DE102014017027A1

DE102014017027A1 - Filtereinsatz für eine Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE102014017027A1
Application number: DE102014017027.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Pflüger; Fabian Wagner; Matthias Krohlow; Daniel Schmid; Jörg Menssen; Stefan Walz; Christof Mangold
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-05-21
Also published as: WO2015075055A1; CN105745005B; CN105745005A; US10300418B2; US20160263508A1

Abstract

Eine Filtereinrichtung weist einen Filtereinsatz mit einem Filterelement und einer an der Stirnseite des Filterelements angeordneten Abströmöffnung auf. Das Filterelement besitzt bezogen auf die Längsachse der Abströmöffnung mindestens einen abgeflachten Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Filtereinsatz für eine Filtereinrichtung, insbesondere für einen Gasfilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der EP 2 152 385 B1 wird ein Gasfilter mit einem Filtereinsatz beschrieben, der in ein Filtergehäuse einsetzbar ist und ein U-förmig ausgebildetes Filterelement aufweist, das radial von außen nach innen von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird. Zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Filterelements liegt der Reinraum, aus dem das filtrierte Fluid über eine Abströmöffnung abgeführt wird, die an den freien Stirnseiten der Schenkel in eine Abdeckplatte integriert ist.
Bekannt sind des Weiteren zylindrische Filterelemente, die radial von außen nach innen durchströmt werden und einen axialen Abströmraum umschließen, aus dem das Fluid axial abgeführt wird. Derartige zylindrische Filterelemente sind an den Stirnseiten von Endscheiben verschlossen, wobei in eine Endscheibe eine Abströmöffnung eingebracht ist, über die das Fluid axial in einen weiterführenden Kanal abgeleitet wird.
Ein zylindrisches Luftfilterelement wird beispielsweise in der WO 2010/111008 A1 beschrieben. Das Filtermittel des Filterelements ist als zickzackförmiger Faltenfilter ausgebildet, der ringförmig angeordnet ist, wobei die Stirnseiten über eine Verbindungsklammer miteinander verbunden sind. Die Verbindungsklammer erstreckt sich über ein Kreissegment von etwa 30° und weist eine luftundurchlässige Wandung auf.
Allgemein ist bei Filtereinrichtungen auf eine hohe Reinigungsleistung bei zugleich möglichst geringen geometrischen Abmessungen zu achten.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen einen konstruktiv einfach aufgebauten Filtereinsatz mit hoher Reinigungsleistung bei kompakten Abmessungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Filtereinsatz in Filtereinrichtungen zur Filtration eines Fluids, insbesondere auf Gasfilter wie z. B. Luftfilter für Brennkraftmaschinen, mit denen die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft einer Filtration unterzogen wird. Grundsätzlich ist aber auch eine Anwendung zur Flüssigkeitsfiltration möglich, beispielsweise zur Filtration von Öl oder Kraftstoff in Kraftfahrzeugen.
Die Filtereinrichtung umfasst ein Filtergehäuse mit einem darin befindlichen Aufnahmeraum sowie einen Filtereinsatz, der in den Aufnahmeraum im Filtergehäuse einsetzbar ist. Der Filtereinsatz weist ein Filterelement aus einem Filtermedium bzw. -mittel auf, beispielsweise einem Filterpapier, sowie eine Strömungsöffnung an der Stirnseite des Filterelements für das Fluid.
Die Strömungsöffnung ist vorzugsweise als Abströmöffnung an der Stirnseite des Filterelements ausgebildet, über die das gereinigte Fluid nach dem Durchströmen des Filtermittels aus dem Filterelement abgeführt wird. Die Abströmöffnung liegt an der Reinseite des Filterelements und kommuniziert in Einbaulage mit entsprechenden Öffnungen bzw. Rohren oder Kanälen zur Ableitung des gereinigten Fluids.
Die Strömungsöffnung kann gegebenenfalls auch die Zuströmöffnung bilden, über die das Rohfluid dem Filterelement zugeführt wird.
Das Filterelement weist bezogen auf die Längsachse der Strömungsöffnung mindestens einen abgeflachten Abschnitt auf, der eine reduzierte radiale Dicke besitzt und sich unmittelbar benachbart zu der Strömungsöffnung entlang des Umfanges der Strömungsöffnung erstreckt. Somit weist das Filterelement entlang eines definierten Winkelsegments entlang der Strömungsöffnung eine reduzierte Dicke auf. Gegebenenfalls kann die Dicke bis auf null reduziert werden, so dass eine Durchbrechung im Filterelement vorliegt, die sich ebenfalls über ein definiertes Winkelsegment entlang des Umfangs der Strömungsöffnung erstreckt.
Das Filterelement weist einen länglichen Querschnitt auf und ist beispielsweise U-förmig ausgebildet, so dass der Innenabstand im Filterelement in einer ersten Richtung quer zur Längsachse der Strömungsöffnung kleiner ist als der Innenabstand in einer zweiten Richtung quer zur Längsachse. Hierbei ist der kleinste Innenabstand im Filterelement in unmittelbar Nachbarschaft zur Strömungsöffnung – entlang einer Tangente an den Außendurchmesser der Strömungsöffnung – kleiner als der Innendurchmesser der Strömungsöffnung.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass bezogen auf die Außendimensionen des Filterelements eine verhältnismäßig große Strömungsöffnung zur Leitung des filtrierten Fluids vorhanden ist, was mit einem reduzierten Strömungswiderstand auf der Reinseite des Filterelements einhergeht. Der reduzierte Strömungswiderstand stromab des Filterelements erhöht die Reinigungseffizienz, so dass auch mit kleiner dimensionierten Filterelementen vorgegebene Anforderungen an eine bestimmte Reinigungsleistung erfüllt werden können.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist am Aufnahmeraum des Filtergehäuses, der zur Aufnahme des Filtereinsatzes dient, ein Gehäusestutzen angeordnet, der im montierten Zustand vorzugsweise mit der Reinseite des Filterelements kommuniziert und zur Ableitung des gereinigten Fluids dient. Der Durchmesser des Gehäusestutzens beträgt mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75% der Höhe des Aufnahmeraums, in den der Filtereinsatz eingesetzt wird. Der Gehäusestutzen und die Strömungsöffnung des eingesetzten Filtereinsatzes, die vorteilhafterweise die Abströmöffnung bildet, kommunizieren miteinander, insbesondere in der Weise, dass die Strömungsöffnung und der Gehäusestutzen im montierten Zustand koaxial zueinander angeordnet sind. Die Strömungsöffnung liegt insbesondere unmittelbar an dem Gehäusestutzen des Filtergehäuses an.
Auch in diesem Fall wird auf Grund des verhältnismäßig großen Durchmessers des Gehäusestutzens der Strömungswiderstand des Filtereinsatzes bzw. des Filterelements reduziert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass verhältnismäßig flach bauende Filtereinrichtungen ohne Einschränkung der Reinigungsleistung eingesetzt werden können, beispielsweise Filtergehäuse, bei denen die Höhe des Aufnahmeraums maximal die Hälfte der Breite und/oder Länge des Aufnahmeraums beträgt. Der Durchmesser des Gehäusestutzens kann ggf. die gesamte Höhe oder zumindest annähernd die gesamte Höhe des Aufnahmeraums erreichen. Der Durchmesser des Gehäusestutzens bezieht sich hierbei auf den lichten Innendurchmesser. Auf Grund der dünnwandigen Ausführung des Gehäusestutzens, der üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial besteht, kann auch der Außendurchmesser für die Bemessung der Geometrien herangezogen werden.
In Betracht kommen sowohl kreisrunde Querschnitte des Gehäusestutzens als auch nicht runde Querschnitte, beispielsweise ovale Querschnitte. Bei nicht-runden Querschnitten beträgt der kleinste Durchmesser des Gehäusestutzens mindestens 50% bzw. 75% der Höhe des Aufnahmeraums zur Aufnahme des Filtereinsatzes.
Das Filterelement umschließt zweckmäßigerweise zumindest teilweise einen Reinraum, der mit der stirnseitigen Strömungsöffnung am Filterelement in Verbindung steht. Beispielsweise kann das Filterelement einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die beiden Schenkel des U-förmigen Querschnittes den zwischenliegenden Reinraum begrenzen. Die Strömungsöffnung liegt zweckmäßigerweise nicht an den freien Stirnseiten der Schenkel, sondern an den Längsseiten der Schenkel, so dass das Fluid aus dem Reinraum quer zur Längserstreckung der Schenkel abströmt. Der Außenabstand von Schenkel zu Schenkel definiert hierbei die Höhe des Filterelements, die an die Höhe des Aufnahmeraums angepasst sein muss. Der Außendurchmesser der Strömungsöffnung kann ggf. die Höhe des Filterelements überschreiten. In diesem Fall umschließt das Filterelement nicht den Außenumfang der Strömungsöffnung, vielmehr besteht eine Durchbrechung, so dass ein Winkelsegment über den Außenumfang der Strömungsöffnung frei von Filtermittel des Filterelements ist.
Bei U-förmiger Ausführung des Filterelements können die seitlichen Schenkel parallel zueinander angeordnet sein. Möglich ist aber auch eine winklige Anordnung geradliniger Schenkel oder, gemäß weiterer Ausführung, eine konvex nach außen gekrümmte, ovale Ausbildung der Schenkel.
Es kann zweckmäßig sein, den Filtereinsatz mit einem Strömungsrohr auszustatten, an dem das Filterelement anliegt und das zumindest teilweise vom Filterelement umgriffen ist. Das Strömungsrohr, das sich auf der Reinseite des Filterelements befindet, weist mindestens eine in die Wandung eingebrachte Strömungsöffnung auf, über die das Fluid auf der Reinseite des Filterelements in das Strömungsrohr einströmen und entlang des Strömungsrohrs axial abfließen kann. Die Strömungsöffnung befindet sich an der Stirnseite des Abströmrohrs, wobei sowohl Ausführungen in Betracht kommen, bei denen die Strömungsrohr in einem separat vom Strömungsrohr ausgebildeten Bauteil, beispielsweise einem Abströmring ausgebildet ist, der jedoch auf das Strömungsrohr auf- oder eingesetzt ist, als auch Ausführungen, bei denen die Strömungsöffnung die stirnseitige Öffnung des Strömungsrohrs bildet. Zweckmäßigerweise besitzt das Strömungsrohr zumindest annähernd die gleiche Länge wie das Filterelement, so dass über die Länge des Filterelements ein gleichmäßiger Übertritt des gereinigten Fluids in das Strömungsrohr möglich ist.
Das Strömungsrohr bildet vorzugsweise das Abströmrohr.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in das Strömungsrohr ein Einsteckteil eingesteckt, das eine kleinere Länge als das Strömungsrohr aufweist und das akustische Verhalten, ggf. auch das Strömungsverhalten der Filtereinrichtung beeinflusst. Das Einsteckteil wird zweckmäßigerweise über die Strömungsöffnung von außen in das Strömungsrohr eingesteckt. Das Einsteckteil kann ein einer Stirnseite, vorzugsweise an der in das Strömungsrohr einragenden Stirnseite eine tulpenförmige Erweiterung aufweisen, um in gewünschter Weise das akustische und/oder das Strömungsverhalten zu beeinflussen. Unmittelbar vor der tulpenförmigen Erweiterung befindet sich eine Engstelle im Einsteckteil, welche mit der nachfolgenden Erweiterung einen Düseneffekt bewirkt.
Der Filtereinsatz kann mit einem Hohlfuß versehen sein, welcher sich zweckmäßigerweise durch das Filterelement erstreckt und zur Verbindung mit einem gehäuseseitigen Befestigungselement dient. In den Hohlfuß kann beispielsweise das gehäuseseitige Befestigungselement einragen, um eine Fixierung des Filtereinsatzes im Filtergehäuse zu erreichen. Möglich ist es auch, ein Fixierungsteil, beispielsweise eine Schraube in den Hohlfuß einzuführen und den Hohlfuß über die Schraube mit dem Filtergehäuse zu verbinden. Der Hohlfuß erstreckt sich vorteilhafterweise durch den Reinraum hindurch, an den das Filterelement angrenzt bzw. der vom Filterelement zumindest teilweise begrenzt wird. Um Leckageströme zu vermeiden, ist der Hohlfuß gegenüber dem Reinraum strömungsdicht separiert. Der Hohlfuß ist beispielsweise als ein Kunststoffbauteil ausgeführt, das zumindest annähernd hohlzylindrisch, gegebenenfalls mit länglichem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die Außenwände des Hohlfußes unmittelbar an den Reinraum angrenzen und der Innenraum des Hohlfußes zur Aufnahme des Befestigungselements bzw. Fixierungsteils dient. Der Hohlfuß ragt zweckmäßigerweise vollständig durch das Filterelement hindurch. Der Innenraum im Hohlfuß kann durchgehend ausgebildet sein, ggf. kommt auch eine Ausführung in Betracht, bei der der Innenraum des Hohlfußes nicht durchgehend ausgebildet ist, sondern von einer zwischenliegenden Wand unterbrochen ist. Soweit im Filtereinsatz ein Strömungsrohr vorgesehen ist, kann der Hohlfuß in das Strömungsrohr integriert sein und dieses durchragen. Auch in diesem Fall ist der Innenraum des Hohlfußes von der Hohlfußaußenwand strömungsdicht separiert, um unerwünschte Leckageströme zu verhindern.
Es sind verschiedene Ausführungsvarianten des Filterelements in Bezug auf die Strömungsöffnung möglich. Beispielsweise kann das Filterelement die Strömungsöffnung über einen Winkelbereich von mindestens 180° umgreifen, z. B. über einen Winkelbereich von 270°, ggf. auch mehr als 300°, jedoch weniger als 360°, so dass ein Winkelsegment am Außenumfang der Strömungsöffnung frei von Filtermittel ist. Möglich sind aber auch Ausführungen, in denen die Strömungsöffnung vollständig von Filtermittel des Filterelements umschlossen ist, wobei das Filterelement über mindestens ein Winkelsegment eine Abflachung aufweist und somit mit einer geringeren radialen Dicke versehen ist, um große Durchmesser der Strömungsöffnung in Bezug auf die Höhe des Filterelements zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführung umgreift das Filterelement die Strömungsöffnung über einen Winkelbereich von maximal 180°, insbesondere nicht mehr als 90°, was die Möglichkeit eröffnet, mehrere, voneinander unabhängig ausgebildete Filterelemente an die Strömungsöffnung angrenzen zu lassen, wobei eine gemeinsame Strömungsöffnung für die verschiedenen Filterelemente zur Ableitung des gereinigten Fluids dient. So kann z. B. bei U-förmigem Grundquerschnitt des Filterelements ein Filtereinsatz mit zwei diagonal gegenüberliegenden Filterelementen an der Strömungsöffnung und ggf. einem zentralen Strömungsrohr angeordnet sein. Jedes Filterelement grenzt an die Strömungsöffnung bzw. das Strömungsrohr über ein Winkelsegment kleiner als 180° an, so dass bei diagonal gegenüberliegender Anordnung der Filterelemente jeweils ein Winkelsegment am Umfang der Strömungsöffnung bzw. dem Strömungsrohr frei von Filtermittel bleibt. Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung sind die gegenüberliegenden Filterelemente über einen abgeflachten Verbindungsabschnitt miteinander verbunden, der unmittelbar an dem Außenumfang der Strömungsöffnung bzw. des Strömungsrohrs anliegt, dessen Dicke jedoch reduziert ist.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, die sich auf ein Filterelement bezieht, welches einen Reinraum zumindest teilweise umschließt, ist der Innenabstand des Filtermittels des Filterelements kleiner als der Innendurchmesser der Strömungsöffnung. Hierbei kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen die Innenseite des Filtermittels am Außenumfang der Strömungsöffnung anliegt bzw. eine Verlängerung der Innenseite sich außerhalb des Innendurchmessers der Strömungsöffnung befindet als auch Ausführungen, bei denen die Verlängerung der Innenseite den lichten Innendurchmesser der Strömungsöffnung schneidet.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Filterelement als ein Faltenfilter mit zickzackförmig gefaltetem Filtermedium ausgeführt. Der Faltenfilter kann verschiedene Grundgeometrien einnehmen, beispielsweise wie vorbeschrieben einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Der Filtereinsatz, welcher in den Aufnahmeraum im Filtergehäuse einsetzbar ist, weist zumindest ein Filterelement und eine Strömungsöffnung auf, insbesondere eine Abströmöffnung, welche beispielsweise als Abströmring ausgebildet ist. Gegebenenfalls kommen auch Filtereinsätze mit mindestens zwei Filterelementen an einer gemeinsamen Strömungsöffnung in Betracht. Des Weiteren ist es möglich, in den Aufnahmeraum im Filtergehäuse nur einen Filtereinsatz oder ggf. auch mehrere Filtereinsätze einzusetzen, beispielsweise zwei nebeneinander liegende Filtereinsätze, wobei jedem Filtereinsatz eine Strömungsöffnung zugeordnet ist, die jeweils mit einem Gehäusestutzen am Filtergehäuse kommuniziert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Filterelement an seiner Reinseite mit einer Sekundärabströmöffnung versehen, die mit Abstand zur ersten Strömungsöffnung angeordnet ist. Die Sekundärabströmöffnung erlaubt die Verwendung des gereinigten Fluids in einem zusätzlichen Aggregat. Die Sekundärabströmöffnung, der zweckmäßigerweise ein Sekundärstutzen im Filtergehäuse zugeordnet ist, kann bei U-förmiger Ausbildung des Filterelements sowohl an der gleichen Seite wie die Hauptabströmöffnung als auch auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sein. Die Abströmrichtung durch die Hauptabströmöffnung und die Sekundärabströmöffnung erfolgt zweckmäßigerweise parallel. Sofern einem Filtereinsatz zwei oder mehr Filterelemente zugeordnet sind, kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen nur ein Filterelement mit einer Sekundärabströmöffnung versehen ist als auch Ausführungen, bei denen mehrere oder alle Filterelemente mit zumindest jeweils einer Abströmöffnung ausgestattet sind.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante befindet sich an der Außenwand des Strömungsrohrs, insbesondere des Abströmrohrs, eine Mehrzahl von Luftleitelementen, die in das an das Strömungsrohr angrenzende Filterelement einragen und die Luftströmung durch das Filterelement beeinflussen. Die Strömungsleitelemente sorgen insbesondere dafür, dass das gereinigte Gas im Inneren des Filterelements in verbesserter Weise zu den Strömungsöffnungen in der Wandung des Strömungsrohrs geführt wird. Das Filterelement ist beispielsweise, wie vorbeschrieben, U-förmig und zumindest annähernd U-förmig ausgebildet, wobei sich die offene U-Seite zur Wandung des Abströmrohrs hin erstreckt. Es kann an diametral gegenüberliegenden Seiten des Strömungsrohrs jeweils ein U-förmiges Filterelement angeordnet sein, in dessen Inneres jeweils Strömungsleitelemente einragen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Filtereinsatz für eine Filtereinrichtung, insbesondere für einen Gasfilter wie z. B. einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, wobei der Filtereinsatz ein Filterelement und eine Strömungsöffnung an einer Stirnseite aufweist. Gemäß vorteilhafter Ausführung besitzt das Filterelement einen länglichen Querschnitt. Des Weiteren ist im Bereich der Stirnseite in das Filterelement eine randseitig offene Aussparung eingebracht, in die ein Anschlussteil eingesetzt ist, welches die Strömungsöffnung aufweist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Anschlussteil zumindest teilweise innerhalb der offenen Aussparung in das Filterelement integriert werden kann, so dass der Filtereinsatz mit Filterelement und Strömungsöffnung verhältnismäßig kurz bauend ausgeführt werden kann. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass auf Seiten des Filterelements im Bereich der Aussparung an der Stirnseite eine Strömungsführung sowohl in Achsrichtung als auch orthogonal zur Achsrichtung möglich ist. Dies vergrößert insgesamt den Strömungsquerschnitt, insbesondere für die Ableitung des Fluids aus dem Filterelement, und verbessert die Strömungsverhältnisse, es wird insbesondere der Strömungswiderstand reduziert.
Bei der Strömungsöffnung handelt es sich vorzugsweise um die Abströmöffnung, welche mit der innen liegenden Reinseite des Filterelements kommuniziert und über die das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird. In einer Ausführungsvariante bildet die Strömungsöffnung eine Zuströmöffnung, über die das Rohfluid in das Innere des Filterelements geführt wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung weist das Anschlussteil zwei die Aussparung überdeckende Laschen auf. Die Laschen befinden sich an der Oberseite und der Unterseite des Filterelements jeweils im Bereich der Aussparung, jede Lasche ragt in die Aussparung an der Oberseite bzw. Unterseite des Filterelements ein. Die Laschen sind vorteilhafterweise strömungsdicht mit dem Filterelement verbunden, um Fehlluftströme zu vermeiden.
Die Laschen können, gemäß vorteilhafter Ausführung, einteilig mit einem Strömungsring ausgebildet sein, der die Strömungsöffnung bildet und an der Stirnseite des Filterelements sitzt. Der Strömungsring ragt insbesondere axial über die Stirnseite des Filterelements über.
Mindestens eine Lasche, vorteilhafterweise beide Laschen können konvex nach außen gewölbt sein, wodurch sich auf der Innenseite ein zusätzlicher axialer Strömungsweg für das Fluid im Bereich der Aussparung des Filterelements ergibt. Im Falle einer Ausführung der Strömungsöffnung als Abströmöffnung kann somit das Reinfluid aus dem Inneren des Filterelements axial und zusätzlich orthogonal zur Achsrichtung über den bzw. die konvex gebildeten Laschen nach oben bzw. unten strömen, wobei an der Innenwand der Lasche bzw. Laschen eine Umlenkung der Strömung in Achsrichtung bzw. in Richtung der Strömungsöffnung stattfindet. Insgesamt wird hierdurch über eine größere Fläche ein Strömungsfluss des Fluids ermöglicht.
Die Laschen weisen vorteilhafterweise den gleichen Grundquerschnitt wie die Aussparung auf. Es kann zweckmäßig sein, dass die Laschen eine zumindest geringfügig größere Grundfläche als die Aussparung aufweisen, wobei der Randbereich der Laschen auf der Außenseite des Filterelements benachbart zur Aussparung aufliegt und insbesondere strömungsdicht mit der Außenseite des Filterelements verbunden ist.
Die Aussparung ist gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung beispielsweise teilkreisförmig, insbesondere halbkreisförmig ausgeführt. Es kommen aber auch nicht-kreisförmige Ausführungen der Aussparung in Betracht, vorzugsweise abgerundete Ausführungen wie z. B. teilelliptische oder teilovale Querschnittsformen. Des Weiteren sind auch eckige Aussparungen möglich, beispielsweise viereckige Aussparungen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umschließen die Stirnseiten an den beiden diametral gegenüberliegenden Seiten des Filterelements jeweils eine unterschiedlich große Stirnfläche. Erreicht wird dies, gemäß vorteilhafter Ausführung, dadurch, dass der Übergang zwischen den Stirnseiten konisch verläuft. Der Konuswinkel – bezogen auf die Längsachse des Filterelements – beträgt vorzugsweise maximal 10°, insbesondere maximal 5°, beispielsweise maximal 2° oder maximal 1°. Es ist aber auch ein nicht-linearer Übergang von Stirnseite zu Stirnseite möglich, beispielsweise in Form eines konkaven Längsquerschnittes. Auch nicht-kontinuierliche Übergänge mit Sprüngen bzw. Stufen sind möglich.
Die Reduzierung der umschlossenen Querschnittsfläche wird, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, zumindest bei länglicher Querschnittsform des Filterelements über die Länge gesehen durch Annäherung der größeren Außenseiten des Filterelements erreicht. Zusätzlich oder alternativ können aber auch die Schmalseiten des Filterelements über die Länge gesehen einen sich ändernden Abstand zueinander aufweisen.
Das Filterelement kann gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung einen Innenraum komplett umschließen und ist insbesondere mit einem länglichen Querschnitt versehen, bei dem das Verhältnis der Längsseiten zu den Schmalseiten – in Projektion auf eine horizontale bzw. vertikale Ebene gesehen, beispielsweise mindestens 2:1, mindestens 3:1 oder mindestens 4:1 ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht eine Filtereinrichtung mit einem Filtereinsatz in einem Aufnahmeraum eines Filtergehäuses, wobei der Filtereinsatz zwei an einem Abströmrohr angeordnete, diagonal gegenüberliegende Filterelemente mit U-förmigem Querschnitt aufweist und das Abströmrohr mit einem Gehäusestutzen am Filtergehäuse verbunden ist,
2 die Filtereinrichtung gemäß 1 aus einer anderen Perspektive,
3 die Filtereinrichtung in Draufsicht, teilweise im Schnitt,
4 die Filtereinrichtung in einer Seitenansicht mit einer Darstellung des Gehäusestutzens zur Ableitung des gereinigten Fluids,
5 einen Schnitt durch die Filtereinrichtung,
6 eine vergrößerte Darstellung des Details VI aus 5,
7 eine vergrößerte Darstellung des Details VII aus 5,
8 ein Filtereinsatz im Schnitt in schematischer Darstellung, mit einem als Faltenfilter ausgebildeten Filterelement, das eine Abströmöffnung teilweise umgreift,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei separaten Filterelementen, die jeweils an die Abströmöffnung angrenzen,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem einzelnen Filterelement an der Abströmöffnung,
11 in perspektivischer Ansicht ein Filtereinsatz, dessen Grundaufbau demjenigen nach 9 entspricht, im teilweise montierten Zustand,
12 der Filtereinsatz nach 11 im fertig montierten Zustand,
13 ein Filtereinsatz in einer Ausführungsvariante mit ovaler Abströmöffnung,
14 eine Filtereinrichtung in einer Ausführungsvariante mit zwei separaten Filtereinsätzen in einem Aufnahmeraum des Filtergehäuses,
15 ein Filtereinsatz in einer Ausführungsvariante mit zusätzlicher Sekundärabströmöffnung, die an der Reinseite des Filterelements parallel versetzt zur zentrischen Abströmöffnung angeordnet ist,
16 der Filtereinsatz aus 15 in Draufsicht,
17 eine Filtereinrichtung mit einem Filtereinsatz nach 15 bzw. 16 in perspektivischer Ansicht,
18 die Filtereinrichtung aus 17 im Schnitt,
19 ein Filtereinsatz in einer weiteren Ausführung in Draufsicht,
20 in Explosionsdarstellung einen Filtereinsatz mit einem Filterelement mit länglichem Querschnitt, wobei im Bereich einer Stirnseite eine Aussparung in das Filterelement eingebracht ist, in die ein Anschlussteil eingesetzt ist,
21 der Filtereinsatz gemäß 20 in stirnseitiger Ansicht,
22 eine Draufsicht auf den Filtereinsatz im zusammengebauten Zustand,
23 eine Seitenansicht des Filtereinsatzes,
24 eine perspektivische Ansicht des Filtereinsatzes im zusammengebauten Zustand.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
In den 1 und 2 ist in perspektivischer Ansicht eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, die als Luftfilter für eine Brennkraftmaschine ausgeführt ist und in einem Aufnahmeraum 3 in einem Filtergehäuse 2 einen Filtereinsatz 4 zur Filtration der herangeführten Verbrennungsluft aufweist. Der Filtereinsatz bildet eine Baueinheit und umfasst zwei Filterelemente 5 und ein Abströmrohr 6. Die beiden Filterelemente 5 sind an diagonal gegenüberliegenden Seiten des Abströmrohrs 6 angeordnet und weisen jeweils einen näherungsweise U-förmigen Querschnitt auf. Gegebenenfalls kommen auch V-förmige Querschnitte der Filterelemente in Betracht. Die Filterelemente 5 werden jeweils radial von außen nach innen – in Richtung auf das Abströmrohr 6 – von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt. In die Wandung des Abströmrohrs 6 sind Strömungsöffnungen eingebracht, die mit der Reinseite der Filterelemente 5 in Verbindung stehen, so dass das Fluid nach der Filtration über die Strömungsöffnungen in das Abströmrohr 6 gelangt und über das Abströmrohr 6 axial abgeleitet wird.
Im Abströmrohr 6 und/oder in den Filterelementen 5 können eine oder mehrere Strömungsleitapparate zur Führung des Fluids angeordnet sein.
An der Außenwand des Filtergehäuses 2 ist ein Gehäusestutzen 7 angeordnet, der eine Ausnehmung in der Gehäusewand einschließt und mit dem das Abströmrohr 6 verbunden ist. Die stirnseitige Öffnung des Abströmrohrs 6 bildet die Abströmöffnung 8, die unmittelbar am Gehäusestutzen 7 anliegt. An der dem Abströmrohr gegenüberliegenden Seite des Gehäusestutzens 7 kann ein Kanal oder Rohr zur Ableitung des gereinigten Fluids angeschlossen werden. In der Ausführung als Luftfilter können das Abströmrohr 6 als Bestandteil des Filtereinsatzes 4 und der Gehäusestutzen einen Teil der Ansaugleitung bilden, über die die Zylinder der Brennkraftmaschine mit Frischluft versorgt werden.
Wie insbesondere 3 zu entnehmen, weist das Filterelement 5 ein Stützgerüst 9 auf, das Träger des Filtermittels bzw. -mediums ist, welches von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird. Das Filterelement 5 weist näherungsweise U-Form auf, wobei die freien Stirnseiten der Schenkel der U-Form an der Mantelfläche des Abströmrohrs 6 anliegen. Dementsprechend liegt die abgerundete U-Form auf der dem Abströmrohr 6 abgewandten Seite.
Die Schenkel jedes U-förmigen Filterelements 5 umgreifen einen zwischenliegenden Reinraum, der über die Strömungsöffnungen in der Wandung des Abströmrohrs 6 mit dem Innenraum des Abströmrohrs kommuniziert. Stirnseitig sind die Filterelemente 5 und somit der zwischenliegende Reinraum von Endscheiben 10 und 11 verschlossen. Auf der der Abströmöffnung 8 gegenüberliegenden Seite verschließt die Endscheibe 10 zusätzlich auch die hintere Öffnung des Abströmrohrs 6.
Der Durchmesser des Abströmrohrs 6 sowie der Abströmöffnung 8, die dem lichten Durchmesser des Abströmrohrs auf dessen Abströmseite entspricht, ist annähernd gleich groß wie die Höhe des Filterelements 5. Die Filterelemente 5 umschließen das Abströmrohr 6 nicht vollständig, sondern lassen zwei Winkelsegmente entlang des Umfangs des Abströmrohrs 6 frei. Die freien Stirnseiten der U-förmigen Filterelemente 5 liegen an der Außenwand des Abströmrohrs 6 an, wobei von jedem Filterelement 5 ein Winkelsegment am Außenumfang des Abströmrohrs 6 kleiner als 180°, beispielsweise annähernd 90° überdeckt wird.
Die Höhe des Filtereinsatzes 4 ist signifikant kleiner als die Breite oder Länge des Filtereinsatzes. Die Höhe ist insbesondere maximal halb so groß wie die Breite und/oder die Länge des Filtereinsatzes. Gleiches gilt für die Abmessungen des Aufnahmeraums 3 im Filtergehäuse 2 zur Aufnahme des Filtereinsatzes 4.
Wie der Schnittdarstellung gemäß 5 sowie den Detaildarstellungen gemäß den 6 und 7 zu entnehmen, ist der Aufnahmeraum 3 im Filtergehäuse 2 von einem lösbaren Gehäusedeckel 12 zu verschließen. An den Gehäusestutzen 7, der in eine Ausnehmung im Filtergehäuse 2 eingesteckt ist, ist eine Leitung 13 angeschlossen, über die das gereinigte Fluid abgeführt wird. Über die Abströmöffnung 8, welche die Stirnseite des Abströmrohrs 6 bildet, ist ein Einsteckteil 14 in das Abströmrohr 6 eingesteckt, dessen Länge jedoch geringer ist als die Länge des Abströmrohrs 6. Die Leitung 13 ist als Stutzen ausgeführt, welcher einteilig mit dem Einsteckteil 14 ausgebildet ist, wobei der Stutzen 14 nur geringfügig über die Abströmöffnung 8 des Abströmrohrs 6 axial hinausragt und insgesamt einen kleineren Durchmesser als die Leitung 13 aufweist. Das Einsteckteil 14 besitzt über seine axiale Länge einen sich verändernden Durchmesser, der sich ausgehend von dem unmittelbar außerhalb der Abströmöffnung liegenden stirnseitigen Bereich zunächst kontinuierlich verringert und auf der gegenüberliegenden Stirnseite, welche in das Abströmrohr 6 einragt, tulpenförmig erweitert. Mittels des Einsteckteils 14 kann auf das Geräuschverhalten sowie ggf. auch auf das Strömungsverhalten Einfluss genommen werden.
Wie der vergrößerten Darstellung gemäß 6 zu entnehmen, kann am stirnseitigen Endbereich des Abströmrohrs 6 auf der Außenseite eine Rändelung bzw. ein Rillenabschnitt 15 angeordnet sein, mit dem das Abströmrohr 6 in den größer dimensionierten Gehäusestutzen 7 eingeschoben wird, wodurch eine hinreichend feste und strömungsdichte Verbindung zwischen der Abströmseite des Abströmrohrs 6 und dem Gehäusestutzen 7 erreicht wird. Auch am Außenmantel der stutzenförmigen Leitung 13, die einteilig mit dem Einsteckteil 14 ausgebildet ist, kann eine entsprechende Rändelung bzw. Rillenabschnitt angeordnet sein, der von einem weiteren Abschnitt des Gehäusestutzens 7 übergriffen wird. Diese Rändelung bzw. der Rillenabschnitt kann ggf. auch als separates Bauteil ausgeführt sein, das zwischen der äußeren Mantelfläche der stutzenförmigen Leitung 13 und der Innenseite des Gehäusestutzens 7 angeordnet ist.
In das Abströmrohr 6 ist ein Hohlfuß 16 eingebracht, welcher das Abströmrohr 6 in Radialrichtung vollständig durchsetzt. Der Hohlfuß weist einen länglichen, annähernd ovalförmigen Querschnitt auf und dient zur Befestigung des Filtereinsatzes 4 im Filtergehäuse 2. Der Hohlfuß 16 weist eine umlaufende Wandung auf, die das Innere des Hohlfußes von dem Innenraum des Abströmrohrs 6 strömungsdicht separiert. Der Innenraum des Hohlfußes 16 dient zur Aufnahme gehäuseseitiger Befestigungselemente 17, 18 (5, 7), die mit dem Filtergehäuse 2 bzw. dem Gehäusedeckel 12 einteilig ausgebildet sind und sich orthogonal zur Längsachse des Abströmrohrs 6 erstrecken und in das Innere des Hohlfußes 16 einragen. Die Befestigungselemente 17, 18 bilden jeweils einen Dom, der jedoch einen kleineren Querschnitt als das Innere des Hohlfußes 16 aufweist, so dass eine axiale Relativverschiebung des Abströmrohrs 6 bzw. Filtereinsatzes 4 entlang der Längsachse des Abströmrohrs möglich ist. Die domartigen Befestigungselemente 17, 18 sind über eine Schraube 19, die über den Gehäusedeckel 12 eingeführt wird, fest miteinander verbunden.
Zur Montage wird zunächst der Filtereinsatz 4 in den Aufnahmeraum 3 des Filtergehäuses 2 eingesetzt, wobei das domartige Befestigungselement 17, welches einteilig mit dem Filtergehäuse 2 ausgebildet ist und sich vom Boden des Aufnahmeraums nach oben erhebt, in das Innere des Hohlfußes 16 im Abströmrohr 6 einragt. Anschließend wird das Abströmrohr 6 entlang seiner Längsachse so verschoben, dass der stirnseitige Abschnitt des Abströmrohrs 6 mit der Rändelung 15 bzw. dem Rillenabschnitt in den Gehäusestutzen 7, der am Filtergehäuse 2 angeordnet ist, eingeschoben wird. Danach kann das Einsteckteil 13, 14 axial über die Abströmöffnung 8 in das Abströmrohr 6 eingesetzt werden. Abschließend wird der Gehäusedeckel 12 aufgesetzt und das domartige, nach unten ragende Befestigungselement 18 am Gehäusedeckel 12 in das Innere des Hohlfußes 16 im Abströmrohr 6 eingesetzt, bis die domartigen Befestigungselemente 17, 18 koaxial zueinander angeordnet sind und über die Schraube 19 fest miteinander verbunden werden können.
In den 8 bis 10 sind in schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele für Filtereinsätze 4 mit Filterelementen 5 und einer Abströmöffnung 8 dargestellt. Die Abströmöffnung befindet sich an der Stirnseite des Abströmrohrs 6, dessen Innendurchmesser d, wie 8 zu entnehmen ist, größer ist als der Innenabstand a zwischen den innen liegenden Spitzen des als Faltenfilter ausgebildeten Filterelements 5. Das Filterelement 5 ist U-förmig geformt, so dass die innen liegenden Spitzen einen Reinraum einschließen, dessen lichte Höhe dem Innenabstand a entspricht. Sofern das Abströmrohr 6 keinen runden, sondern einen ovalen Queschnitt aufweist, beziehen sich die Verhältnisse auf die radiale Innenerstreckung des Abströmrohrs, bezogen auf die Höhe in Richtung des Innenabstands a des Filterelements 5.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die radiale Erstreckung d des Abströmrohrs 6 annähernd gleich oder kleiner als die Gehäusehöhe, bezogen auf die vertikale Richtung bzw. die Richtung des Innenabstands a des Filterelements 5.
Das Filterelement 5 weist zwei U-förmige Abschnitte auf, die an einer Seite des Abströmrohrs 6 miteinander verbunden sind, wohingegen an der gegenüberliegenden Seite eine Durchbrechung 20 an der Umfangsseite des Abströmrohrs 6 gegeben ist. Die Durchbrechung 20 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Abströmrohrs 6 über ein Winkelsegment von annähernd 90°. Die freien Enden des Filterelements 5 liegen an gegenüberliegenden Seiten der Durchbrechung 20 an der Mantelfläche des Abströmrohrs 6 an. Im durchgehenden Abschnitt, welcher in 8 oben liegt, berühren die innenliegenden Spitzen des Filterelements 5 die Mantelfläche des Abströmrohrs 6, wohingegen aufgrund des kleineren Innenabstandes a die innen liegenden Spitzen an der gegenüberliegenden Seite des Filterelements weiter nach innen einragen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 9 weist der Filtereinsatz 4 zwei einzelne, voneinander separat ausgebildete Filterelemente 5 auf, die jeweils einen U-förmigen Grundquerschnitt aufweisen und als Faltenfilter ausgebildet sind. Die freien Stirnseiten der Schenkel der U-förmigen Filterelemente liegen an der Mantelfläche des Abströmrohrs 6 an und umgreifen jeweils ein Winkelsegment, das etwa 90° abdeckt. Die beiden Filterelemente 5 sind diagonal gegenüberliegend angeordnet, so dass am Umfang des Abströmrohrs 6 zwischen den beiden Filterelementen 5 eine oben und eine unten liegende Durchbrechung 20 gebildet ist, die sich jeweils ebenfalls über ein Winkelsegment von etwa 90° erstreckt. Die im U-förmigen Grundquerschnitt parallelen Schenkel können auch in einem gewissen Winkel zueinander stehen, so dass eine V-förmige oder eine Kombination von U- und V-förmiger Anordnung entsteht.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 10 umfasst der Filtereinsatz 4 nur ein einzelnes, U-förmiges Filterelement 5, das als Faltenfilter ausgebildet ist und dessen freie Stirnseiten an dem Außenumfang des Abströmrohrs 6 anliegen. Das Filterelement 5 umgreift hierbei etwa ein 90°-Winkelsegment am Umfang des Abströmrohrs 6. Dementsprechend deckt die Durchbrechung 20 ein Winkelsegment von etwa 270° ab.
In den 11 und 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Filtereinsatz 4 dargestellt. Der Filtereinsatz 4 umfasst ein zentrales Abströmrohr 6, mit dem ein Stützgerüst 9 verbunden ist, wobei jeweils ein Stützgerüst 9 an diagonal gegenüberliegenden Seiten des Abströmrohrs 6 für jeweils ein Filterelement 5 vorgesehen ist. In das Abströmrohr 6 ist in vorbeschriebener Weise ein Hohlfuß 16 für Montagezwecke eingebracht, der das Abströmrohr 6 orthogonal zu dessen Längsachse durchsetzt. Jedes Filterelement 5 besteht optional aus einer äußeren Filter- bzw. Decklage 21 und in jedem Fall aus einem innen liegenden Filtermittel 22, welches unmittelbar an dem Stützgerüst 9 aufliegt, welches U-förmig ausgebildet ist, so dass auch das Filterelement 5 mit den beiden Lagen 21, 22 insgesamt einen U-förmigen Querschnitt besitzt. In die Wandung des Abströmrohrs 6 sind Strömungsöffnungen 23 eingebracht, über die der Reinraum zwischen den Schenkeln der U-Form des Filterelements 5 mit dem Inneren des Abströmrohrs 6 verbunden ist.
An den axialen Enden sind die Filterelemente 5 von Endscheiben 10 bzw. 11 abgedeckt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 13 weist der Filtereinsatz 4 ebenfalls zwei an diagonal gegenüberliegenden Seiten des Abströmrohrs 6 angeordnete, im Querschnitt U-förmige Filterelemente 5 auf. Der Gehäusestutzen 7 besitzt einen ovalen Querschnitt, auch das Abströmrohr 6 und die stirnseitige Abströmöffnung 8 sind zweckmäßigerweise mit einem ovalen Querschnitt versehen. In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weisen dagegen das Abströmrohr, die Abströmöffnung sowie der Gehäusestutzen jeweils einen runden Querschnitt auf.
In 14 ist eine weitere Ausführungsvariante für eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, bei der im Aufnahmeraum 3 des Filtergehäuses 2 zwei separat ausgeführte Filtereinsätze 4 aufgenommen sind. Die Filtereinsätze 4 sind gleich aufgebaut und bestehen wie im ersten Ausführungsbeispiel jeweils aus zwei im Querschnitt U-förmigen Filterelementen 5 auf diagonal gegenüberliegenden Seiten eines Abströmrohrs 6, das an einen gehäuseseitigen Stutzen 7 angeschlossen wird.
In den 15 bis 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filtereinsatzes 4 bzw. einer Filtereinrichtung 1 mit einem Filtereinsatz dargestellt. Der in den 15 und 16 dargestellte Filtereinsatz 4 weist den grundsätzlich gleichen Aufbau wie der in den 11 und 12 dargestellte Filtereinsatz auf und umfasst ein zentrisch angeordnetes Abströmrohr 6 sowie zwei diagonal gegenüberliegende, jeweils mit einem U-förmigem Querschnitt versehene Filterelemente 5, deren offene U-Seite an das Abströmrohr 6 angrenzt. Die Filterelemente 5 werden bezogen auf die Längsachse des Abströmrohrs 6 in Querrichtung durchströmt, wobei die Reinseite der Filterelemente 5 über Strömungsöffnungen in der Wandung des Abströmrohrs 6 mit dem Inneren des Abströmrohrs verbunden ist, so dass das filtrierte Fluid axial über das Abströmrohr 6 und die stirnseitige Abströmöffnung 8, welche unmittelbar an den Gehäusestutzen 7 angrenzt, abgeleitet wird.
Zusätzlich zur Abströmöffnung 8 ist ein zweiter, als Sekundärabströmöffnung 24 bezeichneter Auslass an der Reinseite des Filtereinsatzes 4 vorgesehen. Diese Sekundärabströmöffnung 24 befindet sich an der gleichen Stirnseite des Filtereinsatzes wie die Hauptabströmöffnung 8, jedoch parallel versetzt zu dieser. Die Sekundärabströmöffnung 24 ist in die Endscheibe 11 eingebracht und befindet sich bezogen auf die zentrische Abströmöffnung 8 seitlich versetzt und benachbart zur U-Form eines der beiden Filterelemente 5. Es ist nur im Bereich eines Filterelements 5 eine Sekundärabströmöffnung 24 vorgesehen, wohingegen das zweite Filterelement 5 keine derartige Sekundärabströmöffnung aufweist. Gleichwohl kann es aber zweckmäßig sein, an beiden Filterelementen 5 jeweils eine gegenüber der zentrischen Abströmöffnung 8 versetzt angeordnete Sekundärabströmöffnung vorzusehen. Des Weiteren ist es möglich, die Sekundärabströmöffnung 24 auf der der Hauptabströmöffnung 8 gegenüberliegenden Stirnseite des Filterelements anzuordnen.
Der Sekundärabströmöffnung 24 ist ein Sekundärstutzen 25 zugeordnet, der im in das Filtergehäuse 2 montierten Zustand (17, 18) durch eine Ausnehmung in der seitlichen Wandung des Filtergehäuses 2 hindurchragt. Der Sekundärstutzen 25 ist ebenso wie der der Hauptabströmöffnung 8 zugeordnete Gehäusestutzen 7 mit einem Rillenabschnitt am Außenmantel versehen, mit dem die Stutzen 7, 25 reib- bzw. kraftschlüssig in den Ausnehmungen in der seitlichen Wandung des Filtergehäuses 2 sitzen.
In 19 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filtereinsatzes 4 dargestellt, der grundsätzlich den gleichen Aufbau wie im Ausführungsbeispiel gemäß 11, 12 aufweist. An diametral gegenüberliegenden Seiten eines Abströmrohrs 6 befinden sich jeweils U-förmige Filterelemente 5, dessen offene U-Seite unmittelbar an das Abströmrohr 6 angrenzt. Gereinigtes Gas im Inneren der Filterelemente 5 wird über Strömungsöffnungen in das Abströmrohr 6 eingeleitet und axial über eine stirnseitige Abströmöffnung 8 aus diesem abgeführt.
An der Außenwand des Abströmrohrs 6 befinden sich Strömungsleitelemente 26, die geschwungen ausgebildet sind und sich ausgehend von der Außenwand des Abströmrohrs 6 in Richtung der jeweiligen Filterelemente 5 hinein erstrecken. Die Strömungsleitelemente 6 sollen die Abströmung des gereinigten Gases aus dem Inneren der Filterelemente 5 über die Strömungsöffnungen in der Wandung in das Abströmrohr 6 unterstützen. Über die axiale Länge verteilt befinden sich mehrere Strömungsleitelemente 26 am Abströmrohr 6, die sich in jedes der beiden diametral gegenüberliegenden Filterelemente 5 hinein erstrecken.
In den 20 bis 24 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Filtereinsatz 4 dargestellt. Der Filtereinsatz 4 umfasst ein Filterelement 5, das einen länglichen Querschnitt aufweist und einen Innenraum umschließt, der den Reinraum für das zu reinigende Fluid bildet, welches radial von außen nach innen das Filtermittel des Filterelements 5 durchströmt. Aus dem innen liegenden Reinraum wird das gereinigte Fluid axial über eine Abströmöffnung 8 abgeleitet, deren Längsachse mit der Längsachse des Filterelements 5 zusammenfällt. Die Abströmöffnung 8 ist von einem Strömungsring 29 eines Anschlussteils 27 gebildet, das zusätzlich zum Strömungsring 29 auch zwei Laschen 30 und 31 umfasst, die einteilig mit dem Strömungsring 29 ausgebildet sind. Die Laschen 30 und 31 befinden sich an einer Stirnseite des Strömungsrings 29 und ragen im montierten Zustand in eine Aussparung 28 ein, die randseitig offen ausgebildet ist und im Bereich einer Stirnseite in das Filterelement 5 eingebracht ist.
Die Aussparung 28 erstreckt sich über die gesamte Höhe des Filterelements 5 – bezogen auf die Längsachse 32 des Filterelements -, die Aussparung 28 erstreckt sich somit sowohl durch die untere als auch die obere Lage des Filterelements. Die Aussparung 28 weist einen abgerundeten Querschnitt auf, der insbesondere oval ausgebildet ist und etwa ein halbes Oval umfasst.
Die Querschnittsfläche der Laschen 30 und 31 ist an die Aussparung 28 angepasst. Im montierten Zustand ragen die Laschen 30 und 31 in die Aussparung 28 im Bereich der gegenüberliegenden Außenseiten an den Längsseiten des Filterelements 5 ein. Die Gesamtfläche der Laschen 30 und 31 ist vorzugsweise geringfügig größer als die entsprechende Fläche der Aussparung 28, wobei der Randbereich jeder Lasche 30 und 31 auf der jeweiligen Außenseite des Filterelements 5 strömungsdicht aufliegt bzw. strömungsdicht mit der Außenseite verbunden ist, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben.
Die Laschen 30 und 31 sind konvex mit nach außen gerichteter Krümmung ausgebildet. Hierdurch ergibt sich, wie den perspektivischen Darstellungen gemäß 20 und 24 sowie der Seitendarstellung gemäß 23 zu entnehmen ist, im Bereich der Aussparung 28 ein zusätzlicher, orthogonal zur Längsachse 32 gerichteter Strömungsweg für das abströmende Reinfluid aus dem Innenraum des Filterelements 5. Im Bereich der Aussparung 28 strömt ein Teil des Reinfluids orthogonal zur Längsachse 28 in Richtung der Laschen 30 und 31 und wird anschließend durch die Krümmung an der Innenwand jeder Lasche 30, 31 in Achsrichtung umgelenkt. Ein Hauptteil der Strömung kann unmittelbar in Achsrichtung über den Strömungsring 29 abströmen.
Im Bereich jeder Stirnseite ist das Filterelement 5 mit einer Endscheibe 10 bzw. 11 versehen. Die Endscheibe 11 auf der der Aussparung 28 benachbarten Seite kann mit dem Anschlussteil 27 verbunden sein und liegt zwischen den Laschen 30 und 31. In die Endscheibe 11 ist eine Strömungsöffnung eingebracht, die koaxial zu der Abströmöffnung 8 liegt.
In die Endscheibe 10, die auf der dem Anschlussteil 27 gegenüberliegenden Seite an der Stirnseite des Filterelements 5 angeordnet ist, ist ein Längsschlitz 33 eingebracht, über den Reinfluid ebenfalls aus dem Filterelement 5 abgeleitet werden kann.
Das Filterelement 5 ist, wie in 20 andeutungsweise an der Stirnseite mit der Aussparung 28 dargestellt, als ein Faltenfilter ausgebildet.
In das Filterelement 5 ist außerdem ein Stützgerüst 9 integriert, welches dem Filterelement 5 zusätzliche Stabilität verleiht. Benachbart zu einer Stirnseite ist in das Stützgerüst 9 ebenfalls eine Aussparung eingebracht, die mit der Aussparung 28 im Filterelement 5 korrespondiert.
Wie 23 zu entnehmen, weist das Filterelement 5 bezogen auf die Längsachse 32 einen Konuswinkel α auf, unter dem sich die Längsseiten des Filterelements gegenüber der Längsachse neigen. Hierdurch verändert sich der Querschnitt, welcher von jeder Stirnseite des Filterelements 5 umschlossen ist. Im Bereich des Anschlussteils 27, das mit seinen Laschen 30 und 31 in die Aussparung 28 des Filterelements 5 eingesetzt ist, weist die Stirnseite des Filterelements einen größeren umschlossenen Querschnitt auf als an der gegenüberliegenden Stirnseite. Der Konuswinkel α liegt in einem Bereich von beispielsweise maximal 5° oder maximal 2°.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2152385 B1 [0002]
WO 2010/111008 A1 [0004]

Claims

Filtereinsatz für eine Filtereinrichtung, insbesondere für einen Gasfilter, beispielsweise für einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Filterelement (5) und einer an der Stirnseite des Filterelements (5) angeordneten Strömungsöffnung (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) einen länglichen Querschnitt aufweist und dass das Filterelement (5) bezogen auf die Längsachse der Strömungsöffnung (8) mindestens einen abgeflachten Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung bzw. eine Durchbrechung (20) entlang des Umfangs der Strömungsöffnung (8) aufweist, wobei der kleinste Innenabstand (a) im Filterelement (5) unmittelbar benachbart zur Strömungsöffnung (8) kleiner ist als der Innendurchmesser (d) der Strömungsöffnung (8).
Filtereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) einen Reinraum zumindest teilweise umschließt und die stirnseitige Strömungsöffnung (8) am Filterelement (5) mit dem Reinraum kommuniziert.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Strömungsöffnung (8) quer zur Durchströmungsrichtung des Filterelements (5) liegt.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsöffnung (8) am Filterelement (5) an einem Strömungsrohr (6) angeordnet ist, das vom Filterelement (5) zumindest teilweise umgriffen ist, wobei in dem vom Filterelement (5) umgriffenen Abschnitt mindestens eine Strömungsöffnung in die Wandung des Strömungsrohr (6) eingebracht ist.
Filtereinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Strömungsrohr (6) ein Einsteckteil (14) eingesteckt ist, das eine kleinere Länge als das Strömungsrohr (6) aufweist.
Filtereinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckteil (14) über die Strömungsöffnung (8) in das Strömungsrohr (6) eingesteckt ist.
Filtereinsatz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckteil (14) in dem im Strömungsrohr (6) angeordneten Bereich eine tulpenförmige Erweiterung aufweist.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des Strömungsrohrs (6) Strömungsleitelemente (26) angeordnet sind.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Längsachse der Strömungsöffnung (8) ein Hohlfuß (16) zur Verbindung mit einem gehäuseseitigen Befestigungselement (17, 18) in den Filtereinsatz (4) eingebracht ist, der strömungsdicht von der Reinseite des Filterelements (5) separiert ist.
Filtereinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlfuß (16) das Filterelement (5) durchragt.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 4 bis 8 und nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlfuß (16) in das Strömungsrohr (6) eingebracht ist.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) die Strömungsöffnung (8) über einen Winkelbereich von mindestens 180° umgreift.
Filtereinsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) am Umfang der Strömungsöffnung (8) eine Durchbrechung (20) aufweist, die bezogen auf die Umfangsrichtung der Strömungsöffnung (8) maximal 90° beträgt.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) die Strömungsöffnung (8) über einen Winkelbereich von maximal 180°, insbesondere maximal 90° umgreift.
Filtereinsatz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Filterelemente (5) an der Strömungsöffnung (8) angeordnet sind.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenabstand des Filtermittels (22) des Filterelements (5) kleiner ist als der Innendurchmesser der Strömungsöffnung (8).
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) als Faltenfilter ausgebildet ist.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) einen zumindest annähernd U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Schenkel des U-förmigen Querschnitts die Reinseite einschließen und die Strömungsöffnung (8) quer zur Längserstreckung der Schenkel liegt.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Reinseite des Filterelements (5) eine Sekundärabströmöffnung (24) mit Abstand zur Strömungsöffnung (8) angeordnet ist.
Filtereinsatz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärabströmöffnung (24) ein Sekundärstutzen (25) im Filtergehäuse (2) zugeordnet ist.
Filtereinsatz für eine Filtereinrichtung, insbesondere für einen Gasfilter, beispielsweise für einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einem Filterelement (5) und einer an der Stirnseite des Filterelements (5) angeordneten Strömungsöffnung (8), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stirnseite eine randseitig offene Aussparung (28) in das Filterelement (5) eingebracht ist, in die ein die Strömungsöffnung (8) aufweisendes Anschlussteil (27) eingesetzt ist.
Filtereinsatz nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussteil (27) zwei die Aussparung (28) überdeckende Laschen (30, 31) aufweist.
Filtereinsatz nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lasche (30, 31) konvex gewölbt ist und sich über die Außenseite des Filterelements (5) erhebt.
Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten eine unterschiedlich große Stirnfläche umschließt.
Filtereinsatz nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von Stirnseite zu Stirnseite konisch verläuft.
Filtereinrichtung, insbesondere Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit einem Filtergehäuse (2) mit einem Aufnahmeraum (3) für den Filtereinsatz (4) und einem am Filtergehäuse (2) angeordneten, mit der Reinseite des Filterelements (5) kommunizierenden Gehäusestutzen (7), dessen Durchmesser mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75% der Höhe des Aufnahmeraums (3) für den Filtereinsatz (4) beträgt.
Filtereinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Aufnahmeraums (3) im Filtergehäuse (2) maximal die Hälfte der Breite und/oder Länge des Aufnahmeraums (3) beträgt.
Verfahren zum Montieren eines Filtereinsatzes in einer Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27.