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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Luftfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Stand der Technik
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Ansaugluftfilter
werden im Kraftfahrzeug oft in einem Bereich angeordnet, welcher
direkt unter der Motorhaube liegt. Aus Gründen des Fußgängerschutzes
sollen die Motorhaube und die im darunterliegenden Bauraum angeordneten
Bauteile so ausgelegt werden, dass im Falle einer Kollision mit
einem anderen Verkehrsteilnehmer die Belastungen, welche beim Aufprall
auf den Verkehrsteilnehmer wirken, möglichst gering sind.
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Für
Ansaugluftfilter kommen meist Luftfilterelemente mit gefaltetem
Filtermedium zum Einsatz, wobei in der Regel Papier als Filtermedium
verwendet wird. Aufgrund der Faltung weist das Papierfilterelement
parallel zur Faltenrichtung eine hohe Festigkeit auf, wodurch eine
Verformung des Filterelements erst bei sehr hohen Belastungen auftreten
kann. Im Falle einer Kollision z. B. mit einem Fußgänger
besteht die Möglichkeit, dass Körperteile des
Fußgängers auf den Bereich der Motorhaube aufschlagen, unter
welchem der Luftfilter angebracht ist. Ist der Aufprall so heftig,
dass die Motorhaube bis auf die Höhe des darunterliegenden
Luftfilters verformt wird, bildet der Luftfilter einen zusätzlichen
Widerstand, wodurch die Belastung des Fußgängers
zusätzlich ansteigt. Je höher die Festigkeit des Luftfilters
ist, desto höher können die zusätzlichen
Belastungen auf den Fußgänger ausfallen. Hierbei
sind insbesondere in Belastungsrichtung gefaltete Papierfilter aufgrund
ihrer hohen Festigkeit nachteilig im Sinne des Fußgängerschutzes.
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Deshalb
muss ein Luftfilter, welcher mit einem solchen Filterelement ausgerüstet
ist, in einem ausreichenden Abstand von der Motorhaube angeordnet
sein, um die Gefahr schwerer Verletzungen für einen Fußgänger
bei einem Aufprall zu reduzieren. Der darüberliegende Raum
bleibt meist ungenutzt.
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Aus
der
EP 1 867 378 A1 ist
ein komprimierbares Luftfilterelement bekann, bei welchem das Filtermedium
so ausgeführt ist, dass es sich unter der Einwirkung einer äußeren
Kraft verformen kann. Hierfür wird als Filtermedium ein
Vlies verwendet.
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Aus
der
DE 20 2006
017 102 U ist eine Filtereinrichtung bekannt, bei welcher
das Filterelement als kompressibles, poröses Schaumstoffelement ausgeführt
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement für
einen Ansaugluftfilter so auszugestalten, dass weiterhin konventionelle
Filtermedien wie Papier verwendet werden können und gleichzeitig
weniger Raum unter der Motorhaube ungenutzt bleiben muss.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Luftfilterelement nach Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche geben zweckmäßige
Weiterbildungen an.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Filterelement weist mindestens
zwei Teil- Filterelemente auf, welche die Rohseite von der Reinseite
trennen. Die Teil-Filterelemente sind dabei dichtend so verbunden,
dass sie teleskopartig in Richtung einer Teleskopachse in- oder
zueinander verschiebbar sind.
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Im
Falle einer Kollision steht dadurch mehr Verformungsraum zur Verfügung,
wodurch sich die Belastungen auf den Kollisionspartner wie z. B.
einen Fußgänger reduzieren lassen. Ferner nimmt
ein teleskopartig ineinander verschobenes Filterelement weniger
Raum ein, wodurch der benötigte Raum für Lagerung
und Transport sinkt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform umschließt
mindestens ein Teil-Filterelement einen Zwischenraum, in welchem
ein weiteres Teil-Filterelement aufnehmbar ist. Eine dadurch gebildete
Ringform kann z. B. kreisrund, oval oder auch mehreckig sein. Das
Filterelement kann auch nur über einen Teilabschnitt eines
solchen Rings ausgeführt sein.
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In
einer Ausführungsform weist das Filterelement drei oder
mehr Teil-Filterelemente auf, wobei wiederum jedes der weiteren
Teil-Filterelemente in einem durch das nächstgrößere
Teil-Filterelement umschlossenen Zwischenraum aufnehmbar ist.
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Die
Teil-Filterelemente sind vorteilhaft jeweils mit dem nächstgrößeren
und/oder nächstkleineren Teil-Filterelement durch mindestens
ein Verbindungsglied verbunden.
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In
einer Ausführungsform weisen die Teil-Filterelemente jeweils
mindestens eine Endscheibe auf, wobei eine Endscheibe eines Teil-Filterelements
vorteilhaft jeweils durch mindestens ein Verbindungsglied mit einer
Endscheibe des nächstgrößeren Teil-Filterelements
verbunden sein kann. Das Verbindungsglied kann vorteilhaft dichtend
zwischen Roh- und Reinseite angeordnet sein. Die Endscheiben können
aus Kunststoff, vorteilhaft aus einem Elastomer, insbesondere PUR,
weiter vorteilhaft aus einem Thermoplast bestehen.
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In
einer Ausführungsform ist mindestens ein Verbindungsglied
elastisch oder plastisch verformbar ausgebildet. Auf diese Weise
wird die teleskopartige Verschiebung der Teil-Filterelemente ermöglicht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Endscheibe
einstückig mit einem Verbindungsglied und der Endscheibe
eines nächstgrößeren oder nächstkleineren
Teil-Filterelements ausgeführt.
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In
einer Ausführungsform ist mindestens ein Verbindungsglied
als Rastverbindung oder Schnappverbindung oder Klemmverbindung so
ausgebildet, dass die teleskopartige Verschiebung der Teil-Filterelemente
durch das Lösen der Verbindung ermöglicht wird.
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In
einer Ausführungsform besteht ein Verbindungsglied aus
PUR oder einem anderen elastischen Werkstoff. Ein solches teleskopisch
ineinander verschiebbares Filterelement kann dadurch hergestellt werden,
dass der elastische Werkstoff, insbesondere PUR, in eine Ringform
gegossen wird und anschließend zwei ringförmige
Filterelemente so eingelegt werden, dass eine Außenkante
des kleineren Elements am inneren Rand der Form in den flüssigen Kunststoff
eintaucht und eine Innenkante des größeren Elements
am äußeren Rand der Form in den flüssigen
Kunststoff eintaucht. Der Kunststoff geht beim Aushärten
eine dichte Verbindung mit den Teil-Filterelementen ein. Vorteilhaft
sind die Teil-Filterelemente ausreichend flexibel, um nach dem Verbinden
ein Teil-Filterelement um z. B. 90° umgeschlagen werden
zu können. Dadurch wird wiederum eine teleskopisch ineinander
verschiebbare Treppenform des Filterelements erzeugt. Die Durchströmungsrichtung der
Teil-Filterelemente kann dabei jeweils senkrecht oder parallel zur
Teleskopachse liegen.
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In
einer Ausführungsform ist das Verbindungsglied als elastisch
verformbares, ringförmiges Element ausgebildet ist, wobei
das Verbindungsglied z. B. in einer radial nach außen oder
innen gerichteten Nut an der Endscheibe eines ersten Teil-Filterelementes
angeordnet ist, wobei an der korrespondierenden Endscheibe des nächstkleineren
oder nächstgrößeren Teil-Filterelements
eine Fläche ausgebildet ist, gegen welche das erste Teil-Filterelement
mit dem Verbindungsglied verklemmbar ist. Als elas tisch verformbares
Verbindungsglied kann hierbei beispielsweise ein O-Ring verwendet
werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine insbesondere
unter Vibrationsbelastung dichte und zerstörungsfrei lösbare
Verbindung durch einfache konstruktive Mittel erreicht wird.
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In
einer Ausführungsform besteht das Filtermedium mindestens
eines der Teil-Filterelemente überwiegend aus Zellulose
oder Vlies, z. B. aus synthetischen Fasern, insbesondere aus schmelzgeblasenen
Fasern, oder aus Glasfasern oder einer Kombination daraus.
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In
einer Ausführungsform ist das Filtermedium mindestens eines
der Teil-Filterelemente gefaltet. Dabei kann das Filtermedium sternförmig
gefaltet sein. Die Durchströmung eines sternförmig
gefalteten Filterelements erfolgt vorteilhaft im Wesentlichen senkrecht
zur Teleskopachse.
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In
einer Ausführungsform ist mindestens ein Teil-Filterelement
ein gefaltetes Flachelement, wobei die Teleskopachse senkrecht oder
in einem Winkel von ca. 45°–90° zu den
Falten des Teil-Filterelements angeordnet sein kann. Dabei kann
die Durchströmung des Filterelements vorteilhaft parallel
zur Teleskopachse erfolgten.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens ein flach gefaltetes
Teil-Filterelement ein äußeres und/oder ein inneres
ringförmiges Abschlusselement auf, dass das Filtermedium
einfasst. Vorteilhaft kann das innere Abschlusselement eines Teil-Filterelements
durch ein Verbindungselement mit einem äußeren
Abschlusselement des nächstkleineren Teil-Filterelements
verbunden sein. Alternativ kann das äußere Abschlusselement
eines Teil-Filterelements mit einer Endscheibe des nächstgrößeren Teil-Filterelements
verbunden sein. Das Verbindungselement kann elastisch oder plastisch
verformbar oder als Schnapp- oder Rastverbindung ausgeführt
sein, um die teleskopartige Verschiebung der Teil-Filterelemente
zu ermöglichen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Abschlusselement
einstückig mit einem Verbindungselement und der Endscheibe
oder einem Abschlusselement eines nächstgrößeren
oder nächstkleineren Teil-Filterelements ausgeführt.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Luftfilter mit einem Filtergehäuse
und einem erfindungsgemäßen Filterelement. Das
Luftfiltergehäuse ist in einer Ausführungsform
so ausgeführt, dass es bei einem Aufprall einen möglichst
geringen Widerstand bietet. Hierzu kann ein Gehäuseteil,
insbesondere der Gehäusedeckel, elastisch oder plastisch
verformbar oder in Richtung der Krafteinwirkung verschiebbar ausgeführt
sein.
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Das
Filterelement ist in einer vorteilhaften Ausführungsform
so im Gehäuse befestigt, dass die Verformungsrichtung des
Filterelements der Verformungsrichtung des Gehäuses und
ungefähr der Richtung der Krafteinwirkung beim Aufprall
entspricht. Ist das Filtergehäuse unmittelbar oder mit
geringem Abstand unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs angebracht, erfolgt
die Verformung vorteilhaft ungefähr senkrecht (+/–45°)
zur Motorhaube.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Filterelement
so im Gehäuse befestigt, dass die Roh- von der Reinseite
getrennt wird. Vorteilhaft erfolgt dies z. B. durch eine Schnapp
oder Klemmverbindung, mit der ein Teil-Filterelement am Gehäuse befestigt
wird. Dabei kann eine Dichtung eingelegt oder am Filterelement oder
am Filtergehäuse angebracht sein. Alternativ kann das Filterelement über eine
Dichtung verfügen, welche zwischen den Gehäusehälften
dichtend verklemmt wird. Die Befestigung kann auch durch eine Schraub-
oder Bajonettverbindung einer Endscheibe mit dem Gehäuse
erfolgen.
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Die
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements
mit Teil-Filterelementen, welche teleskopisch ineinander verschiebbar
sind, umfassend die Schritte:
- – Füllen
einer ringförmigen Form mit einem flüssigen Elastomers,
insbesondere PUR,
- – Einlegen von mindestens zwei ringförmigen Teil-Filterelementen,
wobei eine Außenkante des kleineren Elements am inneren
Rand der Form in den flüssigen Kunststoff eintaucht und
eine Innenkante des größeren Elements am äußeren
Rand der Form in den flüssigen Kunststoff eintaucht,
- – Aushärten des Elastomers und dadurch Bilden einer
dichten Verbin dung zwischen Elastomer und Teil-Filterelementen
an den eingetauchten Stellen.
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Bevorzugt
wird zur Erzeugung einer treppenförmigen Anordnung der
Teil-Filterelemente mindestens ein ausreichend flexibel ausgebildetes
Teil-Filterelement nach dem Verbinden um ca. 45° bis 90° umgeschlagen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Filterelement mit drei Teil-Filterelementen, die teleskopartig
ineinander verschiebbar sind.
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2 zeigt
in einer weiteren Ansicht ein Filterelement mit drei Teil-Filterelementen,
die teleskopartig ineinander verschiebbar sind.
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3 zeigt
einen Schnitt durch ein Filterelement mit drei Teil-Filterelementen,
wobei auf der linken Seite des Schnittes das Filterelement in verformtem
Zustand und auf der rechten Seite das Filterelement in unverformtem
Zustand gezeigt ist.
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4 zeigt
ein Filtergehäuse mit einem Filterelement in ursprünglichem
Zustand.
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5 zeigt
ein Filtergehäuse mit einem Filterelement in verformtem
Zustand.
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6 zeigt
ein Detail eines Filterelements, bei welchem eines der Teil-Filterelemente
mit dem Filtergehäuse verbunden ist.
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7 zeigt
ein Filterelement, bei welchem das Verbindungsglied durch einen
elastischen O-Ring gebildet ist, mit welchem die Teil-Filterelemente
verklemmbar sind.
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8–11 zeigen
ein Filterelement mit zwei ringförmigen Teil-Filterelementen,
welche durch ein verformbares Verhindungsglied verbunden sind, wobei
das größere Teil-Filterelement so umgeschlagen
werden kann, dass das vorher flache Verbindungsglied nach dem Umschlagen
im Schnitt einen Winkel von ca. 90° aufweist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 bis 3 zeigen
ein Filterelement (1) mit drei Teil-Filterelementen (1a–c).
Die Teil-Filterelemente weisen jeweils mindestens eine Endscheibe
(2a–c) auf. Die erste Endscheibe (2a)
des kleinsten Teil-Filterelements ist geschlossen kreisförmig und
trennt die Rohseite des Filterelements von der Reinseite. Die weiteren
Endscheiben (2b, c) sind ringförmig. Die Teil-Filterelemente
(1a–c) sind ebenso ringförmig, wobei
das Filtermedium sternförmig gefaltet ist. Die Durchströmung
erfolgt radial von außen nach innen oder von innen nach
außen. Jedes Teil-Filterelement ist jeweils mit dem nächstkleineren Teil-Filterelement
(falls vorhanden) durch ein Verbindungsglied (3a, b) verbunden.
Die Verbindungsglieder (3a, b) sind in dieser Ausführungsform
jeweils einstückig mit zwei Endscheiben ausgeführt,
wobei radial innen die untere Endscheibe des kleineren Teil-Filterelements
und radial außen die obere Endscheibe des größeren
Teil-Filterelements angeordnet ist (2a + 3a + 2b und 2b + 3b + 2c).
Die zwischen den Endscheiben angeordneten Verbindungsglieder sind wellenförmig
ausgebildet, um eine Verformung des Verbindungsgliedes zu ermöglichen.
Durch die Verformbarkeit des Verbindungsgliedes kann unter Krafteinwirkung
das kleinere Teil-Filterelement in den vom nächstgrößeren
Teil-Filterelement umschlossenen Zwischenraum geschoben werden. 3 zeigt in
der Schnittansicht den Vergleich zwischen dem Filterelement in teleskopartig
zusammengeschobenem Zustand (3, links)
und dem Filterelement in ursprünglicher Form (3,
rechts). Die Dehnung des gewellten Verbindungsglieds ermöglicht
die Verschiebung der Teil-Filterelemente ineinander, wobei die Trennung
von Roh- und Reinseite erhalten bleibt.
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4 zeigt
einen Luftfilter (11) mit einem Filterelement mit drei
Teil-Filterelementen (1a–c) in einem Filtergehäuse
(12). Das obere und kleinste Teil-Filterelement (1a)
ist zur Stabilisierung am Deckel (13) des Filtergehäuses
befestigt. Die Durchströmung der einzelnen Teil-Filterelemente
erfolgt radial von außen nach innen, wodurch der vom Filterelement
umschlossene Raum (15) die Reinseite bildet. Die Gehäuseteile
(13 und 14) sind dichtend miteinander verbunden.
Das untere und größte Teil-Filterelement (1c)
ist dichtend mit der unteren Gehäusehälfte (14)
verbunden
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5 zeigt
denselben Luftfilter nach Krafteinwirkung in Pfeilrichtung (16).
Die Teil-Filterelemente (1a–c) sind teleskopartig
ineinander verschoben.
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Der
vom Filtergehäuse umschlossene Raum hat in diesem Zustand
ein deutlich geringeres Volumen als in ursprünglichem Zustand.
Die Gehäuseteile (13, 14) sind hierbei
gegenüber dem ursprünglichen Zustand gegeneinander
verschoben.
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6 zeigt
ein Detail einer Ausführungsform eines Luftfilters, bei
welchem ein Teil-Filterelement (1a) am Deckel (13)
des Filtergehäuses befestigt ist. Die Befestigung erfolgt
mit einer Schnappverbindung (21). Die Schnapphaken (22)
sind auf der Seite des Filterelements einstückig mit der
das Filterelement abschließenden Endscheibe (2a)
ausgeführt, die Schnapphaken (23) auf Gehäuseseite
sind an den Gehäusedeckel (13) angeformt. Die
Verbindung des Filterelements mit dem Gehäusedeckel reduziert
die Schwingungsbelastung des Filterelements, insbesondere der Verbindungsglieder,
stellt aber gleichzeitig kein oder nur ein geringes Hindernis für
die teleskopartige Verformung des Filterelements dar.
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7 zeigt
eine Ausführungsform eines Filterelements mit zwei Teil-Filterelementen.
Eine Endscheibe (2'a) des ersten Teil-Filterelementes (1b) weist
eine radial nach innen geöffnete Nut (32) auf, welche
einen O-Ring (31) aufnimmt, wobei der O-Ring (31)
in betriebsbereitem Zustand gegen eine Fläche (33)
der Endscheibe (2a) des nächstkleineren Teil-Filterelementes
(1a) gepresst wird. Dadurch entsteht eine zerstörungsfrei
lösbare und dichte Klemmverbindung zwischen den beiden
Teil-Filterelemente, die durch Aufbringen einer in der Figur von
oben nach un ten gerichteten Kraft auf das Teil-Filterelement (1a)
lösbar ist, wodurch ein teleskopartiges Verschieben des
kleineren Teil-Filterelementes in das nächstgrößere
Teil-Filterelement ermöglicht wird.
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8–11 zeigen
ein Filterelement mit zwei ringförmigen Teil-Filterelementen,
welche durch ein verformbares Verbindungsglied verbunden sind, wobei
das größere Teil-Filterelement so umgeschlagen
werden kann, dass das vorher flache Verbindungsglied nach dem Umschlagen
im Schnitt einen Winkel von ca. 90° aufweist. Das Verbindungsglied besteht
z. B. aus PUR oder einem anderen elastischen Werkstoff. Die Abbildungen
zeigen jeweils im oberen Teil das Filterelement in dem Zustand,
in welchem das Verbindungsglied angebracht wurde. Das äußere
Teil-Filterelement ist dabei so flexibel ausgebildet, dass es um
90° umgeschlagen werden kann. Der Zustand mit umgeschlagenem
Teil-Filterelement ist jeweils im unteren Teil veranschaulicht.
Die 8–11 zeigen
Ausführungsbeispiele, bei welchen unterschiedliche Positionen
der mittleren Endscheibe und unterschiedliche Durchströmungsrichtungen
der Teil-Filterelemente realisiert werden. Gezeigt ist jeweils ein
Filterelement aus zwei Teil-Filterelementen (1a, b), wobei
das kleinere Teil-Filterelement mit einer Endscheibe (2a)
dichtend verbunden ist. Die Teil-Filterelemente (1a, b)
sind durch ein Verbindungsglied 3a verbunden, welches durch
Umschlagen des größeren Teil-Filterelements (1b)
in Pfeilrichtung (102) ver formt werden kann. Die Durchströmung
der Teil-Filterelemente erfolgt jeweils in Pfeilrichtung (101).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1867378
A1 [0005]
- - DE 202006017102 U [0006]