Weiteren, dass der Innenraum 26, der durch die Innenseite
des ersten, radial innenliegenden Filterbalges 32 begrenzt
ist, durch die Endscheibe 90 in axiale Richtung auf der Abströmseite 16 verschlossen
ist. Aus der Darstellung gemäß 10 geht
des Weiteren hervor, dass der Außendurchmesser des ersten,
radial innenliegenden Filterbalges eine Konizität 64 aufweist,
die durch das zwischen dem ersten, radial innenliegenden Filterbalg 32 und
dem zweiten, radial außenliegenden Filterbalg 34 eingeschobene
Stützgerüst 30 aufrechterhalten wird.
Das Stützgerüst 30, welches die Konizität
des Strömungsraumes 44 aufrechterhält,
bildet am abströmseitigen Ende des Hauptfilterelementes 22 die
Abströmöffnung 54. Im Gegensatz zum ersten,
radial innenliegend angeordneten Filterbalg 32 ist der
zweite, radial außenliegend angeordnete Filterbalg 34 zylindrisch
ausgeformt, könnte jedoch ebenfalls an seinem Außendurchmesser
eine Konizität 106 aufweisen. Diese Ausführungsmöglichkeit
der Außenkontur des zweiten, radial außenliegenden
Filterbalges 34 ist in der Explosionsdarstellung gemäß 12 dargestellt.
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Aus
der Darstellung gemäß 10 geht
des Weiteren hervor, dass die Anströmseite 14 des Hauptfilterelementes 22 gemäß der
Darstellung in 10 durch den Boden 92 verschlossen
ist. Sowohl auf der Anströmseite 14 im Bereich
des Bodens 92, als auch auf der Abströmseite 16 im
Bereich der Abdeckscheibe 90 weisen die axialen Stirnseiten
sowohl des ersten, radial innenliegenden Filterbalges 32 als
auch des zweiten, radial außenliegenden Filterbalges 34 des
Hauptfilterelementes 22 die Stirnkan tenverleimung 60 auf.
Außenliegend angespritzte Nocken 94 dienen als
Verdrehsicherung für das Hauptfilterelement 22 im
Filtergehäuse 12.
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Der
Darstellung gemäß 11 ist
die perspektivische Darstellung eines Längsschnittes durch die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Filtereinrichtung 10 gemäß der
zweiten Ausführungsform zu entnehmen.
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11 zeigt,
dass das Filtergehäuse 12 der Filtereinrichtung 10 an
der Anströmseite 14 den Zyklon-Vorabscheider 20,
in Strömungsrichtung gesehen dahinterliegend das Hauptfilterelement 22 und axial
hinter diesem liegend, das Feinfilterelement 24 aufweist.
Die Abströmseite des Filtergehäuses 12 ist durch
Bezugszeichen 16 kenntlich gemacht.
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Im
Unterschied zur ersten Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Filtereinrichtung 10, wird bei dieser Ausführungsvariante
die im Wesentlichen in Axialrichtung gerichtete Dichtkraft nicht
durch einen Seiteneinschub 38, vergleiche Darstellung gemäß 7,
erzeugt, sondern der Zyklon-Vorabscheider 20 wird auf das
Filtergehäuse 12 durch Verschlüsse 102 befestigt.
Beim Fügen vom Filtergehäuse 12 mit dem
Zyklon-Vorabscheider 20 erfolgt ein Einschieben der umlaufend
am Filtergehäuse 12 ausgebildeten Nase 104 in
die Ausnehmung 100, die durch das elastische Eigenschaften aufweisende,
zweite Kunststoffmaterial 98 begrenzt ist. Die erforderliche
Axialkraft wird durch die Verschlüsse 102 erzeugt,
so dass, wie in 11 dargestellt, im gefügten
Zustand vom Zyklon-Vorabscheider 20 und Filtergehäuse 12,
eine Abdichtung der Rohgasseite von der Reingasseite erfolgt ist.
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Da
das zweite Kunststoffmaterial 98 vom ersten Kunststoffmaterial 96,
weiches wesentlich härter und steifer ausgelegt ist, umschlossen
ist, kann das zweite, die Ausnehmung 100 begrenzende Kunststoffmaterial 98 nicht
seitlich verfließen, so dass beim Einschieben der umlaufend
am Filtergehäuse 12 ausgebildeten Nase 104 in
die Ausnehmung 100, eine zuverlässige Abdichtung
gewährleistet wird, die auch ein öfteres Öffnen
und Verschließen schadlos übersteht, da das zweite
Kunststoffmaterial 98 umkapselt ist und auch nach mehrmaligem Öffnen und
Verschließen nicht verfließt.
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Der
Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das in 11 im
montierten Zustand dargestellte Hauptfilterelement 22 in
der Schnittdarstellung gemäß 11 den
ersten, radial innenliegenden Filterbalg 32 sowie den zweiten,
radial außenliegenden Filterbalg 34 umfasst. Wie
im Zusammenhang mit den 9 und 10 bereits
erwähnt, ist der zweite, radial außenliegende
Filterbalg 34 zylindrisch ausgebildet, während
der von diesem umschlossene innenliegende, erste Filterbalg 32 an
seinem Außendurchmesser und seinem Innendurchmesser eine
Konizität aufweisen kann. Die Konizität 64 des
Außendurchmessers des ersten, radial innenliegenden Filterbalges 32 ergibt
in Zusammenwirkung mit dem ebenfalls eine Konizität aufweisenden
Stützgerüst 30 die Kontur des Strömungs raums 44,
der sich in Richtung der Abströmseite 16 hinsichtlich
seines Querschnitts kontinuierlich verengt.
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Der
Darstellung gemäß 11 ist
des Weiteren zu entnehmen, dass der dort dargestellte Zyklon-Vorabscheider 20 die
Austragsöffnung 18 aufweist, über welche
gröbere Partikel der zu reinigenden Fluidströmung
direkt ausgesondert werden können und gar nicht erst in
das Hauptfilterelement 22 gelangen. Aufgrund der Endscheibe 90 und
der Abdeckung 108 erfolgt eine Anströmung des
zweiten, radial außenliegenden Filterbalges 34 von
der Radialseite her, d. h. in der radialen Richtung über
die durch die Innenseite des Filtergehäuses 12 und
die Außenmantelfläche des zweiten, außenliegenden Filterbalges 34 vorgegebene
Richtung, da die axiale Stirnseite des zweiten, radial außenliegenden
Filterbalges 34 durch die Abdeckung 108 verschlossen
ist. Der erste, radial innenliegende Filterbalg 32 wird
an der Stirnkantenverleimung 60 axial angeströmt.
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Der
erste, radial innenliegende Filterbalg 32 wird über
die die Stirnkantenverleimung 60 aufweisende Axialstirnseite
angeströmt, und das gereinigte Fluid strömt in
radiale Richtung nach innen in den Innenraum 26 ein und
von dort dem dem Hauptfilterelement 22 nachgeschalteten
Feinfilterelement 24 zu.
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Der
Darstellung gemäß 12 ist
eine Explosionsdarstellung des Hauptfilterelementes gemäß der
zweiten Ausführungsvariante, vergleiche 9 bis 11,
zu entnehmen.
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Aus
der in 12 dargestellten Explosionsdarstellung
geht hervor, dass das Hauptfilterelement 22 den die Konizität 64 aufweisenden
ersten, radial innenliegenden Filterbalg 32 sowie gegebenenfalls den
eine ebenfalls außen ausgebildete Konizität 106 aufweisenden
zweiten, radial außenliegenden Filterbalg 34 umfasst.
Beide Filterbälge 32, 34 des Hauptfilterelementes 22 umfassen
an ihren axialen Stirnseiten die Stirnkantenverleimung 60.
Der erste, radial innenliegende Filterbalg 32 ist anströmseitig
durch die Endscheibe 90 (PUR) verschlossen, während
abströmseitig die axialen Stirnseiten sowohl des ersten, radial
innenliegenden Filterbalges 32 als auch des zweiten, radial
außenliegenden Filterbalges 34, jeweils die Stirnkantenverleimung 60 aufweisend, durch
den Boden 92 verschlossen sind.
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Die
in 12 dargestellte Dichtung 36 ist als Zweikomponenten-Kunststoffdichtung
ausgebildet. Die Dichtung 36 ist aus dem ersten Kunststoffmaterial 96 mit
härteren, steiferen Eigenschaften gespritzt, während
die in der Explosionsdarstellung gemäß 11 nicht
dargestellte Ausnehmung 100 durch das vom ersten Kunststoffmaterial 96 umschlossene zweite,
höhere Elastizitätseigenschaften aufweisende Kunststoffmaterial 98 begrenzt
ist.
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Zwischen
dem ersten, radial innenliegenden Filterbalg 32 und dem
zweiten, radial außenliegenden Filterbalg 34 befindet
sich das Stützgerüst 30, welches gemäß der
Explosionsdarstellung in 12 eine
Vielzahl von in radiale und in Umfangsrichtung verlaufende Rippen 56 aufweist.
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Der
zweite, radial außenliegende Filterbalg 34 kann
bezüglich seines Außendurchmessers die Konizität 106 aufweisen,
wie in der Explosionsdarstellung gemäß 12 angedeutet.
In Zusammenspiel mit dem das Hauptfilterelement 22 umgebenden
Filtergehäuse 12 kann durch die Konizität 106 am
Außendurchmesser des zweiten, radial außenliegenden
Filerbalges 34 des Hauptfilterelementes 22 erreicht
werden, dass ein sich in Abströmrichtung erstreckender,
erweiternder Strömungsquerschnitt sich einstellt, indem
die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt und demzufolge eine
Geräuschentwicklung minimiert oder zumindest begrenzt werden
kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform kann das Hauptfilterelement 22,
welches im Filtergehäuse 12 aufgenommen wird und
den ersten sowie den zweiten Filterbalg 32 bzw. 34 umfasst,
auch dadurch stabilisiert werden, dass Falten durch einen umlaufenden
Faden, der auf die Spitzen der Falten aufgeklebt wird, miteinander
verbunden werden.
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Der
Darstellung gemäß 13 ist
eine geteilt ausgebildete Nocke am Umfang des Abdeckringes des Hauptfilterelementes 22 zu
entnehmen. Wie die Darstellung gemäß 13 zeigt,
ist eine geteilte Nocke 110 mit einer Schlitzung 116 versehen.
Dadurch umfasst die geteilte Nocke 110 eine erste Schulter 112 sowie
eine zweite Schulter 114, die sich in Um fangsrichtung in
Bezug auf den Abdeckring 40 erstrecken. Aus der Darstellung
gemäß 13 sowie
aus der Darstellung gemäß 14 geht
hervor, dass sich die geteilte Nocke 110 im Abdeckring 140 in
der 12 Uhr-Position befindet. Alternativ wäre es auch möglich,
die geteilt ausgebildete Nocke 110 in der 3 Uhr-, der 6
Uhr- oder der 9 Uhr-Position am Umfang des Abdeckringes 40 vorzusehen.
Durch die geteilt ausgebildete Nocke 110, die mit einer
im Filtergehäuse 12 verlaufenden Rippe 118 zusammenwirkt, ist
ein lagerichtiger Einbau des Hauptfilterelementes 22 im
Filtergehäuse 12 gewährleistet.
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14 zeigt
die am Filtergehäuse 12 angespritzte Rippe 118,
die von der ersten Schulter 112 bzw. der zweiten Schulter 114 der
geteilt ausgebildeten Nocke 110 umschlossen ist. Während über
die geteilt ausgebildete Nocke 112 der lagerichtige Einbau
des Hauptfilterelementes 22 im Filtergehäuse 12 gewährleistet
ist, wird das Schwingen des Hauptfilterelementes 22 im
in das Filtergehäuse 12 eingebauten Zustand durch
die weiteren am Umfang des Abdeckringes 40 ausgebildeten
Ausrichte- und Zentriernocken 50 gedämpft.
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Der
Darstellung gemäß der 15 und 16 sind
alle am Umfang des Abdeckringes 40 des auswechselbaren
Hauptfilterelementes 22 angeordneten Ausrichte- bzw. Zentriernocken 50, 112 zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß der 15 und 16 geht
hervor, dass sich die geteilte Nocke 112 jeweils in der
12 Uhr-Position in Bezug auf den Abdeck ring 40 erstreckt.
Während 15 die Griffmulde 52 unterhalb
der Dichtung 36 des Hauptfilterelementes 22 zeigt,
ist der Darstellung gemäß 16 die
Einbauposition des Hauptfilterelementes 22 im Filtergehäuse 12 zu
entnehmen. Aus dieser Figur geht hervor, dass sich der Abdeckring 40 mit
seinen Ausrichte- und Zentriernocken 50 an der Innenseite des
Filtergehäuses 12 abstützt und mithin
gegen Schwingungen gegen das Filtergehäuse 12 gedämpft
ist und durch die geteilt ausgebildete Nocke 110 der lagerichtige
Einbau des Hauptfilterelementes 22 im Filtergehäuse 12 gewährleistet
ist.
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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]
- - EP 1494785 B1 [0005]