DE102009009066A1

DE102009009066A1 - Filtereinrichtung zur Filtration gasförmiger Fluide

Info

Publication number: DE102009009066A1
Application number: DE102009009066A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jessberger; Arthur Sudermann; Michael Metzger
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-08-26
Also published as: DE112010000811A5; WO2010092003A3; US20110308214A1; US8518139B2; DE112010000811B4; WO2010092003A2

Abstract

Eine Filtereinrichtung zur Filtration gasförmiger Fluide ist mit einem Filtereinsatzteil versehen, das ein Filtermedium und ein Dichtungselement umfasst, wobei das Filtereinsatzteil in ein Filtergehäuse einzusetzen ist. Des Weiteren ist ein zusätzlicher Dichtsteg zwischen dem Dichtkörper des Dichtungselementes und dem Gehäuseteil vorgesehen, mit dem das Dichtungselement eine gemeinsame Kontaktfläche aufweist, wobei der Dichtsteg, bezogen auf die Kontaktfläche, in Richtung der Reinseite des Filtermediums versetzt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung zur Filtration gasförmiger Fluide, insbesondere auf einen Luftfilter in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Ein Luftfilter mit einem Filtereinsatz, welcher in ein Filtergehäuse einsetzbar ist, wird in der EP 0 863 785 B1 beschrieben. Der Filtereinsatz besteht aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermedium, welches von der zu reinigenden Luft durchströmt wird, und einem das Filtermedium einfassenden Filterrahmen, an dem Dichtungstaschen ausgebildet sind, in welche eine Silikonschaumdichtung eingegossen wird. Die Silikonschaumdichtung überragt eine Stirnseite des Filtermediums, so dass im eingebauten Zustand eine axiale Kraftbeaufschlagung der Silikonschaumdichtung im Bereich des überstehenden Stirnabschnittes gegeben ist.
Der Filtereinsatz ist als Wechselteil ausgebildet und kann zu Wartungszwecken aus dem Filtergehäuse entnommen und anschließend nach einer Reinigung bzw. nach einem Austausch des Filtermediums wieder eingesetzt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass möglichst keine Schmutzteilchen in den Bereich der Reinseite des Filterelementes gelangen, die nach dem Wiedereinsetzen ohne Filtration mit dem Luftstrom weitertransportiert werden. Im Falle eines Luftfilters im Ansaugtrakt einer Brennkraft maschine besteht das Risiko, dass diese Schmutzteilchen direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Filtereinrichtung zur Filtration gasförmiger Fluide druckdicht auszubilden, wobei im Falle eines Filterwechsels die Gefahr unerwünschter Verschmutzungen reduziert sein soll.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung dient vorzugsweise zur Filtration der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen, wobei grundsätzlich auch ein Einsatz in sonstigen Systemen zur Luft- oder Gasreinigung in Betracht kommt, beispielsweise zur Reinigung der in den Fahrzeuginnenraum einzuführenden Luft.
Die Filtereinrichtung umfasst ein Filtereinsatzteil, welches mit einem Filtermedium und einem am Filtermedium gehaltenen Dichtungselement versehen ist, sowie ein Filtergehäuse, in das das Filtereinsatzteil eingesetzt und zum Austausch bzw. zur Wartung des Filtermediums auch wieder herausgenommen werden kann. Im eingesetzten Zustand weisen das Dichtungselement und ein Gehäuseteil des Filtergehäuses eine gemeinsame Kontaktfläche auf, an der eine Dichtkraft wirksam ist, um die Roh- von der Reinseite des Filterelements bzw. des Filtermediums oder die Reinseite des Filtermediums von der Umgebung strömungsdicht voneinander zu separieren. Im eingebauten Zustand ist damit zugleich sichergestellt, dass Schmutzteilchen nicht von der Roh- zur Reinseite bzw. von außen zur Reinseite gelangen können.
Um insbesondere im Falle eines Wechsels bzw. einer Wartung des Filtereinsatzteils auszuschließen, dass Schmutzteilchen versehentlich in den Bereich der Reinseite des Filtermediums gelangen und nach dem Wiedereinsetzen des Filtereinsatzteils in das Gehäuse unmittelbar im Luftstrom weitertransportiert werden, ohne einer Reinigung unterzogen zu werden, ist erfindungsgemäß ein zusätzlicher Dichtsteg zwischen dem Dichtkörper des Dichtungselements und dem Gehäuseteil vorgesehen. Der Dichtsteg liegt mit Abstand zur Kontaktstelle zwischen dem Dichtungselement und dem Gehäuseteil und ist bezogen auf diese Kontaktstelle in Richtung der Reinseite des Filtermediums versetzt angeordnet. Der Dichtsteg stellt eine zusätzliche Kontaktstelle zwischen dem Gehäuseteil und dem Dichtungselement dar, wobei auf Grund der Positionierung des Dichtstegs in Richtung der Reinseite des Filtermediums eine zusätzliche Sicherheit gegen ein versehentliches Verschmutzen der Reinseite des Filtermediums während des Austauschens des Filtereinsatzteils gegeben ist.
Der Dichtsteg liegt vorzugsweise mit Abstand zu der Kontaktfläche zwischen Gehäuseteil und Dichtkörper des Dichtungselementes, wobei im zwischenliegenden Bereich zwischen der Kontaktfläche und dem Dicht steg zweckmäßigerweise ein Schmutzaufnahmeraum gebildet ist, der ein Aufnahmevolumen für Schmutzteilchen bietet. Ein weiteres Vordringen in Richtung der Reinseite des Filtermediums wird durch den Dichtsteg wirksam verhindert. Zugleich stellt dieser Bereich ein zusätzliches Reservoir dar, in das Schmutzteilchen aufgenommen werden könnten, falls solche beim Einsetzen des Filtereinsatzteils in das Gehäuse versehentlich an einem der Bauteile der Filtereinrichtung haften bleiben und gemeinsam entweder mit dem Filtereinsatzteil oder einem Gehäuseteil in das Gehäuseinnere transportiert werden. Der Schmutzaufnahmeraum ist insbesondere auch im eingesetzten Zustand des Filtereinsatzteils vorhanden, trotz des teilweise Komprimierens des Dichtkörpers des Dichtungselementes. Gegebenenfalls reicht es aber aus, dass unter der Wirkung der Dichtkraft auch das Volumen des Schmutzaufnahmeraums verkleinert wird, ggf. bis auf Null, wobei in diesem Fall die Schmutzteilchen im Aufnahmeraum gegen die Oberfläche des Dichtkörpers des Dichtungselementes gedrückt werden.
Für den Fall, dass kein zusätzlicher Schmutzaufnahmeraum vorgesehen ist, markiert der Dichtsteg die Grenze der Kontaktfläche in Richtung der Reinseite des Filtermediums. Zusätzliche Schmutzteilchen werden in diesem Fall unmittelbar im Bereich der Kontaktfläche zwischen der Gehäuseinnenseite und dem Dichtkörper des Dichtungselementes festgeklemmt. Da über den Dichtsteg verteilt auf eine verhältnismäßig kleine Fläche eine hohe Presskraft übertragen wird, ist eine zusätzliche Dichtigkeit und erhöhte Sicherheit zur Reinseite des Filtermediums gegeben.
Im Falle eines Schmutzaufnahmeraums zwischen Gehäuseinnenseite und Dichtungselement ist dieses zweckmäßigerweise winklig ausgebildet, wobei die Außenflächen des Dichtungselementes im Bereich der Kontaktfläche zur Gehäuseinnenseite und im Bereich des Schmutzaufnahmeraums winklig zueinander ausgerichtet sind, beispielsweise einen 90°-Winkel zueinander einnehmen. Hierbei ist es zweckmäßig, dass die Kontaktfläche parallel zur Durchströmungsrichtung durch das Filtermedium ausgerichtet ist und der Schmutzaufnahmeraum von der hierzu in 90°-Winkel stehenden Außenseite des Dichtungselementes begrenzt wird, die somit senkrecht zur Durchströmungsrichtung durch das Filtermedium steht.
Der Dichtsteg ist insbesondere als umlaufendes Bauteil ausgeführt, welches das Filtermedium umschließt und allseitig die Roh- von der Reinseite separiert.
Es kommen verschiedene Ausführungen für den Dichtsteg in Betracht. So ist es beispielsweise möglich, den Dichtsteg einteilig mit dem Gehäuseteil auszubilden, indem der Dichtsteg eine auf der Innenseite des betreffenden Gehäuseteils ausgebildete, umlaufende Erhebung bildet, die im montierten Zustand in Kontakt mit dem Dichtungselement steht. Möglich ist aber auch eine einteilige Ausbildung mit dem Dichtungselement, beispielsweise dergestalt, dass der Dichtsteg an dem Dichtkörper ausgebildet ist und sich über die Ebene des Dichtkörpers erhebt oder als einteilige Ausführung mit dem Dichtkörper, der winklig ausgebildet ist, wobei der Dichtsteg die Winkelkante des Dichtkörpers bildet. Schließlich kommt auch eine Ausführung des Dichtstegs als separates Bauteil in Betracht, das aber vorzugsweise aus Montagegründen mit einem der beteiligten Dichtpartner verbunden wird, insbesondere mit dem Gehäusebauteil, mit dem der Dichtsteg durch geeignete Befestigungsmaßnahmen verbunden ist, beispielsweise durch Kleben oder durch mechanische Befestigungsmittel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 in Explosionsdarstellung einen Luftfilter mit einem Gehäuseunterteil, einem Filtereinsatzteil und einem Gehäusedeckel,
2 einen Schnitt durch die Filtereinrichtung mit eingesetztem Filtereinsatzteil im Bereich eines randseitigen Dichtungselementes,
3 das Dichtungselement in einer alternativen Ausführung,
4 das Dichtungselement in noch einer weiteren Ausführung.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, die als Luftfilter im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen einsetzbar ist. Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein Filtergehäuse 2 mit einem Gehäuseunterteil 3 und einem als Gehäusedeckel fungierenden Gehäuseoberteil 4. In das Filtergehäuse 2 ist ein Filtereinsatzteil 5 einsetzbar, welches ein Filterelement bzw. Filtermedium 6 umfasst, das beispielsweise als zickzackförmig gefaltetes Filterpapier ausgebildet ist und in Durchströmrichtung 16 von der zu reinigenden Luft durchströmt wird. Das Filtermedium 6 im Filtereinsatzteil 5 ist von einem Filterrahmen 7 eingefasst, der Träger eines umlaufenden Dichtungselementes zur Separierung der Roh- von der Reinseite des Filtermediums 6 ist. Gegebenenfalls ist das Dichtungselement auch unmittelbar an den Randbereich des Filtermediums angespritzt oder in sonstiger Weise direkt mit dem Rand des Filtermediums verbunden. Das Filtermedium 6 wird in Achsrichtung, also senkrecht zur Ebene des Filterrahmens 7 von dem zu reinigenden, gasförmigen Fluid durchströmt.
In 2 ist das Dichtungselement 8 dargestellt, welches mit dem Filtermedium 6 verbunden ist und die oben liegende Reinseite 12 von der unten liegenden Rohseite 13 des Filtermediums 6 separiert. Darüber hinaus schirmt das Dichtungselement 8 die Reinseite 12 von der Umgebung ab. Im montierten Zustand, der in 2 dargestellt ist, ragt ein nach unten gerichteter Dichtungsschenkel 14 in eine Gehäusetasche 9 ein, die an der Oberseite des Gehäuseunterteils 3 gebildet und in Richtung des Gehäusedeckels 4 offen ausgebildet ist. Außerdem ragt in diese Gehäusetasche 9 auch ein Gehäusefortsatz 10 ein, der an der Unterseite des Gehäusedeckels 4 angeformt ist und sich nach unten erstreckt. Ein Gehäuseschenkel 11 am Gehäusedeckel 4 steht winklig von dem Gehäusefortsatz 10 radial nach außen ab und liegt auf der freien Stirnseite einer die Gehäusetasche 9 begrenzenden Wandung 3a des Gehäuseteils.
Der Gehäusefortsatz 10 am Deckel 4 liegt unmittelbar an der zugewandten Außenseite des Dichtungsschenkels 14 an, wobei die aneinanderliegenden Flächen von Fortsatz 10 und Schenkel 14 eine gemeinsame Kontaktfläche 15 bilden, an der die beteiligten Bauteile mit einer quer zur Durchströmrichtung 16 gerichteten Dichtkraft aneinanderliegen. Unmittelbar an der freien Stirnseite des Gehäusefortsatzes 10 befindet sich bis zum Grund der Gehäusetasche 9 ein Freiraum 22, der zur Aufnahme von Schmutzteilchen 17 dienen könnte. Dieser Freiraum 22 kann ggf. auch zwischen der freien Stirnseite des Dichtungsschenkels 14 und dem Grund der Gehäusetasche 9 gebildet sein.
Der vertikale Dichtungsschenkel 14, welcher parallel zur Durchströmrichtung 16 angeordnet ist, ist mit einem oben liegenden, horizontalen, quer zur Durchströmrichtung liegenden Dichtungsschenkel 18 einteilig ausgebildet, über den das Dichtungselement 8 mit dem Filtermedium 6 im Bereich der Reinseite 12 verbunden ist. Der horizontale Dichtungsschenkel 18 übergreift die obere Stirnkante 3b der Gehäusewandung des Gehäuseunterteils 3.
An der obenliegenden Außenseite des horizontalen Dichtschenkels 18 greift ein Dichtsteg 19 an, der ebenfalls umlaufend ausgebildet ist, um über den gesamten Umfang des Filtermediums 6 eine zusätzliche Abdichtung der Reinseite 12 gegenüber der Rohseite 13 bzw. der Umgebung zu erreichen. Der Dichtsteg 19 ist im Ausführungsbeispiel als separates Bauteil ausgebildet, welches jedoch zweckmäßigerweise mit dem Gehäusedeckel 4 verbunden ist, und zwar auf der nach innen weisenden Innenseite des Gehäusedeckels. Der Dichtsteg 19 weist eine zugespitzte Stirnseite auf, mit der der Dichtsteg 19 das Dichtungselement 8 im Bereich des horizontalen Schenkels 18 kontaktiert. Der Dichtsteg 19 bildet eine zusätzliche Dichtstelle, die bezogen auf die Kontaktfläche 15 zwischen dem Gehäusefortsatz 10 und dem vertikalen Dichtschenkel 14 in Richtung der Reinseite 12 verschoben ist.
Der Dichtsteg 19 begrenzt einen Schmutzaufnahmeraum 20 zwischen der Außenseite des horizontalen Dichtschenkels 18 und der Innenseite des Gehäusedeckels 4. Dieser Schmutzaufnahmeraum 20 befindet sich zwischen der Kontaktfläche 15 und dem Dichtsteg 19. Der Dichtsteg 19 stellt sicher, dass diese Schmutzteilchen 21 nicht versehentlich in den Bereich der Reinseite 12 des Filtermediums 6 gelangen.
Der Schmutzaufnahmeraum 20 ist auch im eingesetzten Zustand des Filtermediums 6 und des aufgesetzten Gehäusedeckels 4 trotz der Dichtkräfte zwischen Gehäusedeckel und Dichtungselement gebildet. Der Dichtsteg 19 kann auf Grund seiner spitz zulaufenden Stirnseite sich in das Dichtungsmaterial des horizontalen Dichtschenkels 18 eingraben.
Alternativ zu der in 2 dargestellten Ausführung des Dichtstegs 19 ist es auch möglich, den Dichtsteg einteilig mit dem Gehäusedeckel 4 auszubilden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der Dichtsteg 19 einteilig mit dem Dichtungselement 8 ausgeführt. Der Dichtsteg 19 ist als den horizontalen, einen Dichtköper bildenden Schenkel 18 des Dichtungselementes 8 überragende Erhebung ausgeführt, die im montierten Zustand an der Innenseite des Gehäusedeckels 4 anliegt und den Schmutzaufnahmeraum zur Reinseite hin begrenzt.
Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist der Dichtsteg 19 ebenfalls einteilig mit dem Dichtungselement 8 ausgebildet. Der horizontale Schenkel 18 des Dichtungselementes 8 weist im Querschnitt eine winklige Gestalt auf, wobei der Dichtsteg 19 die Winkelkante zwischen den Winkelflächen 18a des Schenkels 18 bildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0863785 [0002]

Claims

Filtereinrichtung zur Filtration gasförmiger Fluide, insbesondere Luftfilter in Kraftfahrzeugen, mit einem Filtereinsatzteil (5), das ein Filtermedium (6) und ein am Filtermedium (6) angeordnetes Dichtungselement (8) umfasst, mit einem Filtergehäuse (2), in das das Filtereinsatzteil (5) einsetzbar ist, wobei im eingesetzten Zustand das Dichtungselement (8) und ein Gehäuseteil (4) des Filtergehäuses (2) eine gemeinsame Kontaktfläche (15) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Dichtsteg (19) zwischen dem Dichtungselements (8) und dem Gehäuseteil (4) vorgesehen ist, wobei der Dichtsteg (19) bezogen auf die Kontaktfläche (15) in Richtung der Reinseite (12) des Filtermediums (6) versetzt ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) mit Abstand zur Kontaktfläche (15) zwischen dem Dichtungselement (8) und dem Gehäuseteil (4) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der Kontaktfläche (15) und dem Dichtsteg (19) ein Schmutzaufnahmeraum (20) zur Aufnahme von Schmutzteilchen (21) gebildet ist, wobei der Schmutzaufnahmeraum (20) von dem Gehäuseteil (4) und dem Dichtungselement (8) begrenzt ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (15) und der Schmutzaufnahmeraum (20) von Außenflächen des Dich tungselements (8) gebildet bzw. begrenzt sind, die zueinander winklig ausgerichtet sind.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) als ein separat vom Dichtungselement (8) ausgeführtes Bauteil ausgebildet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) ein eigenständiges Bauteil bildet.
Filtereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (18) einteilig mit dem Gehäuseteil (4) ausgebildet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) im eingesetzten Zustand des Filtereinsatzteils (5) das Dichtungselement (8) verformt.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) einteilig mit dem Dichtungselement (8) ausgeführt ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) sich über einen Dichtkörper des Dichtungselements (8) erhebt.
Filtereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (19) einteilig mit dem Dichtkörper ausgebildet ist, der winklig ausgeführt ist, wobei der Dichtsteg (19) die Winkelkante des Dichtkörpers bildet.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkraft zwischen dem Dichtelement (8) und dem Gehäuseteil (4) quer zur Durchströmungsrichtung durch das Filtermedium (6) gerichtet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft des Dichtstegs (19) parallel zur Durchströmungsrichtung durch das Filtermedium (6) gerichtet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (19) in eine Gehäusetasche (9) einragt, die an einem Gehäuseteil (3) gebildet ist.