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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Filterhalterahmen für ein Filtersystem zur Filtration eines Fluids, ein Filtersystem mit einem Filterhalterahmen, insbesondere Luftfilter eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Filterelement zum Einbau in ein solches Filtersystem.
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Stand der Technik
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Es sind Filtersysteme zur Filtration von Fluiden bekannt, beispielsweise Luftfilter von Kraftfahrzeugen, die Filterelemente, so genannte HC-Absorber oder sonstige Funktionsbauteile aufweisen, die nicht lösbar in einem Gehäuse montiert sind. Üblicherweise wird eine feste Verbindung mit dem Gehäuse durch Fügetechniken wie Schweißen, Kleben, Prägen oder Nieten erreicht. Die Montage derartiger Bauteile erfordert im Allgemeinen mehrere Arbeitsgänge. Zuerst wird eine Vormontage mit Positionierung des Bauteils über eine Stift/Bohrung- oder eine Nut/Feder-Verbindung vorgenommen, und anschließend eine nicht lösbare Verbindung durch die eigentliche Fügetechnik über zusätzlichen Material- und/oder Werkzeugeinsatz erreicht. Diese Prozesse sind bei den in der Kunststofffertigung üblichen Toleranzen relativ aufwändig und ergeben auch mehr oder weniger hohe Ausschussraten. Bei einem späteren Einsatz der Filtersysteme beispielsweise im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen, sind ferner hohe Reinheitsanforderungen zu stellen, was bei den genannten Fügetechniken einen entsprechenden Aufwand an Bauteilsauberkeitsmaßnahmen, wie Filterung der Luft in Montageräumen, Waschen von Bauteilen nach den Fügen und ähnliches, zur Folge hat.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen aus Teilrahmen gebildeten Filterhalterahmen so auszubilden, dass die Verbindung der Teilrahmen in möglichst einfachen und gut kontrollierbaren Schritten vonstatten gehen kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem mit einem solchen Filterhalterahmen zu schaffen, das hohen Reinheitsanforderungen genügen kann.
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung bei einem Filterhalterahmen dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Teilrahmen vorgesehen sind, wobei ein Teilrahmen mindestens ein erstes Filterelement träg und der eine, insbesondere zweite, der wenigstens zwei Teilrahmen mit dem anderen, insbesondere ersten, der wenigstens zwei Teilrahmen über eine Rastverbindung fest verbunden ist, und nach einem anderen Aspekt der Erfindung durch ein Filtersystem gelöst, welcher ein Gehäuse umfasst mit einer ersten Gehäuseschale und einer zweiten Gehäuseschale, sowie einen zwischen der ersten Gehäuseschale und zweiten Gehäuseschale angeordneten Filterhalterahmen, wobei mit dem Filterhalterahmen mindestens ein erstes Filterelement fest verbunden ist und ein zweites Filterelement in einem Zwischenraum zwischen erstem Filterelement und einer der Gehäuseschalen angeordnet ist, wobei der Filterhalterahmen wenigstens einen ersten Teilrahmen und einen zweiten Teilrahmen umfasst, von denen der eine der wenigstens zwei Teilrahmen mit einer der beiden Gehäuseschalen über eine gehäuseseitige Befestigungsfläche verbunden ist und der andere der wenigstens zwei Teilrahmen das mindestens erste Filterelement trägt, und wobei die wenigstens zwei Teilrahmen über eine Rastverbindung fest miteinander verbunden sind.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Filterhalterahmen für ein Filtersystem zur Filtration eines Fluids vorgeschlagen, insbesondere eines gasförmigen Fluids, bei welchem Filterhalterahmen mit wenigstens zwei Teilrahmen vorgesehen sind, wobei der eine der beiden Teilrahmen mindestens ein erstes Filterelement trägt. Dieses Filterelement kann beispielsweise ein HC-Absorber-Element oder ein anderes für Lebensdauergebrauch vorgesehenes, nicht wechselbares Filterelement darstellen. Der eine, insbesondere zweite, der wenigstens zwei Teilrahmen ist mit dem anderen, insbesondere ersten, der wenigstens zwei Teilrahmen über eine Rastverbindung fest verbunden. Dieses erste Filterelement, beispielsweise ein HC-Absorber-Element, kann so angeordnet sein, dass das Fluid das Element nur teilweise durchströmt oder das Element vom Fluid nicht durchströmt wird.
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Unter Filterhalterahmen bzw. Teilrahmen sind auch rahmenartige Bauteile zu verstehen, wie beispielsweise eine Trägerplatte mit Durchbrüchen, an der beispielsweise ein Filterelement angeordnet ist.
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Vorteilhaft können Fügeschritte wie Nieten und Schweißen beim Zusammenfügen der zwei oder mehr Teilrahmen zu einem Verbundbauteil vermieden werden, wobei gleichzeitig auch hohe Reinheitsanforderungen, z. B. für Luftfilter für Brennkraftmaschinen, eingehalten werden können.
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Das erste Filterelement kann insbesondere fest mit einem der Teilrahmen verbunden sein, beispielsweise umspritzt sein.
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Die miteinander verbundenen Teilrahmen können als Zwischenrahmen zur gasdichten Verbindung von zwei oder mehr Gehäuseteilen eines Filtersystems, insbesondere eines Luftfiltersystems, dienen. Dabei können die einzelnen der wenigstens zwei Teilrahmen mit ganz unterschiedlicher Komplexität ausgebildet sein. Der eine, z. B. erste, Teilrahmen kann beispielsweise sehr komplex aufgebaut sein und verschiedenste Funktionen erfüllen, wie etwa das Führen von ungefiltertem und/oder gefiltertem Fluid, das Erfüllen von Dichtfunktionen und dergleichen. Wegen seiner komplexen Geometrie ist dieser Teilrahmen nur mit einem mehr oder weniger aufwändigen Werkzeug herstellbar. Der andere, z. B. zweite, Teilrahmen, der vorzugsweise im Wesentlichen als Träger eines Filterelements dienen soll, kann dagegen ein relativ einfaches Bauteil sein, mit welchem das Filterelement integral verbunden ist. Beispielsweise kann das Filterelement mit dem Werkstoff des einen, z. B. zweiten, Teilrahmens umspritzt sein oder bei einem anderen Herstellverfahren mit dem Teilrahmen verbunden sein, z. B. verklebt, vernietet und dergleichen. Vorteilhaft können die verschiedenen Teilrahmen in getrennten Arbeitsprozessen herstellbar sein und dann zu einem integralen Verbundbauteil zusammengefügt sein. Vorteilhaft erlaubt es die Rastverbindung, die Teilrahmen, insbesondere paarweise bei mehr als zwei Teilrahmen, über eine Rastverbindung zu dem Verbundbauteil fest und nicht lösbar zu verbinden. „Fest” bzw. „nicht lösbar” soll so verstanden werden, dass ein Lösen der Teilrahmen voneinander nur bauteilzerstörend erfolgen kann. „Lösbar” soll dagegen so verstanden werden, dass ein Lösen der Teilrahmen voneinander bauteilerhaltend erfolgen kann, oder sogar werkzeuglos erfolgen kann.
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Denkbar ist, dass ein Stapel von Teilrahmen in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend miteinander jeweils mit Rastverbindungen verbunden werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, auf wenigstens einem Teilrahmen zwei oder mehr Teilrahmen mit jeweils einer Rastverbindung zu befestigen. Hierdurch können sehr komplexe Verbundbauteile dargestellt werden.
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Denkbar ist ferner, die wenigstens zwei Teilrahmen auch ohne erstes Filterelement miteinander zu verbinden. Die Rastverbindung zwischen den wenigstens zwei Teilrahmen erlaubt das Verbinden von Teilrahmen unterschiedlicher Komplexität zu einem Verbundbauteil, welches nicht sinnvoll in einem Arbeitsgang herstellbar ist.
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Durch die Rastverbindung können Nacharbeiten wegen Fehlpositionierung oder etwaiger Ausschuss reduziert werden, da aufwändige Fertigungsschritte wie Nieten oder Schweißen mit vorheriger Justierung der Teilrahmen zueinander entfallen können. Gleichzeitig können die hohen Anforderungen an die Bauteilsauberkeit, die für den Einsatz beispielsweise in einem Luftfiltersystem einer Brennkraftmaschine erforderlich sind, eingehalten werden. Ferner lässt sich so der Herstellprozess vereinfachen und die Vormontage des Filterhalterahmens entscheidend erleichtern.
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Vorteilhafterweise umfasst die Rastverbindung wenigstens zwei Raststellungen, wobei eine erste Raststellung zu einer Vorpositionierung, insbesondere einer lösbaren Vorpositionierung, eines der Teilrahmen bezüglich eines anderen der Teilrahmen dient und die wenigstens zweite Raststellung zu einer endgültigen Positionierung dieser Teilrahmen zueinander dient, die nicht zerstörungsfrei lösbar ist. Durch die Möglichkeit einer Vorpositionierung über eine erste Raststellung kann die Vormontage entscheidend erleichtert werden. Es ermöglicht ein sicheres Vorpositionieren, wobei die beiden Bauteile nur noch begrenztes Spiel haben und dadurch das Fügen in der Montage erleichtert wird. Darüber hinaus können die beiden Teilrahmen, wenn es Probleme mit einem weiteren Montageschritt geben sollte, an dieser Stelle auch wieder voneinander gelöst werden. Die zweite Raststellung und weiteren Raststellungen sind vorteilhaft dagegen für die endgültige Positionierung der wenigstens zwei Teilrahmen gedacht. Eine zweite Raststellung kann bereits für eine endgültige Positionierung ausreichend sein, für den Fall, dass auf Grund von Bauteiltoleranzen eine dritte, eigentlich angestrebte Endposition nicht erreicht werden kann. Die verschiedenen Raststellungen können beispielsweise bei Ausführung als Rastnasen in Tannenbaumform so ausgeführt sein, dass die erste Rastnase einen kleineren Durchmesser aufweist als die jeweils nächst folgenden Rastnasen. Dadurch muß jeweils etwas mehr Kraft aufgewendet werden, wenn der zweite Teilrahmen von der ersten Raststellung in die nächste geschoben wird. Die Durchmesser der Raststellungen können dabei so gestaltet sein, dass der zweite Teilrahmen aus der ersten Raststellung wieder gelöst werden kann, jedoch aus der zweiten und folgenden Raststellung nur noch unter Zerstörung des Bauteils. Im Normalfall der Montage kann der zweite Teilrahmen z. B. über die zweite in eine dritte Rastposition geschoben werden, um so eine endgültige Positionierung zu erreichen, die nicht zerstörungsfrei lösbar ist. Die Funktion des Bauteils kann jedoch als Sicherheitsoption auch bei einer Positionierung in der zweiten Rastposition über Lebensdauer gewährleistet werden, die ebenfalls nicht mehr lösbar ist.
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Vorteilhafterweise kann das mindestens eine Filterelement im zweiten Teilrahmen integriert, insbesondere in diesem umspritzt sein. Dadurch ergeben sich optimale Bauteiltoleranzen, die eine Montage in einem Filtersystem erleichtern.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn der eine der wenigstens zwei Teilrahmen mindestens eine Befestigungsfläche zur Verbindung mit einem Gehäuseteil aufweist. Da das gesamte Filtersystem gasdicht sein soll und der Filterhalterahmen als integrales Bestandteil des Gehäuses des Filtersystems eine dichtende Funktion zum Gehäuse ausüben soll, kann es von Vorteil sein, den ersten Teilrahmen mit einer Befestigungsfläche, die auch eine Dichtfunktion ausüben kann, zu mindestens einem Gehäuseteil, beispielsweise einer Gehäuseschale, zu versehen. Diese Befestigungsfläche kann Basis für insbesondere eine Schweißverbindung, im Fall eines Kunststoffgehäuses zweckmäßigerweise einer Ultraschall- oder Vibrationsschweißverbindung, sein. Sie kann aber auch für Klebeprozesse oder ähnliches ausgebildet sein. Der eine der wenigstens zwei Teilrahmen kann jedoch auch zwei derart gestaltete Befestigungsflächen aufweisen; weiterhin ist es möglich, eine Befestigungsfläche als Befestigungsfläche für eine Schweiß- oder Klebeverbindung zu gestalten und die zweite Befestigungsfläche für ein Dichtelement, insbesondere eine Polyurethan-Dichtung, beispielsweise zu einem Gehäusedeckel vorzusehen. Dies wird insbesondere der Fall sein, wenn ein Filterelement des Filtersystems auswechselbar sein soll.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn der eine der wenigstens zwei Teilrahmen wenigstens eine Rastnase mit wenigstens zwei Raststellungen aufweist und der andere der wenigstens zwei Teilrahmen wenigstens eine Aufnahmeöffnung aufweist. Auf diese Weise lassen sich zwei Teilrahmen einfach gegeneinander positionieren und mit leichtem Druck der eine Teilrahmen mit der Aufnahmeöffnung auf die Rastnase des anderen Teilrahmens schieben. Damit ist ein sicherer und einfacher Montageprozess der Teilrahmen gewährleistet. Die Aufnahmeöffnung weist beispielsweise angepasste Freisparungen zwischen Rastsegmenten, welche in Form von Rastlippen ausgebildet sind.
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Zweckmäßigerweise weist die Aufnahmeöffnung des einen Teilrahmens mindestens zwei flexible Rastlippen auf. Dadurch lässt sich der Teilrahmen leicht auf die Rastnase positionieren und die Aufnahmeöffnung ist flexibel genug, um die Rastnase zu umschließen und den Teilrahmen mit leichtem Druck über die verschiedenen Raststellungen in die endgültige Position zu schieben. Natürlich kann die Aufnahmeöffnung auch mehr Rastlippen aufweisen, günstigerweise wird sie mit drei oder vier flexiblen Rastlippen ausgeführt, um auch entsprechende Redundanz zu haben, wenn eine der Rastlippen beim Montageprozess oder auch später beim Gebrauch des Filtersystems deformiert, geschwächt oder abbrechen sollte.
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Vorteilhafterweise kann der eine der beiden Teilrahmen so ausgebildet sein, dass er eine Aufnahmefläche für ein wechselbares Filterelement aufweist. Filtersysteme für den Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen weisen oftmals mehrere Filterelemente auf, von denen üblicherweise mindestens ein im Rohluftbereich sich befindliches Filterelement in regelmäßigen Wartungsintervallen gewechselt werden muß. Je nach Einsatzbereich eines Kraftfahrzeugs und damit je nach Staubgehalt der Umgebungsluft muss ein solcher Filterwechsel mehr oder weniger häufig vorgenommen werden. Deshalb ist es durchaus von Vorteil, wenn mindestens ein Filterelement relativ leicht und ohne großen Aufwand gewechselt werden kann. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Filterhalterahmen und dort insbesondere der erste Teilrahmen eine Aufnahmefläche für ein wechselbares Filterelement aufweisen, das nach einfacher Öffnung des Filtergehäuses, bevorzugt über einen klappbaren Gehäusedeckel, der mit einer Polyurethan-Dichtung gedichtet sein kann, dann getauscht werden kann.
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Eine besonders günstige Kraftverteilung der Rastverbindung ergibt sich, wenn die Rastnase und die Aufnahmeöffnung in einem zentralen Bereich des Filterhalterahmens angeordnet sind. Dadurch lässt sich die Montage der miteinander zu verrastenden Teilrahmen besonders sicher und zuverlässig gestalten, da beide Teilrahmen von außen gefasst werden können. Außerdem lässt sich so die Kraftverteilung und Einleitung bei der Durchführung des Verrastungsprozesses besonders günstig und gut dosierbar einstellen.
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Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filtersystem zur Filtration eines Fluids, umfassend ein Gehäuse mit einer ersten Gehäuseschale und einer zweiten Gehäuseschale, sowie einen zwischen der ersten und zweiten Gehäuseschale angeordneten Filterhalterahmen als Zwischenrahmen, wie oben beschrieben, wobei ein wechselbares Filterelement in einem Zwischenraum zwischen Filterhalterahmen und einer der Gehäuseschalen angeordnet ist. Dabei kann der Filterhalterahmen wenigstens zwei Teilrahmen umfassen, von denen der eine der wenigstens zwei Teilrahmen, z. B. der erste Teilrahmen, mit einer der beiden Gehäuseschalen über eine gehäuseseitige Befestigungsfläche verbunden ist und der andere der wenigstens zwei Teilrahmen, z. B. der zweite Teilrahmen, das mindestens erste Filterelement trägt. Weiter kann der zweite Teilrahmen mit dem ersten Teilrahmen über eine Rastverbindung fest verbunden sein. Vorteilhafterweise gewährleistet das Filtersystem durch die Verbindung der beiden Gehäuseschalen über den Filterhalterahmen eine einfache und zuverlässige Fügeverbindung in der Montage. Weiter ergeben sich durch die Trennung des Filterhalterahmens in wenigstens zwei Teilrahmen eine erleichterte Montage des ersten Filterelements, eine sichere und nicht lösbare Verbindungsmöglichkeit des ersten Filterelements zum ersten Teilrahmen sowie eine Austauschbarkeit eines weiteren Filterelements.
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Das zu filternde Fluid kann insbesondere ein gasförmiges Fluid sein. Das Filtersystem kann insbesondere ein Luftfilter eines Kraftfahrzeugs sein. Das erste Filterelement kann mit einem der Teilrahmen, z. B. dem zweiten Teilrahmen, des Filterhalterahmens insbesondere fest verbunden, z. B. umspritzt, sein. Das Gehäuse kann aus Kunststoff, bei Bedarf jedoch auch aus Metall gebildet sein.
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Da Filterelemente eines Filtersystems im Rohfluidbereich, d. h. im Bereich des ungefilterten Fluids, üblicherweise in regelmäßigen Wartungsintervallen ausgetauscht werden müssen, ist es zweckmäßig, wenn das zweite Filterelement wechselbar vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise können die eine Gehäuseschale ein Gehäuseunterteil und die andere Gehäuseschale einen Gehäusedeckel bilden, der mit dem ersten Teilrahmen über eine Scharnierverbindung verbunden ist. Dies erleichtert den Wechsel des zweiten Filterelements über eine leichte und wartungsgerechte Öffnung des Filtersystems, möglicherweise sogar z. B. im eingebauten Zustand im Motorraum eines Kraftfahrzeugs.
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Da das Gehäuse eines Filtersystems aus Funktionsgründen fluiddicht sein sollte, ist es zweckmäßig, wenn der erste Teilrahmen mit mindestens einer der Gehäuseschalen gasdicht, insbesondere verschweißt, verbunden ist. Diese Fügestelle kann für den Fall von Kunststoffgehäusen, wie bei Filtersystemen üblich, beispielsweise durch Vibrationsschweißen, aber auch durch Kleben gestaltet sein. Derartige Fügestellen haben sich ohne größere Probleme als auf Lebensdauer gasdicht darstellbar herausgestellt und sind in der Kunststofftechnologie verbreitet.
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Vorteilhafterweise werden in dem Gehäuse des Filtersystems ein Rohluftsammelraum und ein Reiluftsammelraum vorgesehen, wobei das erste Filterelement im Reinluftsammelraum und das zweite Filterelement im Rohluftsammelraum angeordnet sind. Dies wird zweckmäßigerweise der Fall sein, wenn das erste Filterelement beispielsweise ein HC-Absorber-Filterelement und das zweite Filterelement ein Luftfilterelement darstellen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Filterelement, insbesondere Papierfilterelement, zum Einbau in ein Filtersystem, wie oben beschrieben, wobei das Filterelement wechselbar in einem Rohluftsammelraum des Filtersystems angeordnet ist und in eine Aufnahmefläche eines Filterhalterahmens wie oben beschrieben einsetzbar ist. Der Austausch des Filterelements lässt sich günstig bewerkstelligen, wenn beispielsweise ein klappbarer Gehäusedeckel, möglicherweise mit Polyurethan-Dichtung, vorgesehen ist. Ein solches Filterelement, insbesondere ein Luftfilterelement, lässt sich somit leicht in regelmäßigen Wartungsintervallen austauschen, wie es beispielsweise für Luftfiltersysteme von Kraftfahrzeugen, abhängig von den Betriebsbedingungen, vorgeschrieben wird. Damit ist der Einsatz in einem Dauerbetrieb einer Brennkraftmaschine auch in rauen Umgebungsbedingungen gewährleistet.
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Das wechselbare Filterelement kann z. B. eines oder mehrere der Filtermedien wie Papier, Metallfaservlies, Kunststofffaservlies umfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 in perspektivischer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines Filterhalterahmens mit einem an einem ersten Teilrahmen montierten zweiten Teilrahmen;
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2 eine perspektivische Untersicht des Filterhalterahmens von 1 mit einem montierten zweiten Teilrahmen;
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3 eine perspektivische Ansicht einer Rastverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Teilrahmen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 eine perspektivische Ansicht der Aufnahmeöffnung der Rastverbindung aus 3;
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5 einen Schnitt durch die Rastverbindung aus 3;
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6 eine perspektivische Draufsicht eines Filterhalterahmens mit einem montierten zweiten Filterelement nach 1 und 2;
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7 in perspektivischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel;
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8 in perspektivischer Darstellung eine Untersicht des Filtersystems aus 7.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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Die Erfindung ist anhand eines Luftfilters dargestellt, kann jedoch auch für andere Filtersysteme mit entsprechender Anpassung der Konstruktion vorgesehen sein.
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1 stellt eine perspektivische Draufsicht eines Filterhalterahmens 10 mit einem an einem ersten Teilrahmen 12 montierten zweiten Teilrahmen 14 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Der Filterhalterahmen 10, der den ersten Teilrahmen 12 als tragendes Element umfasst, weist eine Befestigungsfläche 28 zur Verbindung mit einem nicht dargestellten Gehäuseteil auf, die z. B. als umlaufender Schweißrand ausgebildet ist. Die beiden Teilrahmen 12, 14 weisen ungefähr einen rechteckigen Querschnitt auf. An einer Längsseite des ersten Teilrahmens 12 sind Scharniere 50 für die Verbindung eines klappbaren, beispielsweise mit einer Formdichtung oder angespritzten Dichtung, beispielsweise aus Polyurethan, gedichteten, Gehäusedeckels (nicht dargestellt) angebracht. Die Verbindung mit einem Gehäuseunterteil (nicht dargestellt) über die auf der Unterseite des ersten Teilrahmens 12 angebrachten Befestigungsfläche kann dagegen beispielsweise über einen Schweißprozess oder auch Klebeprozess erfolgen. Auf der Innenfläche des ersten Teilrahmens 12 ist der zweite Teilrahmen 14 zu sehen, in den ein erstes Filterelement 16 integriert ist. Dieses Filterelement 16, das in den Durchbrüchen des zweiten Teilrahmens 14 zu erkennen ist, kann auf den zweiten Teilrahmen 14 aufgeklebt, geklipst oder in ähnlicher Weise fest verbunden sein. Das erste Filterelement 16, z. B. ein aktivkohlegefüllter oder -behafteter Balg aus Vliesmaterial oder Papier, kann jedoch besonders vorteilhaft auch mit dem Material des zweiten Teilrahmens 14 umspritzt sein, wodurch ein sehr einfach aufgebauter Teilrahmen 14 mit integriertem Filterelement 16 entsteht.
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Der zweite Teilrahmen 14 ist in einem zentralen Bereich über eine Rastverbindung 20 mit dem ersten Teilrahmen 12 verbunden. Der Filterhalterahmen 10 weist an einer Querseite eine Führungsfläche 56 für einen Rohlufteinlass auf, durch den die Umgebungsluft in das Filtersystem 100 strömen kann. Im Inneren des Filterhalterahmens 10 ist Platz für einen Rohluftsammelraum 52 vorgesehen. In dem ersten Teilrahmen 12 ist auch eine Aufnahmefläche 36 zur Aufnahme eines zweiten Filterelements (nicht dargestellt) zu sehen. Der erste Teilrahmen 12 ist demnach im Gegensatz zum zweiten Teilrahmen 14 sehr komplex aufgebaut, was bedeutet, dass er nur mit aufwändigem Werkzeug herstellbar ist. Insbesondere kommt dabei ein Kunststoffspritzgussprozess in Frage.
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Der besondere Vorteil der Rastverbindung zwischen den beiden Teilrahmen 12, 14 ist, wenn ein komplexes Bauteil mit einem einfachem Bauteil zu einem Verbundkörper zu verbinden ist, dass kaum Nacharbeiten entstehen und die Fügeverbindung hohen Anforderungen an Bauteilsauberkeit genügt. Außerdem ist das gesamte Bauteil einfach herzustellen, und die Vormontage wird durch eine einfache Vorpositionierung erleichtert.
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2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Untersicht des Filterhalterahmens 10, der in 1 in Draufsicht dargestellt ist. In dieser Figur ist deutlicher zu erkennen, wie der zweite Teilrahmen 14 mit dem ersten Teilrahmen 12 über die Rastverbindung 20 verbunden ist. Auch ist das erste Filterelement 16 in voller Länge zu sehen, da es auf der Reinluftseite des Filtersystems, die an dem vorgesehenen Reinluftsammelraum 54 zu erkennen ist, angebracht ist. Auch die Unterseite des ersten Teilrahmens 12 ist mit einer Befestigungsfläche 29 zur gasdichten Verbindung mit einer Gehäuseschale (nicht dargestellt) über beispielsweise Schweiß- oder Klebeprozesse versehen. Die Rastverbindung 20 wird vorteilhaft in einem zentralen Bereich der beiden Teilrahmen 12, 14 angebracht, da dadurch der Montageprozess mit Greifern erleichtert wird und eine günstige Kraftverteilung beim Einsetzen des zweiten Teilrahmens 14 in den ersten Teilrahmen 12 erreicht wird.
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In 3 sind in einer perspektivischen Ansicht Details einer Rastverbindung 20 zwischen einem ersten Teilrahmen 12 und einem zweiten Teilrahmen 14 dargestellt. Zu sehen ist eine Rastnase 30, die an dem (in dieser Ansicht unsichtbaren) ersten Teilrahmen 12 angebracht ist. Über diese Rastnase 30 ist eine Aufnahmeöffnung 32 geschoben, die in einem zweiten Teilrahmen 14 angebracht ist. Der zweite Teilrahmen 14 ist mit seiner Aufnahmeöffnung 32 über eine erste Raststellung 22 und eine zweite Raststellung 24 in eine dritte Raststellung oder Endposition 26 geschoben, wobei in diesem Beispiel vier sich paarweise gegenüberliegende flexible Rastlippen 34 die Rastnase 30 fest umschließen so, dass der zweite Teilrahmen 14 dadurch mit dem ersten Teilrahmen 12 nicht zerstörungsfrei lösbar verbunden ist. Dargestellt ist in dem Ausschnittbild auch ein Teil des ersten Filterelements 16.
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4 zeigt zur Verdeutlichung der Rastverbindung 20 aus 3 eine perspektivische Ansicht der Aufnahmeöffnung 32 eines zweiten Teilrahmens 14 nach einem Ausführungsbeispiel. Dabei sind in diesem Beispiel vier flexible Rastlippen 34 zu erkennen, die mit einer Rastnase 30 fest verrasten können. Günstigerweise wird eine minimale Anzahl von zwei Rastlippen verwendet, um die flexible Öffnung der Aufnahmeöffnung 32 zu gewährleisten, jedoch ist eine größere Anzahl wie drei oder mehr Rastlippen 34 aus Redundanzgründen vorteilhaft, da dadurch selbst bei Versagen einer Rastlippe 34 noch genügend Halt an der Rastnase 30 zu einer nicht lösbaren Rastverbindung gegeben ist.
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In 5 ist ein Schnitt durch die Rastverbindung 20 aus 3 dargestellt. Man erkennt eine Rastnase 30, die auf dem ersten Teilrahmen 12 angebracht ist. Sie kann dabei mit diesem verklebt oder verschweißt sein; denkbar ist jedoch auch, dass die Rastnase 30 mit dem ersten Teilrahmen 12 als integrales Spritzgussteil in einem Spritzgussprozess hergestellt wird. Die dargestellte Rastnase 30 ist als Tannenbaumprofil ausgebildet und weist in dem Beispiel drei verschiedene Raststellungen 22, 24, 26 auf. Über die Rastnase 30 ist der zweite Teilrahmen 14 geschoben, der in der Figur bereits in seiner Endposition verrastet ist. Zu erkennen ist in der Figur auch, dass der Durchmesser der Rastnase in der ersten Raststellung 22 etwas geringer als der Durchmesser der Rastnase in der zweiten und dritten Raststellung 24, 26 ausgeführt sind, so dass die Aufnahmeöffnung 32 des zweiten Teilrahmens 14 zum Erreichen der ersten Raststellung 22 leicht über die Rastnase 30 zu schieben ist. Dabei dient die erste Raststellung 22 zum lösbaren Vorpositionieren des Bauteils so, dass dadurch die Relativposition des ersten und zweiten Teilrahmens 12, 14 bei der Vormontage bereits fixiert ist, aber im Bedarfsfall auch wieder gelöst werden könnte. Die zweite Raststellung 24 dient dann als Zwischenposition und Sicherungsposition, in welcher der zweite Teilrahmen 14 bereits sehr fest und nicht mehr zerstörungsfrei lösbar fixiert ist. Sollte sich, aufgrund von Bauteiltoleranzen, beispielsweise Unebenheiten in der Oberfläche der Bauteile, herausstellen, dass der zweite Teilrahmen 14 doch nicht in die Endposition 26 geschoben werden kann, so ist er in der zweiten Raststellung 24 doch so fest fixiert, dass die Funktion des Filterelements 16 im Filterhalterahmen 10 dadurch gewährleistet ist und die beiden Teilrahmen 12, 14 über ihre Lebensdauer fest und nicht mehr zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden bleiben, selbst bei einer Beschädigung der Rastnase 30. Die zweite Raststellung 24 stellt in diesem Sinne auch eine Sicherheitsfunktion dar.
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6 in perspektivischer Draufsicht einen Filterhalterahmen 10 mit einem montierten zweiten Filterelement 18 in einem Rohluftsammelraum 52 eines Filtersystems nach den 1 und 2. Das zweite Filterelement 18 liegt dabei auf einer Aufnahmefläche 36, die im ersten Teilrahmen 12 als Aufnahme für ein zweites Filterelement 18 vorgesehen ist, auf. Bei abgenommener oberer Gehäuseschale oder Gehäusedeckel kann dabei das zweite Filterelement 18, das beispielsweise durch den Druck des geschlossenen Gehäusedeckels 48 fixiert wird, leicht ausgetauscht werden. In der Figur sind auch die beiden Scharniere 50 für eine Scharnierverbindung zu einem (nicht gezeigten) Gehäusedeckel dargestellt. Das erste Filterelement 16 (1, 2) ist in der Figur unterhalb des zweiten Filterelements 18, z. B. stromabwärts in einer Fluidströmungsrichtung, angeordnet. In einem Luftfilter kann das zweite Filterelement 18 zur Vorreinigung der Luft und das erste Filterelement zum Herausfiltern von Kohlenwasserstoffrückständen (HC) aus der Luft dienen, die nach Abstellen der Brennkraftmaschine aus dem Brennraum und dem Ansaugtrakt in Richtung des Luftfilters zurückströmt. Je nach Anwendung und Randbedingungen ist auch ein umgekehrter Strömungsweg denkbar.
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7 stellt eine perspektivische Draufsicht eines gesamten Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Luftfilters für eine Brennkraftmaschine dar. Dabei ist ein geschlossenes Gehäuse 38 des Filtersystems 100 gezeigt, das aus zwei Gehäuseschalen 40, 42 besteht, zwischen denen ein Filterhalterahmen 10 angeordnet ist, der als Zwischenrahmen die beiden Gehäuseschalen 40, 42 gasdicht verbindet. In dem Beispiel in der Figur sind die beiden Gehäuseschalen 40, 42 als Gehäuseunterteil 46 und Gehäusedeckel 48 ausgeführt, der über eine Scharnierverbindung 50 mit dem Filterhalterahmen 10 verbunden ist, wobei die Verbindung des ersten Teilrahmens 12 zu dem Gehäuseunterteil 46 über einen Schweiß- oder Klebeprozess erfolgen kann. Der Gehäusedeckel 48, der über die Scharnierverbindung 50 geöffnet werden kann, wird zweckmäßigerweise über eine Kunststoffdichtung, beispielsweise eine mit der (in der Figur nicht sichtbare) Befestigungsfläche 28 wirkende Dichtung abgedichtet, die z. B. aus Polyurethan, gebildet ist. An einer Querseite des Filtersystems 100 ist eine Führungsfläche 56 für einen Rohlufteinlass zur Zuführung von Umgebungsluft zu sehen. Die Umgebungsluft wird in einen in der Figur nicht sichtbaren Rohluftsammelraum 52 innerhalb des Gehäuses 38 geführt, in dem das wechselbare zweite Filterelement in einem zwischen zweitem Teilrahmen 14 und dem Gehäusedeckel 48 ausgebildeten Zwischenraum 44 angebracht, als typisches Luftfilterelement zur Vorreinigung der Umgebungsluft wechselbar ausgeführt ist.
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In 8 ist eine perspektivische Untersicht des Filtersystems 100 nach 7 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist ein komplex konturiertes Gehäuseunterteil 46 als Teil des Gehäuses 38, das einen Reinluftauslass 58 zur Führung der gefilterten Luft beispielsweise zum Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zeigt. Das erste Filterelement 16 (1, 2) ist dabei in einem Reinluftsammelraum 54 auf der Reinluftseite des Filtersystems 100 zur weiteren Reinigung der durch das zweite Filterelement 18 vorgereinigten Luft angeordnet. Auch in dieser Ansicht ist die Verbindung der beiden Gehäuseschalen 40, 42 über den Filterhalterahmen 10, der als Zwischenrahmen ausgebildet ist, zu erkennen.
