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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filter, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Filterung eines Fluids, insbesondere von Luft.
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Stand der Technik
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Insbesondere bei Bau- und Landmaschinen gewinnt die Motorluftfiltration zunehmend an Bedeutung. Zum einen werden immer leistungsfähigere Luftfilter eingesetzt, da höhere Motorleistungen und strengere Emissionsrichtlinien einen erhöhten Luftdurchsatz durch den Motor erfordern. Zum anderen vergrößert sich die Anzahl an Baugruppen, die standardmäßig verbaut werden, wie etwa Klimaanlagen. Dies verringert den zur Verfügung stehenden Bauraum im Fahrzeug. Schließlich besteht das Bestreben, Fahrzeuge kleiner und leichter zu gestalten, was ebenfalls zu Lasten des zur Verfügung stehenden Bauraums geht.
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Aus dem US-Patent
US 4 187 091 A ist ein Filter mit einem starren Rahmen, einem gefalteten Filtermediumhohlkörper und Endverschlüssen bekannt. Aus der
DE 10 2005 043 791 A1 ist ein Raumluftfiltergerät mit einem stromab eines schlauch- oder beutelförmigen Filterelements angeordneten Sekundärfilterelement bekannt. Für den Einsatz in Fahrzeugen, die wenig Bauraum für Filtrationszwecke bieten, werden im Allgemeinen sogenannte Kompaktluftfilter mit wechselseitig verschlossenen Kanälen eingesetzt, die geradlinig durchströmbar sind, wie beispielsweise in der
US2004221555A1 gezeigt. Dies bedeutet, dass die Anströmrichtung und die Abströmrichtung parallel verlaufen und im Wesentlichen miteinander fluchten. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass abwechselnd gewellte und glatte Lagen aus Filtermedium aufeinanderliegen und die dadurch gebildeten Strömungskanäle abwechselnd am einen und am anderen Ende verschlossen sind, so dass das zu reinigende Medium innerhalb des Filterkörpers durch eine Lage Filtermedium von einem Kanal in einen benachbarten Kanal strömen muss. Oftmals muss die aus dem Luftfilter abströmende Luft je nach Anwendungsfall nach dem Durchströmen des Filters umgelenkt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Rohrkrümmer dem Filtergehäuse nachgeschaltet sein. Derartige nachgeschaltete Bauteile erhöhen jedoch wiederum den Bauraumbedarf der gesamten Anordnung.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Filter, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Filterung eines Fluids, insbesondere von Luft, anzugeben, der bei vergleichbarer Filterleistung weniger Bauraum beansprucht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch einen Filter gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Filter, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Filterung eines Fluids, insbesondere von Luft, weist ein Filtergehäuse mit einer Anströmöffnung und einer Abströmöffnung auf. Die Anströmöffnung bestimmt eine Hauptanströmungsrichtung des Filtergehäuses. Die Abströmöffnung bestimmt eine Hauptabströmungsrichtung des Filtergehäuses. Der Filter weist ferner ein von innen nach außen durchströmbares Hauptfilterelement mit einer Hauptfilterelement-Anströmfläche, einer Hauptfilterelement-Abströmfläche sowie einem stromabwärts des Hauptfilterelements angeordneten Sekundärfilterelement auf. Das Sekundärfilterelement umhüllt das Hauptfilterelement mit Ausnahme der Hauptfilterelement-Anströmfläche. Insbesondere kann das Sekundärfilterelement als Tasche ausgebildet sein. Auf diese Weise steht die gesamte Außenfläche des Sekundärfilterelements, das heißt die von dem Hauptfilterelement weg weisende Außenfläche als Abströmfläche zur Verfügung. Dies wiederum ermöglicht in dem Filtergehäuse die nahezu beliebige Wahl der Abströmöffnung des Filtergehäuses. Es ist somit bei dem erfindungsgemäßen Filter möglich, die Abströmöffnung ausschließlich unter Berücksichtigung der Bauraumanforderungen und der gewünschten Umlenkung des Fluids zu wählen. Es sind keine zusätzlichen Umlenkungsbauteile außerhalb des Filters notwendig. Dies optimiert den Bauraum und bietet gleichzeitig fertigungstechnische Vorteile, da die Abströmungsrichtungsfestlegung erst in einem sehr späten Fertigungsschritt erfolgen kann.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Grundform des Hauptfilterelements ein Zylinder oder ein Prisma ist, wobei die Hauptanströmungsrichtung entlang einer Längsachse des Zylinders oder des Prismas verläuft, die Hauptfilteranströmfläche an der Grundfläche des Zylinders oder des Prismas angeordnet ist und das Sekundärfilterelement die Mantelfläche und die der Grundfläche des Zylinders oder des Prismas gegenüberliegende Deckfläche umhüllt. Die Ausgestaltung der Grundform als Zylinder oder Prisma stellt eine fertigungstechnisch einfach umzusetzende Ausgestaltung des Hauptfilterelements dar. Bei der Hauptfilteranströmfläche kann es sich auch um eine gedachte Fläche handeln und die eigentliche Anströmfläche befindet sich im Innern des Hauptfilterelements.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hauptfilterelement ein Hauptfilterelementmedium auf, bei dem sich die durchströmbare Tiefe des Hauptfilterelementmediums entlang der Hauptströmungsrichtung verändert und insbesondere größer wird. Eine derartige Ausgestaltung des Hauptfilterelementmediums kann bei einer zylindrischen Grundform des Hauptfilterelements als Halbkonus realisiert sein. Die veränderliche Tiefe entlang der Haupströmungsrichtung ermöglicht eine unterstützende Umlenkung des Fluidstroms innerhalb des Hauptilterelementmediums, da mit zunehmender Tiefe des Hauptfilterelementmediums der Strömungswiderstand ansteigt.
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Eine mögliche Ausgestaltung des Hauptfilterelementmediums ist eine Doppelbalgstruktur. Alternativ kann auch eine Einfachbalgstruktur vorgesehen sein, die wie bereits erwähnt, halbkonisch ausgeführt sein kann. Es sind aber auch gerade gefaltete Geometrien denkbar. Insbesondere sind auch variierende Faltenhöhen entlang der Hauptanströmunsrichtung zur Realisierung der zunehmenden durchströmbaren Tiefe des Hauptfilterelementmediums möglich.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hauptanströmungsrichtung und die Hauptfilterelement-Abströmfläche des Hauptfilterelements und/oder die Hauptabströmungsrichtung und die Hauptfilterelement-Anströmfläche des Hauptfilterelements einen Winkel zwischen 135° und 45° einschließen. Auf diese Weise wird die Umlenkung des Fluidstroms innerhalb des Filtergehäuses verbessert.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Sekundärfilterelement ein Sekundärfilterelement-Filtermedium aufweist, das als Vliesmedium ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Vliesmedium taschenförmig ausgebildet ist. Zur Formgebung kann das Vliesmedium genäht werden oder tiefgezogen sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Filtergehäuse einen Abströmöffnungsabschnitt aufweist, in den die Abströmöffnung je nach Anwendungsfall einbringbar ist, wobei die Hauptabströmungsrichtung unter anderem durch die Position der Abströmöffnung bestimmt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Festlegung der Filtergehäuse-Abströmungsrichtung und damit insgesamt der Ab- bzw. Umlenkung des Fluidstroms durch das Filtergehäuse.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass an die Abströmöffnung ein Stutzenbauteil insbesondere an der Außenseite des Gefiltergehäuses anbringbar ist und die Hauptabströmungsrichtung durch die Position der Abströmöffnung und durch die Position des Stutzenbauteils bestimmt wird. Bei einer geeigneten Geometrie des Stutzenbauteils können so mit einem Stutzenbauteil je nach Anbringungsort oder Orientierung des Stutzenbauteils am Filtergehäuse unterschiedliche Hauptabströmungsrichtungen realisiert werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Filter zwei Abströmöffnungen aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Filters;
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2 eine perspektivische Rückansicht des Filters der 1;
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3 eine Schnittansicht des Filters der 1;
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4 eine Explosionsansicht des Filters der 1;
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5 eine perspektivische Ansicht des Sekundärfilterelements des Filters der 1;
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6 eine Vorderansicht eines Hauptfilterelements des Filters der 1;
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7 eine Rückansicht eines Hauptfilterelements des Filters der 1;
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8 eine alternative Konfiguration des Filters der 1;
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9 eine weitere alternative Konfiguration des Filters der 1;
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10 eine alternative Abströmstutzenausgestaltung des Filters der 1;
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11 eine alternative Abströmbereichsausgestaltung des Filters der 1.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Filters 10. Der Filter 10 weist ein Filtergehäuse 12 auf. Das Filtergehäuse 12 wird in den 1 bis 4 von links nach rechts entlang einer Hauptanströmungsrichtung X angeströmt. Anströmseitig ist eine Anströmöffnung 14 vorgesehen. Die Anströmöffnung 14 wird in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform durch den Anströmbereich eines Zyklonblocks 50 gebildet. Je nach Anforderungen kann aber der Zyklonblock 50 auch entfallen oder separat vorgeschaltet sein. In dem Zyklonblock 50 bildet eine Vielzahl parallel angeordneter Zyklonzellen 51 einen Multi-Zyklonblock. Der Zyklonblock 50 dient als Grob- oder Vorabscheidermodul. In dem Zyklonblock vorabgeschiedenes Material wie Staub und/oder Wasser wird durch einen Austragsstutzen 52 aus dem Filtergehäuse 12 entfernt. Stromabwärts des Zyklonblocks 50 bildet das Filtergehäuse 12 einen Filterelementeaufnahmeraum 54, siehe 3 und 4. In dem Filterelementeaufnahmeraum 54 finden ein Hauptfilterelement 20 und ein Sekundärfilterelement 30 Aufnahme. Die für die vorliegend beschriebene Ausführungsform vorgesehene Wartungsrichtung des gesamten Filters 10 ist inline und erfordert eine Demontage des Zyklonblocks 50. Alternativ kann auch eine seitliche Wartung vorgesehen sein.
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Wie in den 3 und 4 dargestellt wird das Hauptfilterelement 20 von einem als Taschenfilter ausgebildeten Sekundärfilterelement 30 umhüllt. Das Hauptfilterelement 30 weist eine Hauptströmungsrichtung Z auf und wird über eine Hauptfilterelement-Anströmfläche 22 angeströmt. Die Hauptanströmungsrichtung X des Filters 10 selbst fällt in dieser Ausführungsform mit der Hauptströmungsrichtung Z des Hauptfilterelements 20 zusammen. Innerhalb des Hauptfilterelements 20 erfährt die Fluidströmung eine Umkehrung in der Form, dass die Strömungsrichtung um etwa 90° nach außen umgelenkt wird. Während also die Anströmung des Hauptfilterelements axial entlang einer gedachten Längsachse des Hauptfilterelements, die mit der Hauptströmungsrichtung Z zusammenfällt, angeströmt wird, erfolgt die Abströmung radial zu dieser Achse Z.
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Das Hauptfilterelement 20 ist vorliegend als halbkonisch gefalteter Einfachbalg ausgebildet. Alternativ kann auch eine Doppelbalgstruktur oder eine gerade Faltung vorgesehen sein. Alternativ ist auch ein Faltenbalg mit variablen Faltentiefen denkbar.
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Das Sekundärfilterelement 30 ist in 5 detaillierter dargestellt. Das Sekundärfilterelement 30 umhüllt das Hauptfilterelement 20 mit Ausnahme der Hauptfilterelement-Anströmfläche 22. Die Hauptfilterelement-Anströmfläche 22 ist vorliegend als die in Anströmrichtung gelegene äußere Fläche des Hauptfilterelements 20 zu verstehen, die angeströmt wird. Je nach Ausgestaltung des Hauptfilterelement-Mediums kann die tatsächliche Anströmfläche innerhalb des Hauptilterelements 20 liegen und bedingt durch mögliche Faltungen eine komplexe Form aufweisen.
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Das Sekundärfilterelement 30 besitzt als Sekundärfilterelementmedium 32 ein Vlies. Der Vlieskörper kann beispielsweise durch Nähen von Vliesbahnen oder durch Tiefziehen taschenförmig geformt sein. Eine Sekundärelement-Käfigstruktur 33 ist zur Stabilisierung auf der abströmseitigen Oberfläche des Sekundärfilterelement-Filtermediums 32 vorgesehen. Vorzugsweise kann der Vlieskörper nicht fest mit der Sekundärfilterelement-Käfigstruktur 33 verbunden sein, sondern wird in diese nur eingelegt. Somit kann nur das Sekundärfilterelement-Filtermedium 32 im Wartungsfall ausgetauscht werden. Dies erspart Kosten für den Endanwender und Volumen beim Transport, da das Medium klein gefaltet werden kann. Die Sekundärelement-Käfigstruktur 33 des Sekundärfilterelements 30 weist an der Seite, welche in Richtung der Anströmseite des Filtergehäuses 12 liegt, eine umlaufend angebrachte Dichtung 34 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wirkrichtung der Dichtung axial, das heißt, sie kontaktiert die entsprechende Stufe am Filtergehäuse 12 in Richtung der Hauptströmungsrichtung X. Alternativ wäre auch eine radiale Wirkrichtung denkbar. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Dichtung 34 von dem Sekundärfilterelement-Filtermedium 32 gebildet wird. Die Dichtung 34 könnte beispielsweise bereits beim Herstellungsvorgang an den Vlieskörper des Filtermediums 32 angeformt sein.
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Der um das Sekundärfilterelement 20 befindliche Filterelementeaufnahmeraum 54 dient als Abströmraum innerhalb des Filtergehäuses 12. Je nach Anwendungsfall wird eine Abströmöffnung 16 in das Filtergehäuse 12 an der geeigneten Stelle angebracht. In den 1 bis 4 ist die Abströmöffnung 16 beispielhaft im oberen Bereich des Gehäuses 12 eingebracht. Ein in die Abströmöffnung 16 eingebrachter Abströmstutzen 40 legt endgültig eine Hauptabströmungsrichtung Y fest. Diese ist im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung Z des Hauptfilterelements 20 und senkrecht zur Hauptanströmungsrichtung X des Filtergehäuses 12 gewählt.
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Die 6 und 7 zeigen das Hauptfilterelement 20 detaillierter. Wie in 6 gezeigt weist das Hauptfilterelement 20 eine in radialer Richtung zur Hauptströmungsrichtung Z liegende, auf der Umfangsfläche befindliche Abströmfläche 23 und eine in axialer Richtung liegende Abströmfläche 24 auf, die sich stirnseitig befindet. Diese dreidimensional im Raum angeordnete Abströmfläche wird vollständig von der Anströmfläche des Sekundärfilterelements 30 umhüllt. Dies ermöglicht eine nahezu beliebige Wahl der Abströmrichtung des Filtergehäuses 12. An der Anströmseite des Hauptfilterelements 20 ist eine am Rahmen 21 des Hauptfilterelements 20 vorgesehene stirnseitige Flachdichtung 25 vorgesehen. Diese kann beispielsweise aus Moosgummi hergestellt sein. Alternativ kann es sich bei dem Filterelementrahmen 21 um ein Zweikomponenten-Spritzgussteil mit einer Weichkomponente zur Ausbildung einer Dichtung 25 handeln. Die Wirkrichtung der Dichtung 25 ist vorliegend axial in Richtung der Hauptströmungsrichtung Z. Alternativ ist auch eine radiale Abdichtung möglich.
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In den 8 und 9 sind alternative Anbringungsmöglichkeiten des Abströmstutzens 40 gezeigt, welche alternative Konfigurationen des Filters 10 hervorbringen. In dem an dem Filtergehäuse 12 vorgesehenen Abströmöffnungsbereich 18, welcher in 1 und 2 schraffiert dargestellt ist, kann der Abströmstutzen 40 in verschiedenen Orientierungen angebracht werden. Da der Abströmöffnungsbereich 18 jeweils eine Zylindermantelfläche als Grundform aufweist, die mit der Form des Abströmstutzens 40 in seinem Befestigungsbereich 41 korrespondiert, ergibt sich eine Vielzahl an Abströmungsrichtungen Y mit ein- und demselben Stutzenbauteil 40. Während sich in 1 entgegen der Haupströmungsrichtung Z gesehen eine linksseitige Abströmung ergibt, ist in 8 eine rechtsseitige Abströmung vorgesehen. Je nach Geometrie des Stutzenbauteils 40 kann sich auch eine leichte Abwinkelung ergeben. In 9 ist ebenfalls eine rechtsseitige Abströmung vorgesehen, die stärker in die Horizontale lenkt. Das in den 1 bis 4, 8 und 9 verwendete Stutzenbauteil 40 ist baugleich und wurde jeweils nur an anderer Position (8 gegenüber 1) oder in anderer Orientierung (9 gegenüber 8) angebracht.
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In 10 ist eine Doppelabströmung vorgesehen. Zu diesem Zweck sind zwei Abströmöffnungen 16, 17 in das Filtergehäuse 12 eingebracht. Ein Doppelabströmstutzen 43, der alternativ auch aus zwei einzelnen Stutzen 40 ausgeführt sein kann, wird an dem Abströmöffnungsbereich 18 befestigt. Der Doppelabströmstutzen 43 kann beispielsweise für V-Motoren vorgesehen sein.
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Eine weitere alternative Ausführungsform ist in 11 dargestellt. Hier wurde eine Inline-Durchströmung durch ein entsprechend alternativ geformtes Endstück 19 des Filtergehäuses 12 realisiert.
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Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Endstück 19 an das Filtergehäuse 12 angespritzt wird. Dazu kann beispielsweise ein Wechseleinsatz im Spritzgusswerkzeug für das Filtergehäuse 12 vorgesehen sein. Die Anbringung des Abströmstutzens 40, 43 kann durch Schweißen oder Kleben oder ähnliche Befestigungstechniken realisiert werden. Die Öffnung des Filtergehäuses 12 für eine oder zwei Abströmöffnungen 16, 17 wird vor dem Anbringen des Abströmstutzens 40, 43 am vorgesehenen Ort eingebracht, beispielsweise gelocht oder gestanzt.
