DE102015001225A1

DE102015001225A1 - Modular aufgebautes Filterelement eines Filtersystems, Elementrahmen eines Filterelements und Filtersystem

Info

Publication number: DE102015001225A1
Application number: DE102015001225.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Kaufmann; Klaus-Dieter Ruhland
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-04
Also published as: WO2016124258A1

Abstract

Es werden ein modular aufgebautes Filterelement (10) eines Filtersystems, insbesondere eines modular aufgebauten Filtersystems, insbesondere eines mehrstufigen Filtersystems, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors, ein Elementrahmen (16) und ein Filtersystem beschrieben. Das Filterelement (10) umfasst wenigstens einen bezüglich einer Elementachse (14) umfangsmäßig verlaufenden Elementrahmen (16). In dem Elementrahmen (16) ist wenigstens ein Filterbalg (18) angeordnet. Der Filterbalg (18) weist wenigstens ein zur Filtrierung des Fluids durchströmbares Filtermedium (32) auf oder besteht daraus. Die Elementachse (14) kreuzt eine Anströmseite (20) und eine Abströmseite (24) des wenigstens einen Filterbalgs (18). Zwischen wenigstens einer dem wenigstens einen Filterbalg (18) zugewandten, bezüglich der Elementachse (14) umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite (26) des wenigstens einen Elementrahmens (16) und wenigstens einer der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite (26) zugewandten balgseitigen Umfangsseite (28) des wenigstens einen Filterbalgs (18) ist wenigstens ein Zwischenelement (42) angeordnet oder kann angeordnet werden zum Ausgleich wenigstens eines etwaigen dortigen Zwischenraums (30) zwischen dem wenigstens einen Filterbalg (18) und dem wenigstens einen Elementrahmen (16), insbesondere der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite (26).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein modular aufgebautes Filterelement eines Filtersystems, insbesondere eines modular aufgebauten Filtersystems, insbesondere eines mehrstufigen Filtersystems, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors.
Ferner betrifft die Erfindung einen Elementrahmen eines modularen Filterelements, insbesondere eines erfindungsgemäßen Filterelements, eines Filtersystems, insbesondere eines modular aufgebauten Filtersystems, insbesondere eines mehrstufigen Filtersystems, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Filtersystem, insbesondere modular aufgebautes Filtersystem, insbesondere mehrstufiges Filtersystem, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors, mit wenigstens einem modular aufgebauten Filterelement, insbesondere einem erfindungsgemäßen Filterelement.
Stand der Technik
Bei einem vom Markt her bekannten Filtersystem wird ein Filterelement austauschbar in einem Filtergehäuse angeordnet. Dabei ist es erforderlich, dass die verwendeten Filterelemente bezüglich ihres Einbautyps, insbesondere ihrer äußeren Gestalt und ihrer äußeren Abmessungen, zu dem entsprechenden Filtergehäuse passen. Das verwendete Filterelement kann nicht ohne weiteres gegen ein Filterelement mit einer kleineren Filterkapazität ausgetauscht werden, ohne dass zuvor bauliche Veränderungen des Filtergehäuses vorgenommen werden oder das gesamte Filtergehäuse ausgetauscht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement, einen Elementrahmen und ein Filtersystem der eingangs genannten Art zu gestalten, die ermöglichen, Filterelemente des gleichen Einbautyps bezüglich des Filtergehäuses des Filtersystems mit unterschiedlich großen Filterbalgen möglichst einfach, insbesondere mit möglichst wenigen optionalen Modul-Bauteilen, zu realisieren.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Filterelement dadurch gelöst, dass das Filterelement wenigstens einen bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig verlaufenden Elementrahmen umfasst, in dem wenigstens ein bevorzugt als gefalteter Filterbalg ausgeführter Filterkörper angeordnet ist, welcher wenigstens ein zur Filtrierung des Fluids durchströmbares Filtermedium aufweist oder daraus besteht, wobei die Elementachse eine Anströmseite und eine Abströmseite des wenigstens einen Filterbalgs kreuzt und wobei zwischen wenigstens einer dem wenigstens einen Filterbalg zugewandten bezüglich der Elementachse umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite des wenigstens einen Elementrahmens und wenigstens einer der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite zugewandten balgseitigen Umfangsseite des wenigstens einen Filterbalgs wenigstens ein Zwischenelement angeordnet ist oder werden kann, zum Ausgleich wenigstens eines etwaigen dortigen Zwischenraums zwischen dem wenigstens einen Filterbalg und dem wenigstens einen Elementrahmen, insbesondere der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite. Statt eines Filterbalges sind jedoch auch andere Filterkörperbauformen möglich, wie beispielsweise Filterkörper mit durch abwechselnd aufeinanderliegenden Glatt- und Welllagen aus Filtermedium gebildeten, wechselseitig verschlossenen Kanälen.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein optionales Zwischenelement vorgesehen, mit welchem ein etwaiger Zwischenraum zwischen dem wenigstens einen Filterbalg und dem wenigstens einen Elementrahmen ausgeglichen werden kann. Auf diese Weise können in Elementrahmen des gleichen Einbautyps, also der bezüglich des Einbaus in das Filtergehäuse gleichen Ausgestaltung, insbesondere der gleichen äußeren Gestalt und Größe, wahlweise unterschiedlich große Filterbalge angeordnet werden. Bei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filterelements, bei denen der wenigstens eine Filterbalg den in dem wenigstens einen Elementrahmen zur Verfügung stehenden Raum nicht gänzlich ausfüllt, wird optional wenigstens ein entsprechendes Zwischenelement angeordnet, um diesen Zwischenraum auszugleichen. Falls der verwendete wenigstens eine Filterbalg den Innenraum des wenigstens einen Elementrahmens vollständig ausfüllt, also kein Zwischenraum bleibt, kann auf das wenigstens eine Zwischenelement verzichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Elementrahmen des gleichen Einbautyps einfach mit unterschiedlich großen Filterbalgen zu kombinieren. So kann ein Aufwand von unterschiedlichen Modulbauteilen verringert werden. Ferner kann ein Aufwand zur Herstellung der einzelnen Modulbauteile verringert werden. Eine Flexibilität bezüglich der Verwendung der Filterelemente kann so vergrößert werden. Eine Anpassung des Filtergehäuses des Filtersystems an die Größe des Filterbalgs ist hier nicht erforderlich.
Zur Realisierung von Filterelementen des gleichen Einbautyps und unterschiedlich großen Filterbalgen können Elementrahmen des gleichen Einbautyps optional mit unterschiedlichen Zwischenelementen oder ohne Zwischenelemente modular bereitgehalten werden. Vorteilhafterweise können die Modulbauteile für zwei, drei oder mehr unterschiedliche Größen von Filterbalgen vorgehalten werden.
So kann je nach Einsatzzweck und Erfordernissen ein Filtersystem optional mit unterschiedlich großen Filterbalgen ausgestattet werden. Dort, wo geringere Standzeiten akzeptiert werden und/oder die Schmutzbelastung des Filterbalgs geringer ist, können kleinere Filterbalge, insbesondere mit kleineren Filterflächen, verwendet werden. Auf diese Weise kann ein Materialaufwand an Filtermedium und/oder ein Herstellungsaufwand bei den Filterbalgen verringert werden. Entsprechend können die Kosten, insbesondere Materialkosten und/oder Herstellungskosten, reduziert werden.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Elementrahmen und/oder das wenigstens eine Zwischenelement aus Kunststoff sein oder Kunststoff wenigstens aufweisen. Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Elementrahmen und/oder das wenigstens eine Zwischenelement nach einem Kunststoffformverfahren, insbesondere einem Gussverfahren, Spritzverfahren, Spritzgussverfahren und/oder Blasformverfahren oder dgl., hergestellt sein. Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Elementrahmen und/oder das wenigstens eine Zwischenelement unter Verwendung von Fertigungswerkzeugen, insbesondere Formwerkzeugen und Wechseleinsätzen, hergestellt sein/werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Zwischenelement wenigstens ein Profilstück, insbesondere ein L-förmiges, T-förmiges, Doppel-T-förmiges oder U-förmiges oder ähnliches Profilstück, und/oder einen massiven Körper aufweisen. Ein Profilstück kann einfach und mit geringem Materialaufwand und somit entsprechend geringerem Gewicht realisiert werden. Ein massiver Körper kann einfach insbesondere aus einem Schaummaterial, insbesondere einem geschlossenporigen Schaummaterial, realisiert sein.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Filterbalg offen sein. Bei einem offenen Filterbalg im Sinne der Erfindung ist das Filtermedium nicht zu einem Hohlkörper geschlossen. Im Unterschied dazu ist bei einem Hohlfilterelement, insbesondere einem sog. Rundfilterelement, das Filtermedium umfangsmäßig geschlossen und umgibt einen Innenraum.
Vorteilhafterweise kann das Filterelement ein Flachfilterelement sein. Das Filterelement kann eben oder gebogen sein. Dabei können die Anströmseite und/oder die Abströmseite des Filterbalgs eben, gebogen oder abgestuft sein. Das Filterelement kann auch kastenförmig sein.
Bei dem Filtermedium kann es sich um Filterpapier, Filtervlies, Filterschaum, Meltblown, Nonwoven, Gewebe oder ein andersartiges zur Filtrierung von insbesondere gasförmigen Fluid, insbesondere Luft, geeignetes Filtermedium oder eine Kombination aus unterschiedlichen Filtermedien handeln. Das Filtermedium kann einlagig oder mehrlagig sein. Vorteilhafterweise kann das Filtermedium faltbar und/oder biegbar sein.
Das Filtersystem, insbesondere das Filterelement, kann vorteilhafterweise Teil eines Luftleitungsbereichs, insbesondere eines Luftansaugtrakts oder eines Luftauslasstrakts, einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors sein. Es kann zur Reinigung von Verbrennungsluft oder Motorluft dienen, welche der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf ein Filtersystem/Filterelement eines Luftleitungsbereichs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Filtersystemen für gasförmige Fluide von Kraftfahrzeugen, Bau- oder Landmaschinen und/oder Kompressoren verwendet werden. Bei dem Filtersystem kann es sich auch um ein Innenraumfiltersystem handeln. Das Filtersystem kann auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Zwischenelement insbesondere einstückig oder mehrstückig mit wenigstens einem Elementrahmen verbunden sein.
Auf diese Weise können der wenigstens eine Elementrahmen und das wenigstens eine Zwischenelement einfach gemeinsam hergestellt werden. So können unterschiedliche Elementrahmenmodule des gleichen Einbautyps mit unterschiedlichen, insbesondere unterschiedlich großen, Zwischenelementen einfach vorgefertigt und bereitgehalten werden.
Vorteilhafterweise können der wenigstens eine Elementrahmen und das wenigstens eine Zwischenelement einstückig nach einem Formverfahren, insbesondere aus/mit Kunststoff, hergestellt sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Zwischenelement in Form eines Profilstücks, insbesondere eines L-förmigen Profilstücks, mit wenigstens einem Schenkel einstückig mit dem wenigstens einen Elementrahmen verbunden sein. Derartige Kombinationen von Zwischenelementen und Elementrahmen können einfach bei einem Formverfahren entformt werden.
Vorteilhafterweise können Elementrahmen des gleichen Einbautyps mit dem gleichen Formwerkzeug und unterschiedlichen Wechseleinsätzen für Ausgestaltungen mit unterschiedlichen Zwischenelementen oder ohne Zwischenelement hergestellt werden. So kann der Aufwand an Herstellungswerkzeugen verringert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Zwischenelement als separates Bauteil in/an dem Elementrahmen angeordnet, insbesondere mehrstückig mit dem Elementrahmen verbunden, sein.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Zwischenelement mit wenigstens einem Filterbalg verbunden sein. Auf diese Weise können Filterbalgen unterschiedliche Größen bereits bei der Herstellung modular mit wenigstens einem entsprechenden Zwischenelement ausgestattet werden. Sie können dann mit Elementrahmen der identischen Bauform verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Zwischenraum zwischen wenigstens einer balgseitigen Umfangswand und wenigstens einer rahmenseitigen Umfangswand mit einem Füllmaterial gefüllt, insbesondere ausgeschäumt, sein. Das Füllmaterial realisiert so ein entsprechendes Zwischenelement.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Zwischenelement wenigstens einen fluidundurchlässigen Abschlussabschnitt aufweisen zum strömungstechnischen Verschließen wenigstens eines Zwischenraums.
Auf diese Weise kann mit dem wenigstens einen Zwischenelement eine Fluidströmung durch den wenigstens einen Zwischenraum zwischen der balgseitigen Umfangsseite und dem wenigstens einen Elementrahmen verhindert werden. Eine strömungstechnische Umgehung des wenigstens einen Filterbalgs, insbesondere des wenigstens einen Filtermediums, kann so verhindert werden. Der wenigstens eine Abschlussabschnitt verschließt den wenigstens einen Zwischenraum fluidtechnisch.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auf einer der Anströmseite zugewandten Seite wenigstens eines Zwischenraums und/oder auf einer der Abströmseite zugewandten Seite wenigstens eines Zwischenraums und/oder innerhalb wenigstens eines Zwischenraums wenigstens ein Abschlussabschnitt wenigstens eines Zwischenelements angeordnet sein.
Bei einer Anordnung wenigstens eines Abschlussabschnitts nur auf der Anströmseite kann eine Strömung von ungereinigtem Fluid in den wenigstens einen Zwischenraum und zur Reinseite des wenigstens einen Filterelements verhindert werden. Eine Anordnung wenigstens eines Abschlussabschnitts nur auf der Abströmseite kann eine Strömung von ungereinigtem Fluid durch den wenigstens einen Zwischenraum zur Reinseite des wenigstens einen Filterelements verhindern. Eine Anordnung wenigstens eines Abschlussabschnitts auf der Abströmseite und der Anströmseite kann den wenigstens einen Zwischenraum zur Rohseite und zur Reinseite des Filterelements verschließen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Zwischenelement, insbesondere wenigstens ein Abschlussabschnitt des wenigstens einen Zwischenelements, mittels einer Dichteinrichtung, insbesondere einer Dichtung oder einem Dichtstreifen, gegen die balgseitige Umfangsseite des wenigstens einen Filterbalgs abgedichtet sein.
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ungereinigtes Fluid zwischen der balgseitigen Umfangsseite und dem wenigstens einen Zwischenelement, insbesondere dem wenigstens einen Abschlussabschnitt, hindurchströmen kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Zwischenelement wenigstens einen Abstützabschnitt aufweisen, zum Abstützen der balgseitigen Umfangsseite gegen den Elementrahmen, insbesondere gegen die rahmenseitige Umfangsseite.
So kann der wenigstens eine Filterbalg auf der balgseitigen Umfangsseite gegen den Elementrahmen abgestützt werden. Auch kleine Filterbalge können so mittels dem wenigstens einen Zwischenelement stabil in dem wenigstens einen Elementrahmen gehalten werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Zwischenelement wenigstens einen Abstützabschnitt aufweisen, der mittels wenigstens eines Abschlussabschnitts an dem Elementrahmen abgestützt, insbesondere mit dem Elementrahmen verbunden, werden kann.
So können eine Abstützfunktion und eine Abschlussfunktion einfach bei einem Zwischenelement kombiniert werden. Auf diese Weise kann ein Bauteileaufwand, ein Herstellungsaufwand und/oder Montageaufwand verringert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Filtermedium wenigstens eines Filterbalgs insbesondere zickzackförmig gefaltet sein.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Filterbalg wenigstens ein zickzackförmig entlang von Faltkanten gefaltetes Filtermedium aufweisen. Die Falten können sich vorteilhafterweise entlang der Hauptströmungsrichtung erstrecken, welche dann die Orientierung ihrer Faltenhöhen definiert. Die Hauptströmungsrichtung kann vorteilhafterweise parallel zur Elementachse verlaufen. Die Falten des wenigstens einen Filterbalgs können sich vorteilhafterweise zwischen der Anströmseite und der Abströmseite des wenigstens einen Filterbalgs erstrecken. Die Faltenhöhe ist dann der jeweilige Abstand zwischen einer anströmseitigen Faltkante und ihrer benachbarten abströmseitigen Faltkante insbesondere in Hauptströmungsrichtung. Die anströmseitigen Faltkanten spannen die Anströmseite und die abströmseitigen Faltkanten spannen die Abströmseite des Filterbalgs auf. Vorteilhafterweise können die anströmseitigen Faltkanten parallel verlaufen. Zusätzlich oder alternativ können die abströmseitigen Faltkanten untereinander parallel verlaufen. Die anströmseitigen Faltkanten und die abströmseitigen Faltkanten können parallel verlaufen.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Filterbalg zickzackförmig gefaltetes Filtermedium mit tiefen Falten aufweisen. Bei einem etwa prismatischen oder quaderförmigen Filterbalg spricht man insbesondere dann von tiefen Falten, wenn eine Faltenhöhe etwa wenigstens so groß ist, wie die Ausdehnung in Richtung der Faltkanten und/oder in Richtung quer zu den Faltkanten.
Vorteilhafterweise kann eine bezüglich der Elementachse axiale Höhe, insbesondere Faltenhöhe, des Filterbalgs variieren.
Vorteilhafterweise können auch innerhalb des Filterbalgs variierende Faltenverläufe vorgesehen sein. Die Faltenhöhen und/oder Faltenverläufe können dabei innerhalb wenigstens einer der Falten variieren. Die Faltenhöhen und/oder Faltenverläufe können alternativ oder zusätzlich auch zwischen den Falten, insbesondere benachbarten Falten, variieren. Auf diese Weise kann ein gebogener Verlauf der Durchströmseite, insbesondere der Anströmseite und/oder der Abströmseite, realisiert werden. Insbesondere können die Faltenhöhen im Zentrum des Filterbalgs kleiner oder größer sein als im Bereich der Längsseiten, insbesondere der Stirnfalten. Alternativ kann wenigstens ein Filterbalg durch entsprechende Variation der Faltenhöhen auch abgestuft sein. So kann der wenigstens eine Filterbalg im Bereich der Stirnseiten, insbesondere der Stirnfalten, unterschiedlich hoch sein.
Der Filterbalg kann auch als massiver Block aus einem entsprechenden Filtermedium, insbesondere einem Filterschaum, realisiert sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine balgseitige Umfangsseite des wenigstens einen Filterbalgs von einer äußeren Falte des wenigstens einen Filtermediums gebildet werden oder zumindest zu dieser benachbart sein.
Auf diese Weise kann zur Realisierung unterschiedlich großer Filterbalge einfach die Anzahl der Falten verändert werden. Durch Verringerung der Faltenanzahl kann ein Herstellungsaufwand des Filterbalgs deutlich verringert werden.
Die äußeren Falten können dabei die Stirnfalten des Filterbalgs sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Filterbalg, insbesondere das gesamte Filterelement, eckig, insbesondere prismatisch, quaderförmig, würfelförmig, pyramidal, keilartig oder dergleichen, sein.
Der wenigstens eine Filterbalg kann etwa die Form eines Polyeders aufweisen. Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Filterbalg prismatisch, quaderförmig, würfelförmig pyramidal, keilartig oder dergleichen sein. Dabei ist es nicht erforderlich, dass alle Seiten, insbesondere Umfangsseiten, des wenigstens einen Filterbalgs eben sind. Die Seiten des wenigstens einen Filterbalgs können auch zum Teil gebogen oder gestuft sein. Gegenüberliegende Seiten können parallel verlaufen. Alternativ oder zusätzlich können wenigstens zwei gegenüberliegende Seiten auch schräg oder in anderer Weise nicht parallel zueinander verlaufen.
Bei einem prismatischen Filterbalg/Filterelement kann vorteilhafterweise eine Umfangsseite, insbesondere die Anströmseite, senkrecht zur Elementachse verlaufen. Die gegenüberliegende Umfangsseite, insbesondere die Abströmseite, kann schräg zur erstgenannten Umfangsseite, insbesondere der Anströmseite, verlaufen. Wenigstens zwei gegenüberliegende Umfangsseiten des Filterbalgs können parallel zueinander verlaufen. Vorteilhafterweise kann der Filterbalg/das Filterelement, senkrecht zur Elementachse einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine balgseitige Umfangsseite, die zu wenigstens einem etwaigen Zwischenraum benachbart ist, an einer Umfangsseite wenigstens eines Filterbalgs, insbesondere eines prismatischen Filterbalgs, angeordnet sein, die eine geringere flächige Ausdehnung hat, als eine bzgl. der Elementachse gegenüberliegende Umfangsseite des wenigstens einen Filterbalgs.
Auf diese Weise kann ein Verhältnis zwischen der gekürzten Länge und der damit verlorenen Filterkapazität/Filterfläche des wenigstens einen Filterbalgs verbessert werden. Bei gleicher Längenkürzung des wenigstens einen Filterbalgs auf der kleineren Umfangsseite geht eine kleinere Filterkapazität/Filterfläche verloren, als bei entsprechender Längenkürzung des wenigstens einen Filterbalgs auf der gegenüberliegenden größeren Umfangsseite. Bei einem gefalteten Filterbalg geht entsprechend bei der Verringerung der Faltenzahlen im Bereich der kleineren Umfangsseite weniger Filterkapazität/Filterfläche verloren, als bei der gleichen Verringerung der Faltenzahl im Bereich der größeren Umfangsseite. Ein Verhältnis zwischen benötigtem Bauraum und zur Filtrierung aktiver Filterfläche kann so optimiert werden.
Die Aufgabe wird ferner bei dem Elementrahmen dadurch gelöst, dass der Elementrahmen bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig verläuft, in dem Elementrahmen wenigstens ein Filterbalg angeordnet werden kann und an einer bezüglich der Elementachse umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite des Elementrahmens wenigstens ein Zwischenelement angeordnet ist oder werden kann, zum Ausgleich eines etwaigen dortigen Zwischenraums zwischen dem wenigstens einen Filterbalg und dem wenigstens einen Elementrahmen.
Die Aufgabe wird außerdem bei dem Filtersystem dadurch gelöst, dass das Filterelement wenigstens einen bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig verlaufenden Elementrahmen umfasst, in dem wenigstens ein Filterbalg angeordnet ist, welcher wenigstens ein zur Filtrierung des Fluids durchströmbares Filtermedium aufweist oder daraus besteht, wobei die Elementachse eine Anströmseite und eine Abströmseite des wenigstens einen Filterbalgs kreuzt und wobei zwischen wenigstens einer dem wenigstens einen Filterbalg zugewandten bezüglich der Elementachse umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite des wenigstens einen Elementrahmens und wenigstens einer der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite zugewandten balgseitigen Umfangsseite des wenigstens einen Filterbalgs wenigstens ein Zwischenelement angeordnet ist oder werden kann, zum Ausgleich wenigstens eines etwaigen dortigen Zwischenraums zwischen dem wenigstens einen Filterbalg und dem wenigstens einen Elementrahmen, insbesondere der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Filterelement, dem erfindungsgemäßen Elementrahmen und dem erfindungsgemäßen Filtersystem und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch:
1 eine isometrische Darstellung eines modularen Filterelements eines Filtersystems für Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine mit einem kleinen Filterbalg, mit Sicht auf die Anströmseite;
2 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 1 mit Sicht auf die Abströmseite;
3 einen Längsschnitt des Filterelements aus 1 und 2;
4 eine isometrische Darstellung eines des Filtersystems mit dem Filterelement aus 1 bis 3;
5 eine isometrische Darstellung eines Filterelements des gleichen Einbautyps wie das Filterelement aus den 1 und 3, welches bei dem Filtersystem aus 4 alternativ eingesetzt werden kann, mit Sicht auf die Abströmseite, wobei das Filterelement hier einen großen Filterbalg aufweist;
6 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 4 mit Sicht auf die Anströmseite.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 bis 3 ist ein modular aufgebautes Filterelement 10 eines modular aufgebauten mehrstufigen Filtersystems 12 gemäß einer ersten Ausstattung in unterschiedlichen Perspektiven und Schnitten gezeigt. Das Filtersystem 12 ist in 4 gezeigt. Das Filtersystem 12 ist zur Filtrierung von Luft in einem Luftansaugtrakt einer Brennkraftmqaschine einer Bau- oder Landmaschine oder eines Kompressors angeordnet.
Das insgesamt prismatische Filterelement 10 umfasst einen bezüglich einer Elementachse 14 umfangsmäßig verlaufenden Elementrahmen 16. In dem Elementrahmen 16 ist ein entsprechend prismatischer Filterbalg 18 angeordnet. Im Querschnitt senkrecht zur Elementachse 14 sind das Filterelement 10 und der Filterbalg 18 rechteckig.
Die Prismen des Elementrahmens 16 und des Filterbalgs 18 weisen jeweils zwei gegenüberliegende parallele Grundseiten auf, zwischen denen sich vier senkrecht verlaufende Umfangsseiten erstrecken. Drei der Umfangsseiten stehen paarweise senkrecht aufeinander, wobei die mittlere dieser Umfangsseiten eine Anströmseite 20 des Filterbalgs 18 bzw. des Filterelements 10 bildet. Die Anströmseite 20 verläuft senkrecht zur Elementachse 14. Eine Hauptströmungsrichtung der Luft durch das Filterelement 10 ist in 1 bis 3 mit Pfeilen 22 angedeutet. Die Hauptströmungsrichtung 22 verläuft parallel zur Elementachse 14.
Eine bezüglich der Elementachse 14 der Anströmseite 20 axial gegenüberliegende abströmseitige Umfangsseite verläuft schräg zur Anströmseite 20. Die abströmseitige Umfangsseite wird im Folgenden als Abströmseite 24 bezeichnet. Die Elementachse 14 kreuzt die Anströmseite 20 und die Abströmseite 24 des Filterbalgs 18.
Die bezüglich der Elementachse 14 kürzere Umfangsseite des Elementrahmens 16 zwischen der Anströmseite 20 und der Abströmseite 24 wird im Folgenden als rahmenseitige Umfangsseite 26 bezeichnet. Die der rahmenseitigen Umfangsseite 26 zugewandte Umfangsseite des Filterbalgs 18 wird im Folgenden als balgseitige Umfangsseite 28 bezeichnet. Die balgseitige Umfangsseite 28 ist an der Umfangsseite des prismatischen Filterbalgs 18 angeordnet, die eine geringere flächige Ausdehnung hat, als die bezüglich der Elementachse 14 gegenüberliegende Umfangsseite.
Der Filterbalg 18 ist bei dieser Ausstattung des Filterelements 10 in Richtung senkrecht zu der rahmenseitigen Umfangsseite 26 kürzer als ein Innenraum des Elementrahmens 16. Die balgseitige Umfangsseite 28 ist daher zu der rahmenseitigen Umfangsseite 26 beabstandet. Dazwischen ist ein Zwischenraum 30 realisiert.
Der Filterbalg 18 besteht aus einem zur Filtrierung der Luft durchströmbaren, faltbaren Filtermedium 32, beispielsweise Filterpapier. Das Filtermedium 32 ist zickzackförmig gefaltet. Die Faltkanten 34 befinden sich an der Anströmseite 20 und an der Abströmseite 24. Die Faltkanten 34 verlaufen parallel zueinander und erstrecken sich senkrecht zu der Elementachse 14, senkrecht zu den Grundseiten und parallel zur balgseitigen Umfangsseite 28 des Filterbalgs 18. Die Falten erstrecken sich parallel zur Elementachse 14 und im Wesentlichen parallel zur balgseitigen Umfangsseite 28. Die balgseitige Umfangsseite 28 des Filterbalgs 18 wird von einer äußeren Falte, die auch als Stirnfalte bezeichnet werden kann, des Filtermediums gebildet.
Als Faltenhöhe wird ein Abstand parallel zur Elementachse 14 zwischen benachbarten anströmseitigen Faltkanten 34 und abströmseitigen Faltkanten 34 bezeichnet. Die Faltenhöhe des Filterbalgs 18 verringert sich senkrecht zur Elementachse 14 in Richtung von der längeren, in der 1 und 2 oberen, Umfangsseite zur balgseitigen Umfangsseite 28 hin betrachtet schrittweise.
Der Filterbalg 18 ist bezüglich der Elementachse 14 umfangsmäßig von dem Elementrahmen 16 umgeben. Der Elementrahmen 16 ist an der Anströmseite 20 und der Abströmseite 24 offen. Auf seiner der rahmenseitigen Umfangsseite 26 gegenüberliegenden oberen Umfangsseite weist der Elementrahmen 16 außen einen Griff 36 auf, an dem das Filterelement 10 gefasst und aus einem Filtergehäuse 38 der Filtersystems 12 entfernt und in dieses eingebaut werden kann.
Eine Axialdichtung 40 ist umfangsmäßig zur Elementachse an dem abströmseitigen Rand des Elementrahmens 16 befestigt.
Zwischen der rahmenseitigen Umfangsseite 26 des Elementrahmens 16 und der balgseitigen Umfangsseite 28 des Filterbalgs 18 ist ein Zwischenelement 42 zum Ausgleich des Zwischenraums 30 angeordnet.
Das Zwischenelement 42 ist ein im Profil L-förmiges Profilstück. Ein Schenkel des Profilstücks bildet einen Abstützabschnitt 44 des Zwischenelements 42. Der andere Schenkel bildet einen Abschlussabschnitt 46. Das Zwischenelement 42 ist über den Abschlussabschnitt 46 einstückig mit dem Elementrahmen 16 verbunden. Dabei geht der Abschlussabschnitt 46 an drei seiner benachbarten Seitenränder einstückig in die rahmenseitige Umfangsseite 26 und die benachbarten Grundseiten des Elementrahmens 16 über. Auf seiner der rahmenseitigen Umfangsseite 26 abgewandten Seite geht der Abschlussabschnitt 46 einstückig in den Abstützabschnitt 44 über.
Der Abschlussabschnitt 46 ist luftundurchlässig. Er verläuft auf der Anströmseite 20 parallel zu dieser in Verlängerung zur Anströmseite 20 des Filterbalgs 18. Der Abschlussabschnitt 46 verschließt den Zwischenraum 30 luftdicht auf der Anströmseite 20 Der Abstützabschnitt 44 verläuft senkrecht zu dem Abschlussabschnitt 46. Er ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls luftundurchlässig. Er erstreckt sich über die Ausdehnung der balgseitigen Umfangsseite 28. Der Abstützabschnitt 44 ist mittels des Abschlussabschnitts 46 mit dem Elementrahmen 16 verbunden. Der Abstützabschnitt 44 stützt die balgseitige Umfangsseite 28 des Filterbalgs 18 über den Abschlussabschnitt 46 gegen die rahmenseitigen Umfangsseite 26 des Elementrahmens 16 ab.
Der Abschlussabschnitt 46 ist mittels eines Dichtstreifens 48 aus Polyurethan gegen die balgseitige Umfangsseite 28 des Filterbalgs 18 abgedichtet. Der Dichtstreifen 48 erstreckt sich parallel zu der balgseitigen Umfangsseite 28 auf der Anströmseite 20. Er befindet sich am Übergang des Abschlussabschnitts 46 zu dem Abstützabschnitt 44.
Zur Herstellung des Filterelements 10 werden der Elementrahmen 16 mit dem Zwischenelement 42 aus Kunststoff mit einem Formwerkzeug gegossen. Dabei ist das Formwerkzeug mit einem Wechseleinsatz versehen, der ermöglicht, dass das Zwischenelement 42 einstückig an den Elementrahmen 16 angegossen werden kann. Ferner wird das Filtermedium 32 zu dem Filterbalg 18 gefaltet.
Der Filterbalg 18 wird in den Elementrahmen 16 so eingesetzt, dass die balgseitige Umfangsseite 28 an dem Abstützabschnitt 44 des Zwischenelements 42 anliegt. Der Dichtstreifen 48 wird aus Polyurethan auf der Anströmseite 20 angespritzt. Die Axialdichtung 40 wird auf der Abströmseite 24 des Elementrahmens 16 angeordnet.
Das fertige Filterelement 10 wird durch eine Einbauöffnung 50 in das Filtergehäuse 38 des Filtersystems 12 eingebracht, wie dies in 4 gezeigt ist. Anschließend wird die Einbauöffnung 50 mit einem nicht gezeigten Gehäusedeckel verschlossen.
Bezüglich der Luftströmung durch das Filtersystem 12 vor dem Filterelement 10 weist das Filtersystem 12 ein Vorabscheidermodul 52 als erste Filterstufe und stromabwärts des Filterelements 10 ein in 4 verdecktes Sekundärfilterelement als dritte Filterstufe auf. Das Filtersystem 12 ist insgesamt als sog. Inline-Filtersystem aufgebaut. Das bedeutet, dass entlang einer Hauptströmungsachse hintereinander linear die drei Filterstufen, nämlich das Vorabscheidermodul 52, das Filterelement 10 und das Sekundärfilterelement, angeordnet sind. Das Filtersystem 10 ist modular aufgebaut. Das Vorabscheidermodul 52 und das Filterelement 10 sind dabei modular gegen andere Vorabscheidermodule bzw. Filterelementmodule des jeweils gleichen oder ähnlichen Einbautyps austauschbar.
In den 5 und 6 ist ein Filterelement 10 des gleichen Einbautyps wie das Filterelement 10 aus den 1 bis 3 gezeigt, welches in dem Filtergehäuse 38 aus 5 alternativ eingesetzt werden kann. Im Unterschied zu dem Filterelement 10 aus den 1 bis 3 ist bei dem Filterelement 10 aus den 5 und 6 ein senkrecht zur Elementachse 14 und senkrecht zur balgseitigen Umfangsseite 28 längerer Filterbalg 18 vorgesehen. Der Filterbalg 18 füllt den Innenraum des Elementrahmens 16 vollständig aus. Die balgseitige Umfangsseite 28 liegt direkt an der rahmenseitigen Umfangsseite 26 an. Auf das Zwischenelement kann daher bei dieser Ausstattung des Filterelements 10 verzichtet werden.
Bei der Herstellung des Elementrahmens 16 für das Filterelement 10 aus den 5 und 6 kann das gleiche äußere Formwerkzeug verwendet werden, wie zur Herstellung des Elementrahmens 16 für das Filterelement 10 aus den 1 bis 3. Lediglich der Wechseleinsatz muss ausgetauscht werden gegen einen Wechseleinsatz ohne Form für das Zwischenelement 42.

Claims

Modular aufgebautes Filterelement (10) eines Filtersystems (12), insbesondere eines modular aufgebauten Filtersystems, insbesondere eines mehrstufigen Filtersystems, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10) wenigstens einen bezüglich einer Elementachse (14) umfangsmäßig verlaufenden Elementrahmen (16) umfasst, in dem wenigstens ein Filterbalg (18) angeordnet ist, welcher wenigstens ein zur Filtrierung des Fluids durchströmbares Filtermedium (32) aufweist oder daraus besteht, wobei die Elementachse (14) eine Anströmseite (20) und eine Abströmseite (24) des wenigstens einen Filterbalgs (18) kreuzt und wobei zwischen wenigstens einer dem wenigstens einen Filterbalg (18) zugewandten bezüglich der Elementachse (14) umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite (26) des wenigstens einen Elementrahmens (16) und wenigstens einer der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite (26) zugewandten balgseitigen Umfangsseite (28) des wenigstens einen Filterbalgs (18) wenigstens ein Zwischenelement (42) angeordnet ist oder werden kann, zum Ausgleich wenigstens eines etwaigen dortigen Zwischenraums (30) zwischen dem wenigstens einen Filterbalg (18) und dem wenigstens einen Elementrahmen (16), insbesondere der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite (26).
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zwischenelement (42) insbesondere einstückig oder mehrstückig mit wenigstens einem Elementrahmen (16) verbunden ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zwischenelement (42) wenigstens einen fluidundurchlässigen Abschlussabschnitt (46) aufweist, zum strömungstechnischen Verschließen wenigstens eines Zwischenraums (30).
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Anströmseite (20) zugewandten Seite wenigstens eines Zwischenraums (30) und/oder auf einer der Abströmseite (24) zugewandten Seite wenigstens eines Zwischenraums (30) und/oder innerhalb wenigstens eines Zwischenraums (30) wenigstens ein Abschlussabschnitt (46) wenigstens eines Zwischenelements (42) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zwischenelement (42), insbesondere wenigstens ein Abschlussabschnitt (46) des wenigstens einen Zwischenelements (42), mittels einer Dichteinrichtung, insbesondere einer Dichtung oder einem Dichtstreifen (48), gegen die balgseitige Umfangsseite (28) des wenigstens einen Filterbalgs (18) abgedichtet ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zwischenelement (42) wenigstens einen Abstützabschnitt (44) aufweist, zum Abstützen der balgseitigen Umfangsseite (28) gegen den Elementrahmen (16), insbesondere gegen die rahmenseitigen Umfangsseite (26).
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zwischenelement (42) wenigstens einen Abstützabschnitt (44) aufweist, der mittels wenigstens einem Abschlussabschnitt (46) an dem Elementrahmen (16) abgestützt, insbesondere mit dem Elementrahmen (16) verbunden, ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Filtermedium (32) wenigstens eines Filterbalgs (18) insbesondere zickzackförmig gefaltet ist.
Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine balgseitige Umfangsseite (28) des wenigstens einen Filterbalgs (18) von einer äußeren Falte des wenigstens einen Filtermediums (32) gebildet wird oder zumindest zu dieser benachbart ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Filterbalg (18), insbesondere das gesamte Filterelement (10), eckig, insbesondere prismatisch, quaderförmig, würfelförmig, pyramidal, keilartig oder dergleichen, ist.
Filterelement nach einer der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine balgseitige Umfangsseite (28), die zu wenigstens einem etwaigen Zwischenraum (30) benachbart ist, an einer Umfangsseite wenigstens eines Filterbalgs (18), insbesondere eines prismatischen Filterbalgs, angeordnet ist, die eine geringere flächige Ausdehnung hat, als eine bezüglich der Elementachse (14) gegenüberliegende Umfangsseite des wenigstens einen Filterbalgs (18).
Elementrahmen (16) eines modularen Filterelements (10), insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, eines Filtersystems (12), insbesondere eines modular aufgebauten Filtersystems, insbesondere eines mehrstufigen Filtersystems, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementrahmen (16) bezüglich einer Elementachse (14) umfangsmäßig verläuft, in dem Elementrahmen (16) wenigstens ein Filterbalg (18) angeordnet werden kann und an einer bezüglich der Elementachse (14) umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite (26) des Elementrahmens (16) wenigstens ein Zwischenelement (42) angeordnet ist oder werden kann, zum Ausgleich eines etwaigen dortigen Zwischenraums (30) zwischen dem wenigstens einen Filterbalg (18) und dem wenigstens einen Elementrahmen (16).
Filtersystem (12), insbesondere modular aufgebautes Filtersystem, insbesondere mehrstufiges Filtersystem, zur Filtrierung von gasförmigem Fluid, insbesondere Luft, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Bau- oder Landmaschine und/oder eines Kompressors, mit wenigstens einem modular aufgebauten Filterelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10) wenigstens einen bezüglich einer Elementachse (14) umfangsmäßig verlaufenden Elementrahmen (16) umfasst, in dem wenigstens ein Filterbalg (18) angeordnet ist, welcher wenigstens ein zur Filtrierung des Fluids durchströmbares Filtermedium (32) aufweist oder daraus besteht, wobei die Elementachse (14) eine Anströmseite (20) und eine Abströmseite (24) des wenigstens einen Filterbalgs (18) kreuzt und wobei zwischen wenigstens einer dem wenigstens einen Filterbalg (18) zugewandten bezüglich der Elementachse (14) umfangsmäßigen rahmenseitigen Umfangsseite (26) des wenigstens einen Elementrahmens (16) und wenigstens einer der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite (26) zugewandten balgseitigen Umfangsseite (28) des wenigstens einen Filterbalgs (18) wenigstens ein Zwischenelement (42) angeordnet ist oder werden kann, zum Ausgleich wenigstens eines etwaigen dortigen Zwischenraums (30) zwischen dem wenigstens einen Filterbalg (18) und dem wenigstens einen Elementrahmen (16), insbesondere der wenigstens einen rahmenseitigen Umfangsseite (26).