-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere einen
Innenraumfilter zum Filtern von Luft für den Innenraum
eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren
für ein solches Filterelement.
-
Ein
entsprechendes Filterelement dient der Filterung von Fluidströmungen
oder gasförmigen Medien, beispielsweise zur Filterung einer
Luftströmung, die dem Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs
zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung sowie die ihr
zugrunde liegende Problematik wird nachfolgend im Wesentlichen für
ein Filterelement zur Filterung von Luft für den Innenraum
eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Solche Filter werden nachfolgend
auch kurz als KFZ-Innenraumluftfilter oder auch Innenraumfilter
bzw. Kabinenluftfilter bezeichnet.
-
Die
zunehmende Luftverunreinigung, insbesondere in Großstädten,
in Verbindung mit dem Einsatz von Klimaanlagen im Fahrzeug erfordert,
dass die von außen in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges
geleitete und aufbereitete Luft mittels geeigneter Filter gereinigt
wird. Hierfür kommen beispielsweise Partikelfilter, Geruchsfilter
oder Kombinationen derselben miteinander in Betracht, die in der
Luft enthaltene Schwebstoffe, Partikel und Gerüche aus
der angesaugten Rohluft möglichst gut herausfiltern bzw. absorbieren
sollen.
-
Da
die Wirksamkeit von Filtern insbesondere von der Größe
der von der Luft durchströmten Oberfläche des
Filters abhängig ist, kommen für Kfz-Innenraumluftfilter überwiegend
zickzackförmig gefaltete Filtermedien, die auch als plissierte
Filtermedien bezeichnet werden, zum Einsatz. Durch die Faltung des
verwendeten Filtermediums kann abhängig von der Faltungshöhe,
dem Faltungsabstand und dem Grad des Zusammenstauchens dieser ziehharmonikaähnlichen
Filterpacks der verschiedenen Faltabschnitte des Filtermediums eine
Vergrößerung der von dem Luftstrom durchströmten
Filterfläche ermöglicht werden.
-
Um
entsprechende Filterelemente mit zickzackförmig gefalteten
Filtermedien insbesondere montagetechnisch besser handhaben zu können, sind
oft Verstärkungselemente an den Seiten des Faltenpacks
auf den Faltenprofilen vorgesehen. Diese Armierungselemente werden
als Seitenbänder bezeichnet und dienen der seitlichen Fixierung
und Stabilisierung des zickzackförmigen Filtermediums und
sind zum Beispiel mittels eines geeigneten Klebers an den seitlichen
Profilen des Faltenpacks angebracht.
-
Stand der Technik
-
Es
ist häufig notwendig, das Gehäusevolumen einer
Filteraufnahme mit mehreren Filterelementen auszufüllen.
Dabei sind dann meist durch aufwendige Formgebungen der Seitenbänder
und daran abgebrachter zusätzlicher Fixiermittel mehrere Filterelemente
miteinander verbunden.
-
In
der
DE 10 2005
044 491 A1 ist zum Beispiel der Einsatz von komplementär
zueinander ausgeführten Schienen an den Seitenbändern
vorgeschlagen, die nach einem Nut- und Federprinzip ineinandergreifen.
Nachteilig ist dabei insbesondere im Herstellungsprozess die Formgebung
und Anbringung derartiger Fixiermittel am Filterelement. Es ist üblicherweise
gewünscht, dass diese Filterelemente neben einer einfachen
montagetechnischen Handhabbarkeit möglichst auch kostengünstig
sein sollten und damit insbesondere möglichst einfach zu
produzieren sind. Dabei ist es vorteilhaft, möglichst wenig Filtermaterial,
wie z. B. Filtervlies, einzusetzen und die Herstellung in wenigen
Schritten zu vollziehen.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein verbessertes Filterelement zu schaffen, dass einfach
herstellbar ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Demgemäß ist
ein Filterelement vorgesehen, insbesondere ein Innenraumfilter für
ein Kraftfahrzeug, mit einem Faltenpack, einem ersten Seitenbandabschnitt
und einem zweiten Seitenbandabschnitt, welche auf gegenüberliegende
Faltenprofile des Faltenpacks zumindest teilweise angebracht sind,
wobei die Seitenbandabschnitte ein thermisch verformbares Seitenbandmaterial
aufweisen. An mindestens dem ersten Seitenbandabschnitt ist seitlich
ein von dem Filterelement abstehender Führungsabschnitt
aus thermisch verformtem Seitenbandmaterial derart ausgebildet ist,
dass ein Seitenbandabschnitt eines weiteren gleichartigen Filterelementes
mit dem abstehenden Führungsabschnitt ineinandergreifen
kann.
-
Durch
den (oder die) thermisch verformten Führungsabschnitt(e)
ist es möglich mehrere Filterelemente zum Beispiel in einer
Filteraufnahme nebeneinander anzuordnen, wobei diese sich gegenseitig abstützen
und der Führungsabschnitt ein Verrutschen entlang der Seitenbänder
zumindest teilweise verhindert.
-
Der
jeweilige Führungsabschnitt und das Seitenband sind in
einer Ausführungsform werkstoffeinstückig ausgeführt,
wobei der Führungsabschnitt durch thermische Verformung
des Seitenbandes gebildet ist.
-
Das
Filterelement ist besonders aufwandsgünstig herstellbar,
da das Seitenband unter thermischer Verformung umgebogen wird und
einen seitlich abstehenden Führungsabschnitt ausbildet.
Es ist daher nicht notwendig, mehrere Teile auf ein Faltenpack,
welches von einem Seitenband umschlossen wird, hinzuzufügen
oder zu fixieren. Da der Führungsabschnitt aus demselben
Material des Seitenbandes gefertigt ist, können einheitliche
Herstellungswerkzeuge verwendet werden.
-
Das
Seitenbandmaterial kann ferner verdichtbar und der Führungsabschnitt
aus verdichtetem Seitenbandmaterial gebildet sein. Denkbar ist beispielsweise
ein Seitenbandmaterial aus einem Vlies, beispielsweise verfilztem
PET. Beim thermischen Verformen kann dann ein Verschmelzen der äußeren
Schichten des Vlies- oder Seitenbandmaterials erfolgen, wodurch
dieses geschmeidig wird und leicht zu dem Führungsabschnitt
umbiegbar ist.
-
Eine
Ausführungsform des Filterelementes sieht zwei Seitenbänder
vor, wobei ausschließlich eines der Seitenbänder
L-förmig ausgeführt ist. Ein abgewinkelter Abschnitt
des L-förmig ausgeführten Seitenbandes dient dann
als Führungsabschnitt, welcher geeignet ist, eine Kante
eines Seitenbandes eines anderen Filterelementes abzustützen.
-
Eine
andere Ausführungsform des Filterelements hat zwei Seitenbänder,
welche L-förmig ausgeführt sind. Bei den Seitenbändern
ist jeweils ein abgewinkelter Abschnitt des L-förmig ausgeführten Seitenbandes
als Führungsabschnitt ausgebildet. Der Führungsabschnitt
ist derart ausgeführt, dass er geeignet ist, eine Kante
eines Seitenbandes eines anderen gleichartigen Filterelementes abzustützen, wobei
die Kante dem Führungsabschnitt des jeweiligen Seitenbandes
gegenüber liegt.
-
Die
Führungsabschnitte an einem Filterelement sind somit komplementär
zueinander an gegenüberliegenden Seitenbändern
angeordnet und greifen zum Beispiel ineinander. Dadurch stützen
sich insbesondere mehrere derartig ausgeführte Filterelemente,
die mit ihren Seitenbändern aneinander liegen und in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, gegenseitig ab.
-
In
einer Ausführungsform des Filterelementes weist das Faltenpack
mehrere, durch Faltungen gebildete Faltenabschnitte auf, welche
durch eine Verklebung mit dem Seitenband fixiert sind. Das Faltenpack
kann dabei mit Aktivkohle benetzt werden, um eine besonders gute
Filterwirkung zu erzielen. Um die Faltung weiter zu stabilisieren
ist auch denkbar, das Vliesmaterial zu erhitzen und dadurch gefaltet
zu fixieren.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform des Filterelementes weist zwei
Seitenbandteile mit einem jeweiligen Führungsabschnitt
auf, zwischen denen das Faltenpack fixiert ist. Diese Ausführungsform
erfordert lediglich drei einzelne Elemente, die im Herstellungsverfahren
zusammengefügt werden.
-
Vorzugsweise
ist der Führungsabschnitt durch thermische Verformung und/oder
Verdichtung derart versteift, dass das Filterelement durch den einen
oder mehrere Führungsabschnitte auf einer Auflage eines
Filterhalters getragen wird oder ein anderes Filterelement stützen
kann. Die Führungsabschnitte dienen zum Beispiel dazu,
das gesamte Filterelement einerseits dasselbe in einem Gehäuse festzuhalten
und andererseits Halt für benachbarte anliegende Filterelemente
zu schaffen.
-
Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Filterelementes
gemäß Patentanspruch 12.
-
Dabei
wird ein Faltenpack mit einem Seitenband aus einem thermisch verformbaren
Seitenbandmaterial zumindest teilweise fixiert, und das Seitenbandmaterial
wird zum Ausbilden eines seitlich von dem Filterelement abstehenden
Führungsabschnitts thermisch verformt. Die thermische Verformung
erfolgt derart, dass mindestens ein seitlich von dem Filterelement
abstehender Führungsabschnitt aus thermisch verformtem
Seitenbandmaterial gebildet wird. Der Führungsabschnitt
wird dabei derart gebildet, dass dieser einen Seitenbandabschnitt
eines weiteren gleichartigen Filterelementes stützen kann.
-
Ein
entsprechendes Verfahren lässt sich aufwandsgünstig
implementieren. Beispielsweise kann das thermische Verformen mittels
eines Heißluftstromes oder einer Ultraschalleinstrahlung
auf einen Abschnitt des Seitenbandes erfolgen. Die thermische Verformung
kann auch gleichzeitig durch Verbiegen des Seitenbandmaterials zu
dem Führungsabschnitt unterstützt werden.
-
In
einer Variante des Herstellungsverfahrens erfolgt das thermische
Verformen des Seitenbandmaterials durch Wärmezufuhr und
gleichzeitiges Verdichten des Seitenbandmaterials. Ein ähnlicher
Prozess erfolgt beispielsweise beim Bügeln eines Vlies- oder
Filzmaterials mit einem heißen Bügeleisen.
-
Das
thermische Verformen wird zum Beispiel mittels mindestens einer
Heizplatte erreicht, welche das Seitenbandmaterial auf eine Unterlage
umbiegt und verdichtet. Anschließend kann ein Zuschneiden oder
Zustanzen des Seitenbandmaterials auf vorgebbare Abmessungen erfolgen.
-
Die
Erfindung betrifft ferner ein Filterelement, welches nach einem
entsprechenden Herstellungsverfahren hergestellt ist.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen
Ausführungsbeispiele.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend ferner anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Es
zeigt dabei:
-
1:
eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Filterelementes;
-
2:
eine Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels
in einer Aufnahme;
-
3:
eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
in einer Aufnahme;
-
4: mögliche Formen von thermisch
verformten Seitenbandmaterialien während eines Herstellungsprozesses
eines Filterelementes; und
-
5: eine perspektivische Ansicht des zweiten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Filterelementes während der Herstellung.
-
In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern
nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen
worden.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In
der 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten
Ausführungsbeispiels für ein Filterelement 1 dargestellt.
Dazu ist zunächst ein Faltenpack 2 vorgesehen,
das aus ziehharmonikaförmig gefalteten Faltenabschnitten 2A gebildet
ist, welche durch die jeweiligen Faltkanten 2B begrenzt
sind. Der Pfeil R deutet eine mögliche Durchströmrichtung
eines zu filternden Fluids durch das Faltenpack an. in der 1 ist
lediglich der stirnseitig sichtbare Faltenabschnitt 2A und
eine Faltkante 2B mit Bezugszeichen versehen worden. Seitlich
wird das Faltenpack 2 durch zwei Seitenbandteile 3A, 3B fixiert.
Es kann beispielsweise eine Verklebung zwischen dem Seitenband 3A, 3B und
dem Faltenpack 2 erfolgen. Die beiden Seitenbänder 3A, 3B sind
dabei auf Faltenprofile 6 des Faltenpacks 2 angebracht.
Beispielhaft sind in der 1 lediglich einige Profile 6 gepunktet dargestellt,
die von dem rechten Seitenband 3B verdeckt sind. Das Seitenbandmaterial
ist thermisch verformbar, beispielsweise aus einem Vliesmaterial.
Ein mögliches Vliesmaterial besteht aus miteinander verfilzten
PET-Fasern, die bei Wärmeeinwirkung zum Beispiel anschmelzen
und damit das gesamte Vliesmaterial leicht verformbar machen.
-
Das
Seitenband weist ferner seitlich von dem gesamten Filterelement 1 abstehende
Führungsabschnitte 4A, 4B auf. Die beiden
Seitenbandteile 3A, 3B haben somit einen unteren
Halteabschnitt 5A, 5B, mit dem die Falten des
Faltenpacks 2 fixiert werden, und den Führungsabschnitt 4A, 4B,
der vorzugsweise einem rechten Winkel α an dem Halteabschnitt 5A, 5B absteht.
Die Verformung wird erfindungsgemäß durch Wärmezufuhr
erreicht. Dabei sind die Führungsabschnitte 4A, 4B zueinander
komplementär ausgeführt, dass heißt die
Führungsabschnitte 4A, 4B zweier gleichartiger
Filterelemente 1, die nebeneinander angeordnet sind, stützen
gegenseitig die Seitenbänder der unterschiedlichen Filterelemente.
Dies ist in den 2 und 3 näher
dargestellt.
-
Die 2 zeigt
zwei Filterelemente 1, 10, wie sie bezüglich
der 1 beschrieben sind, die in einer Halterung oder
Aufnahme 7, 8, wie zum Beispiel einem Filtergehäuse,
gemeinsam angeordnet sind. Beide Filterelemente 1, 10 haben
jeweils zwei Seitenbänder 3A, 3B, 30A, 30B,
die mit einem jeweiligen Führungsabschnitt 4A, 4B, 40A, 40B ausgestattet
sind. Die Filterelemente 1, 10 schmiegen sich an
den Seitenbändern 3A, 30B aneinander,
wobei die entsprechenden Führungsabschnitte 4A, 40B das
jeweils andere Filterelement 1, 10 bzw. Seitenband 3A, 30B stützen
und halten.
-
Die
Seitenbänder 3A, 3B, 30A, 30B haben dabei
eine L-förmige Ausführung, wobei der Halteabschnitt 5A und
der Führungsabschnitt 4A die beiden Schenkel des
Ls bilden. In dem durch den Halteabschnitt 5A und dem Führungsabschnitt 4A des
Seitenbandes 3A gebildeten Winkel liegt zum Beispiel eine
Kante 16 des Seitenbandes 30B des anderen Filterelementes 10.
Die Kante 16 bildet den Abschluss des Seitenbandes 30B und
ist distal zu dem thermisch verformten Führungsabschnitt 40B an demselben
Seitenband 30B. Die beiden Seitenbänder 3A und 30B bzw.
die Führungsabschnitte 4A und 40B der
unterschiedlichen Filterelemente 1, 10 greifen
somit ineinander und stützen die Filteranordnung aus den
zwei einzelnen Filterelementen 1, 10.
-
Das
in der 2 unterhalb angeordnete Filterelement 1 liegt
mit seinen Seitenband 4B in einer Aufnahme 11 in
der Gehäusewandung 8 und ist gegen Verrutschen
gesichert. Diese Fixierung wird ferner durch eine Ausnehmung 12,
in welche der Führungsabschnitt 4B passt, verbessert.
Analog sieht die obere Gehäusewandung 7 eine Ausnehmung 9 für den
Führungsabschnitt 40A des anderen, oberen Filterelementes 10 vor.
-
Die 3 zeigt
eine alternative Ausführungsform zweier Filterelemente 1, 10 in
einem Gehäuse, vom dem wie in der 2 lediglich
2 zwei Wandungen 7, 8 dargestellt sind. Die beiden
Filterelemente 1, 10 haben jeweils nur ein L-förmiges
Seitenband 3A, 30A und ein ”normales”,
nicht mit einem thermisch verformten Führungsabschnitt
(4A, 40A) versehenes Seitenband 3B, 30B.
Daher ist nur die obere Gehäusewandung 7 mit einer
Ausnehmung 9 für einen Führungsabschnitt 40A ausgestattet,
während die untere Gehäusewandung nur eine flache Aufnahme 11 aufweist.
Auch mit nur einem Seitenband 3A mit Führungsabschnitt 4A lässt
sich eine stabile, zwei Filterelemente 1, 10 umfassende
Filteranordnung realisieren. Die Kante 16 des oberen Seitenbandes 30B wird
von dem Führungsabschnitt 4A bzw. dem entstehenden
Winkelstück aus dem Führungsabschnitt 4A und
dem Halteabschnitt 5A sicher fixiert.
-
Die 4 zeigt mögliche Zustände
eines thermisch verformbaren Seitenbands während der Herstellung
eines Filters. Die 4A zeigt ein Seitenband 3.
Das Seitenband 3 ist aus einem Material aufgebaut, das
thermisch verformbar ist. Dabei sind viele Materialien denkbar,
beispielsweise ein Schaumstoffmaterial, miteinander verfilzte Kunststofffasern
oder auch Vollkunststoff. Entsprechende Materialien werden auch
als Thermoplaste bezeichnet, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen
lassen. Thermoplaste lassen sich auch durch Einwirkung von Wärme
und Druck miteinander verschweißen. Bekannt sind zum Beispiel
Polyethylen (PE), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide
(PA) oder auch Zelluloid. Aus all diesen Materialien lassen sich
auch Vliesmaterialien durch Verfilzen entsprechender Fasern erzeugen.
-
Die
in der 4 dargestellten Beispiele gehen
von einem Vliesmaterial aus, das eine Dicke D aufweist. Das Seitenband
ist zum Beispiel zunächst als Vliesstreifen 3 vorhanden.
Um den Führungsabschnitt auszubilden, wird zunächst
wie in der 4B dargestellt ist, unter Wärme-
und/oder Druckeinwirkung, das Vliesmaterial im Bereich des Führungsabschnittes 2 erhitzt.
Dadurch schmelzen beispielsweise an der Oberfläche des
Seitenbandes 3 die Fasern und verdichten das Material im
Führungsabschnittbereich 4.
-
Dazu
kann eine Heizplatte 13, die den Bereich des Führungsabschnitts 4 auf
eine Unterlage 14 drückt, verwendet werden. Der
entsprechende Halteabschnitt 5 wird somit nicht thermisch
behandelt. Dadurch ergibt sich beispielsweise eine verringerte Dicke
d ≤ D für den Führungsabschnitt 4.
-
Anschließend
kann, wie es in der 4C dargestellt ist, durch mechanischen
Einwirkung M der Führungsabschnitt 4 geeignet
umgebogen werden. Dabei schließt der Halteabschnitt 5 mit
dem Führungsabschnitt 4 einen Winkel α ein.
Dieser kann vorzugsweise 90° sein. Das Umbiegen kann beispielsweise
mittels der klammerartig den Führungsabschnitt 4 auf
die Unterlage 14 drückenden Heizplatte 13 erfolgen.
-
In
der 4D ist ebenfalls ein thermisch verformtes Seitenband
mit einem Halteabschnitt 5 und einem Führungsabschnitt 4 dargestellt,
wobei die Abschnitte 4, 5 einen 90°-Winkel
bilden. Das Umbiegen oder Umklappen und anschließende Verdichten
kann durch eine entsprechende Bewegung der Heizplatte 13 in
Richtung auf eine feststehende Unterlage 14 und Anpressen
des Führungsabschnitts 4 geschehen.
-
In
der 5 sind Zustände des zweiten
Ausführungsbeispiels eines Filterelementes während
eines Herstellungsverfahrens perspektivisch dargestellt. Bei der
Herstellung des Filterelementes 10 wird zum Beispiel zunächst
das Faltenpack 2 mit den nicht verformten und bereits auf
die notwendige Größe zugeschnittenen Seitenbandteilen
als Materialstreifen 15A, 15B verklebt. Die gepunkteten
Linien deuten die gewünschte endgültige Größe
der Seitenbandteile an. Dies kann zum Beispiel auf einen Transportband vollzogen
werden, sodass die entsprechend vorgefertigten Faltenpacks 2 und
Filterelemente 1 in einer Transportrichtung T befördert
werden.
-
Während
des Transports kann der als Führungsabschnitt 40A vorgesehene
Abschnitt des Seitenbandteils 30A mit Wärme W
behandelt werden, beispielsweise durch eine entsprechend angeordnete
und geformte Heizplatte. Dies ist in der 5A durch
die Pfeile w angedeutet.
-
Nachdem
das entsprechende vorgefertigte Filterelement 10 weiter
transportiert wurde, kann durch mechanische Einwirkung M, wie es
in der 5B durch die Pfeile M angedeutet
ist, der jeweilige Führungsabschnitt 40A umgebogen
entlang der gestrichpunkteten Linien umgebogen werden. Dies erfolgt,
soweit bis ein gewünschter Winkel α, beispielsweise
90°, wie es in der 3 dargestellt
ist, erreicht ist. Anschließend können die Seitenbänder 30A, 30B auf
die vorgegebene Größe zurechtgeschnitten oder
gestanzt werden.
-
Durch
die jeweilige thermische Verformung des zunächst flauschigen
Seitenbandmaterials tritt einerseits eine Verfestigung durch die
Verdichtung ein. Andererseits wird durch die Temperatureinwirkung
auch die Faltung oder Kante zwischen Führungs- und Halteabschnitt
besonders widerstandfähig, da geschmolzenes Seitenbandmaterial
aus dem Führungsabschnitt zumindest teilweise in den Knick gelangt
und diesen versteift.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt,
sondern vielfältig modifizierbar. Es können andere
als die dargestellten Geometrien für Filterelemente gewählt
werden. Dabei können die Gegebenheiten am Einbauort des
Filters berücksichtigt werden. Es sind ferner weitere Ausführungsformen
mit zum Beispiel vollständig umlaufenden Seitenbändern
und Führungsabschnitten möglich. Die genannten
Materialen für thermisch verformbares Seitenmaterial sind
ebenfalls nur beispielhaft zu verstehen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005044491
A1 [0007]