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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gas-Filtereinsatz nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zu dessen Herstellung und einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Ein Gas-Filtereinsatz, der in einem Luftfilter für Brennkraftmaschinen eingesetzt wird, wird in der
EP 2 152 385 B1 beschrieben. Der Filtereinsatz weist einen U-förmigen Filterkörper auf, der als Faltenfilter ausgebildet und in einem zweiteiligen Filtergrundkörper aus Kunststoff aufgenommen ist. Der Filterkörper wird radial von außen nach innen von der herangeführten Umgebungsluft durchströmt, die Ableitung der gereinigten Luft erfolgt axial aus dem zwischen den Schenkeln des Filterkörpers liegenden Reinraum.
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Der Filtergrundkörper, an welchem der Faltenfilter gehalten ist, besteht aus einer unteren und einer oberen Gehäuseschale, zwischen denen der U-förmige Faltenfilter aufgenommen ist. Zur Herstellung wird der Faltenfilter zwischen den Gehäuseschalen eingeklemmt und anschließend ein Schweißvorgang durchgeführt, so dass die Stirnkanten des Faltenfilters, die an der oberen und unteren Schale anliegen, mit diesen fest verbunden werden.
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Der
DE 43 25 110 A1 ist ein Staubsaugerfilter zu entnehmen, welcher aus einem Filterelement, das von einem umlaufenden eng anliegenden Rahmen umschlossen und mittels eines zusätzlichen Dichtelements damit dicht verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen konstruktiv einfach aufgebauten, in einfacher Weise herzustellenden Gas-Filtereinsatz anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gas-Filtereinsatz zur Filtration gasförmiger Medien, beispielsweise einen Luftfiltereinsatz für eine Brennkraftmaschine, um die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft einer Filtration zu unterziehen. Der Gas-Filtereinsatz kommt in Filtereinrichtungen zur Anwendung, insbesondere in Luftfiltern für Brennkraftmaschinen.
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Der Gas-Filtereinsatz weist einen Filterkörper bzw. ein Filterelement auf, das in einen Filtergrundkörper einsetzbar ist. Hierzu weist der Filtergrundkörper einen Aufnahmeraum auf, der an die Geometrie des Filterelementes angepasst ist. Der Filtergrundkörper besteht vorzugsweise aus Kunststoff und kann im Spritzgussverfahren hergestellt sein. Der Filtergrundkörper kann des Weiteren als ein einteiliges bzw. einstückiges Bauteil gefertigt sein.
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Mit dem Filtergrundkörper ist mindestens eine Deckscheibe verbunden, die den Aufnahmeraum zur Aufnahme des Filterelementes begrenzt, so dass im montierten Zustand die Deckscheibe auf einer Stirnseite des Filterelementes aufliegt. Die Deckscheibe ist vorteilhafterweise einteilig mit dem Filtergrundkörper ausgebildet. In Betracht kommt aber auch eine Ausführung als separates Bauteil, wobei in diesem Fall die Deckscheibe mit dem Filtergrundkörper verbunden ist. Die Deckscheibe begrenzt das Filterelement quer zur Durchströmungsrichtung.
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Um die Rein- von der Rohseite des Filterelementes strömungsdicht zu separieren, ist an der Deckscheibe ein Dichtelement in Form einer Dichtraupe oder Dichtschnur angeordnet, das unmittelbar am Filterelement anliegt, so dass Fehlluftströme zwischen Roh- und Reinseite verhindert werden. Um das Dichtelement in einfacher Weise herstellen zu können, weist die Deckscheibe eine Aufnahmenut auf, die zur Aufnahme eines Dichtmittels dient, wobei in eine Seitenwand der Aufnahmenut mindestens eine Übertrittsöffnung eingebracht ist, durch die das Dichtmittel hindurchtreten kann. Die Seitenwand bzw. die Übertrittsöffnung liegt an der dem Filterelement zugewandten Seite. Gegebenenfalls weist die Seitenwand der Aufnahmenut mehrere Übertrittsöffnungen für das Dichtmittel auf.
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Diese Ausführung ermöglicht es, Dichtmittel im nicht gebundenen bzw. nicht ausgehärteten Zustand in die Aufnahmenut in der Deckscheibe einzubringen, wobei über die Übertrittsöffnung ein Teil des Dichtmittels sich in Richtung des Filterelementes ausbreitet und dort nach dem Aushärten die gewünschte Dichtschnur bzw. Dichtraupe zur Separierung der Rein- von der Rohseite bildet. Das Dichtelement kann in einfacher Weise hergestellt werden, außerdem ist ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild gegeben, da das Dichtmittel so dimensioniert bzw. in der Menge in die Aufnahmenut eingebracht werden kann, dass nach dem Aushärten des Dichtmittels kein Überstand über die Deckscheibenoberseite gegeben ist. Die Aufnahmenut bzw. die Übertrittsöffnung in der Seitenwand der Aufnahmenut ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass über die gesamte Anströmfläche des Filterelementes eine Dichtraupe gebildet ist.
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Als Dichtmittel wird beispielsweise ein PUR-Schaum (Polyurethan) in die Aufnahmenut eingefüllt. Mit dem Aushärten expandiert der PUR-Schaum, der sich über die Übertrittsöffnung in Richtung des Filterelementes ausbreitet und unmittelbar am Filterelement die gewünschte Dichtraupe bildet.
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Um zu verhindern, dass beim Aushärten durch die Expansion Dichtmittel aus der Aufnahmenut austritt und die Oberseite der Deckscheibe überragt, kann es vorteilhaft sein, die Aufnahmenut nach dem Einfüllen des nicht ausgehärteten Dichtmittels mit einem Abdeckteil abzudecken, beispielsweise einer Schiene, Leiste oder dergleichen, so dass die Übertrittsöffnung die einzige Expansionsmöglichkeit für das Dichtmittel darstellt. Nach dem Aushärten des Dichtmittels kann das Abdeckteil wieder entfernt werden.
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Die Aufnahmenut befindet sich zweckmäßigerweise benachbart zur Reinseite des Filterelementes in der Deckscheibe. Die Übertrittsöffnung, durch die das Dichtmittel aus der Aufnahmenut in Richtung Filterelement hindurchtreten kann, bildet vorteilhafterweise eine Dichtraupe an bzw. benachbart zur an der Deckscheibe liegenden Stirnkante des Filterelementes, über die kein Fluid austreten soll. Es kann zweckmäßig sein, die Stirnkante des Filterelementes an einer oder an beiden gegenüberliegenden Seiten strömungsdicht abzudichten.
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Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, die Aufnahmenut in der Deckscheibe so anzuordnen, dass die Seitenwand der Aufnahmenut an der Reinseite des Filterelementes anliegt. Bezogen auf die Höhe der Reinseite des Filterelementes besitzt die Aufnahmenut nur eine verhältnismäßig geringe Erstreckung, so dass die Seitenwand der Aufnahmenut nur einen verhältnismäßig kleinen Teil der Reinseite des Filterelementes überdeckt und die Durchströmung des Filterelementes nicht in einer signifikanten Weise durch die Aufnahmenut beeinträchtigt ist.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass die Übertrittsöffnung, die in die Seitenwand der Aufnahmenut eingebracht ist, unmittelbar an die Deckscheibe angrenzt. Die Übertrittsöffnung befindet sich somit an der Kante des Filterelementes zwischen Reinseite und oberer Stirnkante bzw. -fläche.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Filterelement U-förmig ausgebildet, wobei die Durchströmung mit dem Fluid zweckmäßigerweise radial von außen nach innen erfolgt, so dass der Zwischenraum zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Filterelementes den Reinraum bildet. Aus dem Reinraum wird das gereinigte Gas üblicherweise axial, also parallel zu den Schenkeln abgeleitet. Im Bereich des U-förmigen, die beiden Schenkel verbindenden Bogens wird das U-förmige Filterelement ebenfalls von außen nach innen von dem Fluid durchströmt. Der Aufnahmeraum im Filtergrundkörper ist an die Form des Filterelementes angepasst, so dass bei einem U-förmigen Filterelement auch der Aufnahmeraum U-förmig ausgebildet ist.
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Das Filterelement kann als ein Faltenfilter ausgebildet sein, der aus einem gefalteten Filtermedium besteht, insbesondere aus einem gefalteten Filterpapier. Der Faltenfilter ist zickzackförmig gefaltet, wobei sich die Falten, die sich bei U-förmiger Ausführung an den Schenkeln des Faltenfilters befinden, annähernd in Radialrichtung, also quer zur Längsachse des Filtereinsatzes erstrecken bzw. zur Querrichtung einen kleinen Winkel einnehmen. Jede Falte weist eine obere und untere Stirnkante auf, die eine entsprechende Ausrichtung quer zur Längsachse aufweist. Im Bereich des verbindenden Bogens zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Faltenfilters weisen die einzelnen Falten bzw. die Stirnkanten der Falten eine hiervon abweichende Winkelposition zur Längsachse auf, wobei in Achsrichtung liegende Falten, die im Bereich des Grundes der U-Form angeordnet sind, zumindest annähernd parallel zur Längsachse ausgerichtet sind. Der Faltenfilter ist zweckmäßigerweise an seinen oberen und unteren Stirnkanten strömungsdicht abgedichtet, beispielsweise indem der Faltenfilter stirnkantverleimt ausgeführt ist, beispielsweise mittels eines aufgeschäumten Polyurethans (PU).
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Im Filtergrundkörper kann ein Befestigungsfuß vorgesehen sein, welcher bevorzugt einteiliger Bestandteil des Filtergrundkörpers ist und zur Befestigung des Filtereinsatzes im Filtergehäuse der Filtereinrichtung dient. Der Befestigungsfuß erstreckt sich zwischen einer oberen und einer unteren Schale des Filtergrundkörpers und befindet sich zwischen den zueinander beabstandeten Schenkeln des U-förmigen Aufnahmeraums. Auf diese Weise ist eine Platz sparende Befestigung realisierbar. Der Zwischenraum zwischen den Schenkeln stellt üblicherweise den Reinraum dar, der axial von den beiden beabstandeten Schalen des Filtergrundkörpers begrenzt ist und radial nach außen von der Wandung des U-förmigen Aufnahmeraums. Durch diesen Reinraum erstreckt sich der Befestigungsfuß hindurch, der als ein Hohlfuß ausgebildet sein kann. Der Hohlfuß weist einen nach außen offenen Innenraum auf, der ggf. sich über die gesamte axiale Länge des Hohlfußes und des Filtergrundkörpers erstrecken kann. In den Hohlfuß kann ein komplementär ausgebildetes Befestigungselement, welches mit dem Filtergehäuse verbunden ist, eingeführt werden, um den Filtereinsatz im Filtergehäuse zu fixieren. Der Innenraum des Hohlfußes liegt außerhalb des Reinraums im Filtergrundkörper, wobei auf Grund der Einteiligkeit des Hohlfußes mit dem Filtergrundkörper keine Abdichtmaßnahmen erforderlich sind.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist an dem Filtergrundkörper eine Stirnflanschplatte angeordnet, welche die Reinseite des Filterelementes von der Umgebung separiert, wobei in die Stirnflanschplatte eine Abströmöffnung zur Ableitung des gereinigten Fluids eingebracht ist. Die Stirnflanschplatte ist zweckmäßigerweise ebenfalls einteilig mit dem Filtergrundkörper ausgebildet. Gegebenenfalls kommt aber auch eine Ausführung als separates Bauteil in Betracht, das mit dem Filtergrundkörper strömungsdicht verbunden wird. Die Abströmöffnung in der Stirnflanschplatte ist mit einem Stutzen verbunden, an den ein Ableitungsrohr anschließbar ist. Der Stutzen kann als ein Spritzgussbauteil ausgeführt sein und beispielsweise aus PUR (Polyurethan) bestehen, das an die Flanschplatte angespritzt ist.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist die an den Stirnseiten der Schenkel liegende Endfalte des Faltenfilters im montieren Zustand strömungsdicht mit der Stirnflanschplatte verbunden. Hierdurch sollen Fehlluftströme unmittelbar zwischen Roh- und Reinseite des Filterelementes verhindert werden. Es kommen grundsätzlich verschiedenartige Verbindungsmaßnahmen in Betracht, beispielsweise ein Verschweißen der Endfalte mit der Stirnflanschplatte oder eine Verbindung über ein Dichtungselement, beispielsweise eine angespritzte Dichtraupe. Die Endfalte des Faltenfilters kann an der Außenseite der Flanschplatte anliegen und dort mit der Stirnflanschplatte verbunden sein. Alternativ kommt auch eine Verbindung an einer Stirnkante der Stirnflanschplatte in Betracht, beispielsweise indem in die Stirnkante eine Nut eingebracht ist, in die die Endfalte einragt, wobei in der Nut die Endfalte strömungsdicht gehalten ist, beispielsweise über ein Dichtelement, durch Verschweißen oder Verkleben. Möglich ist es außerdem, dass die Endfalte an der Innenseite der Stirnflanschplatte anliegt und dort mit der Stirnflanschplatte verbunden ist. Im Bereich der Endfalte kann der Faltenfilter strömungsdicht ausgebildet sein, indem die Endfalte beispielsweise über Hotmelt abgedichtet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht einen Gas-Filtereinsatz mit einem U-förmigen Faltenfilter, der in einem Filtergrundkörper aufgenommen ist, wobei an den oberen und unteren Stirnkanten des Faltenfilters jeweils eine U-förmig verlaufende Deckscheibe mit einer der U-Form folgenden Dichtraupe bzw. -schnur angeordnet ist,
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2 in perspektivischer Darstellung die Deckscheibe mit darin eingebrachter Aufnahmenut zur Aufnahme eines Dichtmittels, wobei in eine Seitenwand der Aufnahmenut Übertrittsöffnungen für das Dichtmittel eingebracht sind,
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3 eine 2 entsprechende Darstellung, mit einem in die Aufnahmenut eingebrachten Dichtmittel,
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4 die von einer Abdeckleiste überdeckte Aufnahmenut mit expandierendem Dichtmittel,
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5 das Dichtmittel im ausgehärteten Zustand, in welchem auf der Außenseite der Übertrittsöffnungen eine durchgehende, parallel zur Deckscheibe verlaufende Dichtraupe gebildet ist, die am Filterelement die Roh- von der Reinseite separiert.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren ist ein Gas-Filtereinsatz 1 dargestellt, der als Luftfilter für Brennkraftmaschinen zur Filtration der den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft eingesetzt wird. Der Gas-Filtereinsatz 1 ist Bestandteil einer in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine integrierten Filtereinrichtung. Der Gas-Filtereinsatz 1 umfasst als Filterelement einen U-förmigen Faltenfilter 2 mit einer Vielzahl einzelner Falten 3 und einen Filtergrundkörper 4, welcher Träger des Faltenfilters 2 ist. Der Filtereinsatz 1 kann in ein Filtergehäuse der Filtereinrichtung eingesetzt werden.
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Der Filtergrundkörper 4 als Träger des Faltenfilters 2 ist als einteilig ausgebildetes Kunststoff-Bauteil ausgeführt, das einen U-förmigen Aufnahmeraum zur Aufnahme des ebenfalls U-förmigen Faltenfilters 2 aufweist. Der U-förmige Aufnahmeraum am Filtergrundkörper 4 erstreckt sich, bezogen auf die Längsachse des Filtereinsatzes, in seitlich außen liegenden Bereichen, welche die beiden Schenkel des Faltenfilters 2 aufnehmen, und weist einen bogenförmigen Verbindungsabschnitt zur Aufnahme des ebenfalls bogenförmigen Abschnittes des Faltenfilters auf. Der Filtergrundkörper 4 weist zwei beabstandete, parallele Schalen 5 und 6 auf, zwischen denen sich ein Hohlfuß 7 erstreckt, welcher zur Aufnahme und Befestigung des Filtereinsatzes 1 im Filtergehäuse dient. Die Schalen 5 und 6 begrenzen den innen liegenden Zwischenraum zwischen den seitlichen Schenkeln des Faltenfilters 2, wobei der innen liegende Zwischenraum den Reinraum bildet, über den das gereinigte Gas axial über eine Abströmöffnung 8 ausgeleitet wird. Der Faltenfilter 2 wird im Bereich seiner beiden Schenkel, bezogen auf die Längsachse des Filtereinsatzes 1, radial bzw. in Querrichtung von außen nach innen durchströmt, so dass die Außenseite die Rohseite und der Innenraum zwischen den Schenkeln die Reinseite bildet. Im verbindenden Übergangsabschnitt zwischen den beiden Schenkeln des Faltenfilters 2 erfolgt die Durchströmung je nach Winkelposition in einem kleineren Winkel zur Längsachse bzw. parallel zur Längsachse von außen nach innen. Der Faltenfilter ist an seinen oberen und unteren Stirnkanten strömungsdicht abgedichtet.
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Der Aufnahmeraum am Filtergrundkörper zur Aufnahme des U-förmigen Faltenfilters 2 kann zum einen von einer U-förmig umlaufenden, inneren Wandung 9 am Filtergrundkörper begrenzt sein, die sich auf der Innen- bzw. Reinseite des Faltenfilters 2 befindet. Des Weiteren ist einteilig bzw. einstückig mit dem Filtergrundkörper 4 eine obere und eine untere Deckscheibe 15 bzw. 16 ausgebildet, die axial den U-förmigen Aufnahmeraum am Filtergrundkörper zur Aufnahme des Faltenfilters 2 begrenzen. Auch eine Stirnflanschplatte 19, in die die Abströmöffnung 8 eingebracht ist, kann einteilig bzw. einstückig mit dem Filtergrundkörper 4 ausgebildet sein. Der Filtergrundkörper 4 ist als ein Kunststoffbauteil ausgebildet, das zweckmäßigerweise im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Die Abströmöffnung 8 in der Stirnflanschplatte 19 ist als ein Stutzen ausgeführt, der ggf. an die Stirnflanschplatte 19 angegossen ist und beispielsweise aus Polyurethan (PUR) besteht. Die Stirnfalten 13 des Faltenfilters 2, welche sich im freien Stirnbereich der beiden Schenkel der U-Form des Faltenfilters befinden, können mit der Stirnflanschplatte 19 verklebt sein. Dadurch ist sichergestellt, dass sich keine Leckageströme zwischen Roh- und Reinseite des Faltenfilters ausbilden können.
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In die obere Deckscheibe 15 ist ein Dichtelement 24 eingebracht, welches der U-Form folgt und die Roh- von der Reinseite des Filterelementes separiert. Auch in die untere Deckscheibe 16 ist vorteilhafterweise ein Dichtelement integriert, das gleich aufgebaut und positioniert ist wie das oben liegende Dichtelement 24 in der Deckscheibe 15.
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Anhand der 2 bis 5 wird die Herstellung des Dichtelementes 24 beschrieben. In die obere Deckscheibe 15 ist eine Aufnahmenut 21 mit U-förmigem Querschnitt eingebracht. Die dem Filterelement 2 zugewandte Seitenwand 22 der Aufnahmenut 21, die einteilig mit der Deckscheibe 15 ausgebildet ist, ist mit einer Reihe von Übertrittsöffnungen 23 versehen, welche unmittelbar an die obere Deckscheibe 15 angrenzen und sich somit im oberen Teil der Seitenwand 22 befinden. Die Übertrittsöffnungen 23 grenzen im montierten Zustand an die obere Stirnkante 11 des Filterelementes 2 an.
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Gemäß 3 wird zur Herstellung einer Dichtraupe 26 (5) zunächst ein Dichtmittel 24 im nicht abgebundenen Zustand in die Aufnahmenut 21 eingebracht. Bei dem Dichtmittel 24 handelt es sich zum Beispiel um einen PUR-Schaum, der beim Aushärten expandiert. Um zu verhindern, dass der PUR-Schaum 24 über die Oberseite der Deckscheibe 15 hinausquillt, wird, wie den 4 und 5 zu entnehmen, auf die Aufnahmenut 21 nach dem Einbringen des Dichtmittels 24 eine Abdeckleiste 25 aufgelegt. Somit besteht als einzige Expansionsmöglichkeit für das Dichtmittel 24 der Durchtritt durch die Übertrittsöffnungen 23 in der Seitenwand 22, wodurch die Dichtraupe 26 gebildet wird, die unmittelbar im Übergang zwischen oberer Stirnkante 11 und der Reinseite des Filterelementes 2 anliegt und somit die Roh- von der Reinseite separiert. Das Dichtmittel der Dichtraupe 26 dringt in das Filterelement 2 ein, so dass nach dem Aushärten des Dichtmaterials eine feste Verbindung zwischen Dichtraupe 26 und Filterelement 2 gegeben ist. Da die Abdeckleiste 25 auf der Aufnahmenut 21 aufliegt, schließt nach dem Aushärten die Oberseite des Dichtmittels 24 in der Aufnahmenut 21 mit der Oberseite der Deckscheibe 15 bündig ab. Nach dem Aushärten kann die Abdeckleiste 25 wieder entfernt werden.
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Die Aufnahmenut 21 befindet sich benachbart zu einem schmalen Abschnitt 15a der oberen Deckscheibe 15, wobei der Abschnitt 15a im montierten Zustand auf der oberen Stirnkante 11 des Filterelementes 2 aufliegt.
