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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, zum Beispiel zum Einsatz als Luftfilter für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Ferner wird eine Filteranordnung und ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Filterelements offenbart.
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Im verbauten Zustand liegen solche Filterelemente in Gehäusen oder Filteraufnahmen vor. Dabei soll der Reinluftbereich von einem Rohluftbereich möglichst dicht getrennt sein
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 813 342 A1 ist zum Beispiel ein Filterelement für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine bekannt. Das dort beschriebene Filterelement weist einen Filterkörper mit einer Dichtung auf. Die Dichtung verfügt über eine Hartkomponente und eine Weichkomponente, wobei die Dichtung mit einem Klebstoff mit dem Filterkörper verbunden ist. Durch die Hartkomponente, welche direkt auf einem Gehäuseteil aufliegt, sollen Relativbewegungen zu diesem Gehäuseteil verhindert werden. Das vorgeschlagene Filterelement erfordert aufwändige Herstellungsverfahren und an jeweilige Gehäuseformen angepasste Dichtungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Filter bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demgemäß wird ein Filterelement vorgeschlagen, welches einen Filterkörper und eine um den Filterkörper umlaufend angeordnete Dichtung aufweist. Die Dichtung hat dabei eine Nut, in der zumindest teilweise ein elastischer Kunststoffschaum angeordnet ist.
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Insbesondere hat die Dichtung vorzugsweise eine Nut, in die zumindest teilweise ein elastischer Kunststoffschaum eingespritzt ist.
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Das Filterelement ist vorzugsweise als Filterelement für Ansaugluft einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine ausgestaltet. Ferner kann das Filterelement zur Filterung von Betriebsmitteln, wie zum Beispiel Öl, Ansaugluft, Benzin oder andere Kraftstoffe oder auch Abgas als Fluid geeignet sein.
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Der Kunststoffschaum, welcher beispielsweise Polyurethan aufweisen kann, schafft vorzugsweise eine axiale Abdichtung bei dem eingesetzten Filterelement. Das heißt, entlang einer Längsachse des Filterelements, welches in ein Gehäuse oder eine Aufnahme eingesetzt wird, wirken durch Auflageflächen axial Kräfte auf den Kunststoffschaum, der dabei komprimiert wird und abdichtet.
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Vorzugsweise ist eine Nutöffnung parallel zu einer Oberfläche des Filterkörpers ausgerichtet. Bei einem beispielsweise zylinderförmigen Filterelement ist die Nut der Dichtung bevorzugt derart orientiert, dass die Öffnung der Nut in Richtung einer Anström- oder Abströmseite für zu filterndes Fluid ausgerichtet ist.
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Das Filterelement kann beispielsweise mit einer Dichtung ausgestattet sein, welche zwei im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Filterkörpers angeordnete Schenkel umfasst und einen im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Filterkörpers angeordneten Schenkel. Es ergibt sich zum Beispiel ein U-förmiges Dichtungsprofil, wobei die beiden parallelen Schenkel des sich ergebenden Us parallel zu der Oberfläche umlaufend um den Filterkörper vorliegen. In die Öffnung des Us, bzw. die Nut, kann geeigneter elastischer Kunststoffschaum eingegossen oder eingespritzt werden.
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Vorzugsweise ist der Kunststoffschaum aus einem Material, welches beim Einspritzen in die Nut thixotrop ist. Die Verwendung von thixotropen Schaummaterialien, beispielsweise Polyurethan, hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Filterelements dasselbe in einer praktisch beliebigen Orientierung vorliegen kann. Die thixotropen Eigenschaften während des Herstellungsprozesses ermöglichen ein schnelles und preiswertes Realisieren des Dichtungskonzeptes.
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Es ist ferner denkbar, dass der Kunststoffschaum aus der Nut hinausragt. Beispielsweise kann der zunächst in die Nut eingegossene Schaum während seiner Reaktionszeit das Volumen vergrößern, so dass im abgebundenen Zustand der Kunststoffschaum elastisch aus der Nut hinausragt. Die Höhe der Dichtung ist daher flexibel bei der Herstellung bestimmbar.
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Die Dichtung kann eine Hartkomponente und eine Weichkomponente aufweisen. Durch eine Hartkomponente kann beispielsweise verhindert werden, dass im eingebauten Zustand des Filterelements dasselbe keine Relativbewegungen gegenüber einer Gehäuseaufnahme ausführen kann.
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Die Hartkomponente kann an der Oberfläche des Filterkörpers anliegen, beispielsweise mittels eines Klebers daran befestigt sein. Die Weichkomponente, welche vorzugsweise die Nut ausbildet, kann im verbauten Zustand zusammen mit dem eingespritzten Kunststoffschaum verdichtet oder verformt werden und dadurch einen besonders dichten Abschluss mit Gehäuseauflageflächen schaffen.
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Vorzugsweise ist die Dichtung mit Hilfe eines Klebstoffs an dem Filterkörper verbunden. Es ist einfach, das Filterelement sowie die Dichtung zunächst getrennt bzw. separat herzustellen und im eigentlichen Herstellungsprozess aneinander zu kleben. Dabei kann die Dichtung stranggepresst vorliegen, vorgefertigt sein als Ring oder auch als Meterware vorliegen.
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Es wird außerdem eine Filteranordnung vorgeschlagen, bei der ein wie oben beschriebenes Filterelement in einer Filteraufnahme oder einem Filtergehäuse eingesetzt ist und wobei die Dichtung einen Rohfluidbereich und einen Reinfluidbereich dichtend trennt.
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Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements vorgeschlagen, welches die Schritte umfasst: Anbringen einer um einen Filterkörper umlaufenden Dichtung an den Filterkörper, wobei die Dichtung eine Nut aufweist. Und Einspritzen eines elastischen Kunststoffschaums zumindest teilweise in die Nut.
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Vorzugsweise handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements für Ansaugluft einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigt dabei:
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1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Filteranordnung;
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2: eine Teilschnittdarstellung der ersten Ausführungsform einer Filteranordnung;
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3: schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Filterelements; und
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4: eine Teilschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Filterelements.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Filteranordnung 10 in der Hauptansicht mit einem Teilschnitt in der unteren Bildhälfte dargestellt. Die Filteranordnung 10 weist ein Gehäuse 6 mit einem Deckel 5 und einem ovalen Filtereinsatz oder Filterelement 1 auf. Der Deckel 5 ist derart ausgestaltet, dass er das Gehäuse 6 verschließt, wobei das Gehäuse 6 gemeinsam mit dem Deckel 5 ein Filtergehäuse oder eine Filteraufnahme bildet. Das Filterelement 1 verfügt über einen Filterwickel 13 mit wechselseitig verschlossenen Kanälen 14 und eine Dichtung 3. Der Filterwickel 13 bildet im Wesentlichen einen Filterkörper des Filterelements 1 aus. Die Dichtung 3 ist zwischen dem Deckel 5 und dem Gehäuse 6 angeordnet. Die Ausgestaltung und Anordnung der Dichtung 3 wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
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Der Deckel 5 verfügt über einen Einlass 16, durch welchen die zu reinigende Luft in das Filtergehäuse einströmen kann. Der Auslass 17 für die gereinigte Luft ist in dem Gehäuse 6 angeordnet. Der Filtereinsatz bzw. das Filterelement 1 ist derart in dem Filtergehäuse angeordnet, dass der Einlass 16 dichtend von dem Auslass 17 getrennt ist, wobei sich das Filterelement 1 in axialer Richtung in das Gehäuse 6 erstreckt. An dem Gehäuse 6, welches bei diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet ist, sind Befestigungslaschen 18 vorgesehen, mit welchen das Gehäuse 6 in seinem Bauraum fixiert wird. Durch die zweiteilige Ausbildung des Gehäuses 6 ist dieses in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren einfach und kostengünstig herstellbar. Die beiden Gehäuseteile sind in einem Verbindungsbereich 19 dichtend miteinander verbunden, wobei diese Verbindung im Bereich durch Schweißen oder Kleben erzeugt werden kann. Im Inneren des Gehäuses 6 stützt sich das Filterelement 1 an einem Absatz 20, welcher in der Nähe des Verbindungsbereiches 19 angeordnet ist, ab. Durch die nachfolgend beschriebene Ausgestaltung der Dichtung 3 wird unter Anderem verhindert, dass das Filterelement 1 Relativbewegungen zu dem Gehäuse 10 ausführt. Dadurch werden Scheuerstellen an dem Filterelement 1 verhindert.
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Die zu reinigende Luft strömt durch den Einlass 16 in das, durch den Deckel 5 und das Gehäuse 6 gebildete Filtergehäuse ein. Die ungereinigte Luft dringt in Pfeilrichtung 21 in die offenen Kanäle 14 des Filtereinsatzes 1 ein. Beim Übertritt (Pfeil 22) der Luft in die benachbarten Kanäle 14, welche in Richtung des Auslasses 17 geöffnet sind, werden die Verunreinigungen zurückgehalten. Aus diesen, in Richtung des Auslasses 17 offenen Kanälen 14 strömt die gereinigte Luft in Pfeilrichtung 23 aus und gelangt durch den Auslass 17 aus dem Filtergehäuse.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus der Filteranordnung gemäß 1 im Schnitt dargestellt. Von dem zweiteiligen Gehäuse ist nur der Teil dargestellt, welcher den Filtereinsatz bzw. das Filterelement 1 umschließt. Der andere Teil des Gehäuses 6, an welchem der Auslass 17 angeordnet ist, ist nicht dargestellt. Der Filterwickel 13, welcher durch ein Filtermedium mit wechselseitig verschlossenen Kanälen 14 gebildet ist, ist spiralförmig um ein Schwert 24 gewickelt. Das Schwert 24 ist dichtend und unlösbar mit dem Filterwickel 13 verbunden. An der, dem Einlass 16 zugewandten Seite des Schwerts 24 ist ein Entnahmegriff 25 angeordnet. Mit dem Entnahmegriff 25 kann der Filtereinsatz bzw. das Filterelement 12 nach dem Entfernen des Deckels 5 aus dem Gehäuse 6 gezogen werden.
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Die Dichtung 3 des Filterelements 1 verfügt über eine ringförmig um den auch als Filterkörper 13 bezeichneten Filterwickel ausgebildete Nut 11, in welcher ein Kunststoffschaum 4 vorgesehen ist. Die Dichtung 3 umläuft den beispielsweise zylinderförmig oder mit ovalem Grundriss ausgebildeten Filterkörper 13 entlang einer Umfangslinie.
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Die ein U-förmiges Profil aufweisende Dichtung 3 hat eine Hartkomponente 27, die einem Schenkel des Us entspricht, der an der Oberfläche des Filterkörpers anliegt. Die beiden übrigen Schenkel sind aus einer Weichkomponente 26 gefertigt. Ein Kleber 31 verbindet die Hartkomponente 27 mit dem Filterkörper 13. Durch den Verbund der Hartkomponente 27 mit der Weichkomponente 26 und dem Kleber 31 ist ein fester Verbund mit dem Filterkörper 13 erzeugt, wobei der Filterkörper 13 keine axialen Relativberegungen zu der aus Hart- und Weichkomponente 26, 27 gebildeten Dichtung 15 ausführen kann.
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Die Hartkomponente 27 kontaktiert den oval ausgebildeten Bereich des Gehäuses 10 im Bereich einer Dichtungsauflage 28. Da sowohl die Hartkomponente 26 als auch die Dichtungsauflage 28 des Gehäuses 10 nahezu unflexibel ist, kann das Filterelement 1 keine Relativbewegung zu dem Gehäuse 10 ausführen. Es ist auch möglich, die U-förmige Dichtung aus einem einzigen Material zu fertigen. Im zusammengebauten Zustand drückt die Dichtungsauflage 28 den flexiblen in die Nut eingespritzten Kunststoffschaum 5 zusammen, wodurch eine gute Abdichtung erfolgt.
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Die 3 zeigt schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Filterelements sowie eine weitere Ausführungsform des Filterelements. In den Darstellungen 3A–3D ist ein Ausschnitt eines Filterelements im Profil dargestellt. Dabei erkennt man einen Filterkörper 2, der beispielsweise zylindrisch oder mit einem ovalen Grundriss, wie in den 1 und 2, ausgestaltet ist. Das Filterelement 1 umfasst somit den Filterkörper 2 und eine um den Filterkörper 2 herum angeordnete Dichtung 3. Die Dichtung 3 wird, wie in der 3A schematisch dargestellt ist, an die Oberfläche O des Filterkörpers 2 angebracht. Dies kann beispielsweise durch eine Verklebung erfolgen.
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Die Dichtung hat in der Darstellung der 3A ein im Wesentlichen U-förmiges Profil, das aus drei Schenkeln 3A, 3B, 3C gebildet ist. Zwischen den beiden parallelen Schenkeln 3A und 3C ergibt sich somit eine Nut 11. Die Öffnung der Nut 11 verläuft dabei axial, also parallel zu einer Oberfläche O des Filterkörpers 2. In der dargestellten Ausführungsform hat die Nut 11 keine radiale Öffnung, also von der Oberfläche O senkrecht wegweisend.
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In einem entsprechenden Herstellungsverfahren wird zunächst der Filterkörper 2, beispielsweise aus einem plissierten Filtermaterial oder einem Filterwickel bereitgestellt. Die Dichtung 3 wird mit beispielsweise einem Klebstoffmaterial um den Filterkörper 2 herum angeordnet befestigt. Der Schenkel 3A umläuft dabei beispielsweise eine Umfangslinie des Filterkörpers 2. Anschließend wird, wie in der 3B dargestellt ist, ein vorzugsweise thixotroper Kunststoffschaum 4 in die Nut eingespritzt oder eingegossen. Das Einbringen des beispielsweise PU-aufweisenden Kunststoffschaums kann über eine Spritzdüse oder sonstige gängige Extrusionsmechanismen erfolgen. In der Darstellung der 3B ist die Nut im Wesentlichen mit dem Kunststoffschaum 4 verfüllt. Der Schaum 4 verfestigt sich während seiner Reaktionszeit und liefert in der Folge eine flexible Verfüllung der Nut 11.
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Bei der Reaktion bzw. dem Verfestigen oder Abbinden des Kunststoffschaums 4 kann sich dessen Volumen vergrößern. Dies ist in der 3C dargestellt. Der Kunststoffschaum 4, welcher mit der Dichtung 3 umlaufend um den Filterkörper vorliegt, ragt aus der Nut des Dichtungsprofils hinaus. Durch die Menge an eingespritztem Kunststoffschaummaterial kann eingestellt werden, wie stark im verfestigten Zustand der Kunststoffschaum 4 aus der Nut hinausragt. Man kann auch von einer Dichtungshöhe sprechen, die sich aus dem Schenkel 3B und der größten Ausdehnung des Kunststoffschaums 4 ergibt. Die sich ergebende Dichtungshöhe ist dabei bei der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung flexibel einstellbar und kann auf die Gegebenheiten des Einbauorts des Filterelements 1 angepasst werden. Beispielsweise können standardisierte Dichtungsprofile vorgefertigt werden, in die für unterschiedliche Filterelementtypen verschieden starke oder dicke Kunststoffschaumraupen eingespritzt werden. Somit lässt sich ein einheitliches einfaches Herstellungsverfahren für unterschiedliche Filtertypen erzielen.
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In der 3D ist eine typische Einbausituation für ein Filterelement 1 in einem Filtergehäuse dargestellt. Dabei werden, wie bereits in der 1 und 2 angedeutet, das Filterelement 1 zusammen mit der Dichtung 3 in ein Gehäuse 6 eingesetzt. Das Gehäuse 6 liefert eine Dichtungsauflage 28, auf die die Dichtung 3, insbesondere mit dem elastischen Kunststoffschaum 4 aufliegt, und angedrückt werden kann. Das Andrücken erfolgt über den Deckel 5, der die Dichtung 3 einerseits komprimiert und andererseits auf die Dichtungsauflage 28 des Gehäuses 6 drückt. Es ergibt sich, wie in der 3D dargestellt ist, eine besonders gute um den Filterkörper 2 verlaufende Abdichtung zwischen einem Reinluftbereich und einem Rohluftbereich, die in der Orientierung der 3 oberhalb bzw. unterhalb des Filterkörpers 2 vorliegen.
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Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Filterelement 11. Die 4 zeigt dabei einen Ausschnitt des Filterelements 11 mit einem Filterkörper 2, der beispielsweise als Filterwickel ausgebildet ist. Man erkennt im Profil eine Dichtung 3, welche auf der Oberfläche O umlaufend um den Filterwickel bzw. Filterkörper 2 befestigt ist. Die Ausführungsform der Dichtung 3 ist mehrteilig ausgebildet. Ein erster flacher Dichtungsabschnitt 8, der zum Beispiel aus einer Hartkomponente, also besonders festem Kunststoff gefertigt ist, liegt an der Oberfläche O des Filterkörpers 2 an. Ein zweiter Dichtungsabschnitt 9, beispielsweise aus einer weicheren Kunststoffkomponente, bildet eine Nut oder eine Rinne 11 aus, in die vorzugsweise PU-Schaum 4 eingespritzt ist. Die Befestigung der Dichtung 3 an dem Filterkörper erfolgt zum Beispiel über einen Klebstoff 7, der den zweiten Dichtungsteil 9, welcher die Nut 11 ausbildet, keilförmig von dem Filterkörper 2 radial nach außen drückt.
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In der 4 ist eine Achse Ax gestrichelt eingezeichnet, welche parallel zu einer Längsachse des Filterkörpers 2 verläuft. Wie bereits hinsichtlich der 3D erläutert wurde, erfolgt eine Abdichtung entlang dieser Achse Ax beispielsweise durch ein Zusammendrücken oder Komprimieren der Dichtung 3 durch Gehäuseauflageflächen. Die Dichtung schafft somit eine axiale Abdichtung und nur begrenzt eine radiale, also senkrecht auf dem Filterkörper 2 wirkende Abdichtung. Wenn der die Nut 11 ausbildende Teil 9 der Dichtung 3 eine Weichkomponente umfasst, die beispielsweise hinsichtlich ihrer Flexibilität dem PU-Schaum 4 entspricht, kann der gesamte Bereich der Dichtung 3, welcher in etwa radial von dem Filterkörper 2 absteht, komprimiert werden und als dichtendes Material, beispielsweise zwischen Auflageflächen dienen. Der als Hartkomponente ausgeführte Dichtungsbereich 8 hingegen, schafft eine besonders stabile Befestigung und verhindert Relativbewegungen des gesamten Filterelements in der hier nicht dargestellten Aufnahme oder dem Gehäuse.
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Das vorgeschlagene Filterelement mit dem axial wirkenden Dichtungskonzept, welches PU-Schaum umfasst und insbesondere mit thixotropen PU-Schaum hergestellt werden kann, führt zu einer Kosteneinsparung und vereinfachten Lagerhaltung, da durch die Ausgestaltung des eingeschäumten Kunststoffes 4 beliebige Dichtungshöhen erzielt werden können. Der eigentliche umlaufende Dichtungsring muss daher nicht an verschiedene Filterelementtypen angepasst werden. Der die Nut bildende Dichtungsring kann zum Beispiel mit einem Zweikomponentenkunststoffteil hergestellt werden. Dabei sind die Dichtungsprofile beispielsweise in der Art von Meterware oder vorgefertigten Ringen, die über einen Filterkörper gestülpt werden und befestigt werden können, denkbar.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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