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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Sekundärelement für ein Filtersystem, insbesondere für ein Luftfiltersystem einer Brennkraftmaschine, sowie ein Filtersystem mit einem solchen Sekundärelement.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, Luftfilter einzusetzen, um Verbrennungs-Ansaugluft für Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen, z. B. Pkw, Nutzfahrzeugen, Arbeitsmaschinen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, aber auch stationären Generatoren und dergleichen, zu filtern. Solche Luftfilter umfassen im Allgemeinen ein Gehäuse, einen Lufteinlass und einen Luftauslass, wobei ein entfernbares und austauschbares Haupt-Filterelement in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst häufig eine Wartungs- oder Zugangsabdeckung für einen Zugang zu dem im Inneren aufgenommenen Filterelement im Wartungsfall. Hierzu kann das Filterelement demontiert werden und entweder durch ein fabrikneues Filterelement ersetzt, überholt und wieder eingesetzt werden, oder durch ein zuvor gebrauchtes, aber überholtes Filterelement ausgetauscht werden.
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Üblicherweise werden die Filterelemente von Luftfiltern nach einer bestimmten Betriebszeit ausgetauscht. Je nach Staubanfall kann die Standzeit eines Luftfilters wenige Tage, etwa beim Einsatz in Baumaschinen, bis zu mehreren Monaten in weniger staubbelasteter Umgebung betragen.
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Insbesondere bei einem häufigen Austausch von Filterelementen ist die zuverlässige und prozesssichere Abdichtung des Filterelements in einem Gehäuse wichtig. Die Abdichtung soll temperaturbeständig und rütteltest ausgeführt sein. Auch an Anlagen oder Einrichtungen, die starken Schwingungen oder Erschütterungen ausgesetzt sind, muss die Abdichtung des Filterelements gewährleistet sein. Gleichzeitig soll aber das Filterelement selbst möglichst keine metallischen Elemente aufweisen, damit es problemlos thermisch entsorgt werden kann.
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Zum Schutz der Reinseite eines Luftführungssystems einer Brennkraftmaschine beim Austausch eines Filterelements vor eindringenden Schmutzpartikeln ist bei Luftfiltersystemen häufig ein sog. Sekundärelement vorhanden, welches beim Austausch im Filtersystem verbleibt. Das Sekundärelement sitzt üblicherweise auf der Reinseite des Filterelements, beispielsweise im Inneren eines Rundfilterelements und ist mit dem Gehäuse des Filtersystems verbunden. Das Sekundärelement weist selbst auch ein Filtermedium auf, das restliche Schmutzpartikel im Luftstrom vom Filterauslass fernhält. Das Sekundärelement kann selbst auch tauschbar sein, da es, allerdings in sehr viel größeren Zeitabständen als das eigentliche Filterelement, mit Staubpartikeln beladen sein kann.
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Aus der
US 8,480,778 B2 ist ein Luftfiltersystem bekannt, bei dem ein Sekundärelement vorhanden ist, das aus einem Filtermedium in Hohlzylinderanordnung besteht, das an einem Ende mit einer Kappe verschlossen ist und am anderen Ende offen ist. Mit dem offenen Ende kann es über ein im Inneren des Filterelements und mit dem Filtergehäuse verbundenen Stützrohr gestülpt werden und so den Auslass des Filtersystems gegen eindringende Schmutzpartikel schützen. Über das auf dem Stützrohr angebrachte Sekundärelement wird dann das eigentliche Filterelement montiert, das auf dem freien Ende des Stützrohrs und damit auf der Kappe des Sekundärelements aufliegt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Sekundärelement für ein Filtersystem zu schaffen, das bei einfacher und sicherer Montierbarkeit eine zuverlässige Abdichtung der Reinseite eines Luftführungssystems, insbesondere bei Austausch des Filterelements im Wartungsfall, gewährleistet.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem zur Aufnahme eines solchen austauschbaren Sekundärelements zu schaffen, das eine zuverlässige Abdichtung der Reinseite eines Luftführungssystems, insbesondere bei Austausch des Filterelements im Wartungsfall, gewährleistet.
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Sekundärelement mit einer Längsachse und zwei sich gegenüberliegenden Enden, das mit einem Ende mit einem Stützrohr eines Filtersystems verbindbar ist und nach einem anderen Aspekt der Erfindung durch ein Filtersystem mit einem solchen Sekundärelement.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Sekundärelement mit einer Längsachse und zwei sich gegenüberliegenden Enden vorgeschlagen, das ein um die Längsachse angeordnetes Filtermedium umfasst. Dabei ist eines der Enden offen und das gegenüberliegende Ende mit einer geschlossenen Endscheibe dicht abgeschlossen. Die Endscheibe weist ein Verbindungsmittel auf, das bei bestimmungsgemäßer Montage zum Zusammenwirken mit einem Verbindungsmittel eines Stützrohrs eines Filtersystems vorgesehen ist, um das Sekundärelement auf dem Stützrohr zu fixieren.
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Vorteilhaft erfolgt bei montiertem Sekundärelement im Filtersystem eine reinseitige Abdichtung durch das Sekundärelement über dessen offenes Ende, das dicht an einem Gegenelement anliegt. Es ist keine weitere separate Dichtstelle notwendig, insbesondere ist eine weitere Dichtung durch Anschäumen oder dgl. nicht notwendig, da das Sekundärelement einseitig geschlossen ist. Durch die Fixierung an dem Stützrohr ist im Montagefall ferner eine eindeutige Endlage des Sekundärelements im Filtersystem gegeben.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Endscheibe mit dem Filtermedium fest verbunden sein, insbesondere verschweißt oder verklebt oder angespritzt oder angeschäumt sein. Es kann eine für den beabsichtigten Einsatzzweck geeignete Verbindungsart gewählt werden.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Endscheibe eine Vertiefung aufweisen, die in das Innere des Sekundärelements ragt. Der Boden der Vertiefung kann sich geeignet auf dem Stützrohr abstützen und gibt bei der Montage eine definierte Endlage des Sekundärelements vor.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sekundärelement konisch ausgebildet sein und dessen Durchmesser sich vom offenen Ende zum geschlossenen Ende hin verjüngen. Dies erleichtert das Aufschieben des Sekundärelements auf das Stützrohr.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Filtermedium aus einem Vlies oder aus Papier oder Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose gebildet sein. Es kann ein für den beabsichtigten Einsatzzweck geeignetes Material gewählt werden.
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Vorteilhaft kann das Filtermedium auf dem Umfang des Sekundärelements mit wenigstens einer Naht endlos ausgeführt sein. Dadurch können ebene Flächen von Filtermedien für die Herstellung des Sekundärelements verwendet werden, die auf einen entsprechenden Formkörper aufgezogen und mit einer Naht beispielsweise zu einer Endlosbahn verschweißt werden, wodurch die Dichtigkeit des Sekundärelements gegeben ist.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Verbindungsmittel einen Teil einer Rastverbindung umfassen. So kann das Verbindungsmittel Rasthaken umfassen und ein stützrohrseitiges Gegenelement, an dem sich der oder die Rasthaken festhaken können. Eine umgekehrte Ausgestaltung ist ebenfalls denkbar.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Verbindungsmittel einen Teil einer Schraubverbindung umfassen. Das Verbindungsmittel kann ein Außengewinde umfassen, das in ein komplementäres Innengewinde am Stützrohr eingeschraubt wird. Eine umgekehrte Ausgestaltung ist ebenfalls denkbar.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Verbindungsmittel einen Teil einer Bajonettverbindung umfassen. Das Verbindungmittel kann einen oder mehrere Raststifte umfassen, der an einer stützrohrseitigen Führung einrastet. Eine umgekehrte Ausgestaltung ist ebenfalls denkbar.
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In einer günstigen Ausgestaltung ragt das an der Endscheibe vorgesehene Verbindungsmittel von der Endscheibe axial in den Innenraum des Sekundärelements hinein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Filtersystem vorgeschlagen, umfassend ein Gehäuse, einen am Gehäuse angeordneten Einlassstutzen zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, einen am Gehäuse angeordneten Auslassstutzen zur Ableitung des gefilterten Fluids, insbesondere ein in Längsrichtung zentral angeordneter Auslassstutzen, wenigstens ein Filterelement, das zwischen Einlassstutzen und Auslassstutzen angeordnet ist, ein im Inneren des Gehäuses entlang einer Gehäuseachse angeordnetes Stützrohr zur Aufnahme eines Filterelements, wobei das Stützrohr als Träger eines Sekundärelements vorgesehen ist, wobei das Sekundärelement und das Stützrohr jeweils zueinander komplementäre Verbindungmittel aufweisen, mit denen sie an einer ihrer Stirnseiten miteinander verbindbar sind.
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Ein Vorteil eines solchen Filtersystems liegt dabei in der sicheren und stabilen Montage sowohl des primären Filterelements als auch des Sekundärelements sowie einer sehr wirtschaftlichen Austauschbarkeit des Filterelements und ggf. auch des Sekundärelements im Wartungsfall. Gerade bei niedrigen Standzeiten, wie sie im Land- und Baumaschineneinsatz auftreten können, ist die schnelle Austauschbarkeit von großer Bedeutung.
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Vorteilhaft ist das Stützrohr gehäusefest angeordnet. Das Sekundärelement liegt auf dem Stützrohr sicher auf. Beim Wechsel des primären Filterelements schützt das Sekundärelement die Reinseite des Filterelements. Ein Wechsel des Sekundärelements kann erfolgen, ohne dass das Stützrohr entfernt werden muss, was die Kosten für das Sekundärelement senkt. Vorteilhaft erfolgt bei montiertem Sekundärelement im Filtersystem eine reinseitige Abdichtung durch das Sekundärelement über dessen offenes Ende, das dicht an einem Gegenelement anliegt. Es ist keine weitere separate Dichtstelle notwendig, insbesondere ist eine weitere Dichtung durch Anschäumen oder dgl. nicht notwendig, da das Sekundärelement einseitig geschlossen ist. Durch die Fixierung an dem Stützrohr ist im Montagefall ferner eine eindeutige Endlage des Sekundärelements im Filtersystem gegeben.
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Das Sekundärelement kann bei bestimmungsgemäßem Gebrauch auf der Reinseite des primären Filterelements angeordnet sein. Das Sekundärelement, das auf dem Stützrohr angebracht ist und das ein durchlässiges Filtermedium, beispielsweise ein Vlies, umfassen kann, hat die Aufgabe, bei einem Austausch des Filterelements den Auslass des Filtersystems weiterhin verschlossen zu halten, so dass kein Schmutz in diesen Bereich eindringen kann, während das Filterelement gereinigt oder erneuert wird. Das Sekundärelement selbst umfasst also kein Stützrohr, sondern besteht aus dem Filtermedium, das beispielsweise relativ starr ist und auf das Stützrohr des Filtersystems aufgeschoben wird.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sekundärelement mit seinem offenen Ende in eine Nut eingreifen, die koaxial zum Auslassstutzen und/oder zum Stützrohr angeordnet ist. Das offene Ende kann dicht an einer Nutwand anliegen. Dadurch ist es möglich, eine ausreichende Dichteigenschaft des Sekundärelements zu erreichen. Vorteilhaft ist die Dichtstelle als Kammer ausgeführt, was die Dichteigenschaften auf einfache Weise verbessert.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung können die zueinander komplementären Verbindungsmittel zerstörungsfrei lösbar ausgebildet sein. Dadurch ist einerseits eine Sicherung des Sekundärelements bei einem Wechsel des primären Filterelements gegeben, andererseits ist ein Wechsel des Sekundärelements einfach zu bewerkstelligen.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Stützrohr konisch ausgebildet sein und sich im Durchmesser vom Auslassstutzen weg entlang der Längsachse verjüngen. Hierdurch ist ein einfaches Aufschieben des Sekundärelements auf das Stützrohr möglich.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sekundärelement das Stützrohr am geschlossenen Ende axial überragen. Damit lassen sich leicht Toleranzen ausgleichen und eine sichere Abdichtung des Sekundärelements an seinem offenen Ende erreichen, indem dieses sicher in seine Dichtnut geführt werden kann.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Filterelement an seinem auslassstutzenseitigen Ende radial nach innen abdichten. Dazu kann am Boden des Gehäuses eine geeignete Dichtfläche vorgesehen sein, die werkzeugtechnisch günstig herstellbar ist.
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Zweckmäßigerweise kann das Filtersystem als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Der sichere Betrieb von Brennkraftmaschinen beruht auch auf einer sicheren und günstigen Filterung der Ansaugluft für den Verbrennungsbetrieb. Das beschriebene Filterelement stellt dafür eine wirtschaftliche Möglichkeit dar.
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Vorteilhaft ist ebenso die Verwendung des Filtersystems als Partikelfilter, insbesondere als Partikelfilter einer Brennkraftmaschine. Auch hier sind die sichere Montage und wirtschaftliche Austauschbarkeit des beschriebenen Filterelements von entscheidender Bedeutung.
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Günstigerweise kann das Sekundärelement beim Wechsel des Filterelements im Gehäuse verbleiben. Dadurch ist gewährleistet, dass die Reinseite des Auslassstutzens vor eindringenden Schmutzpartikeln auch wirksam geschützt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
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1 einen Längsschnitt durch ein Filtersystem mit einem primären Filterelement, das auf seiner Reinseite ein Sekundärelement umgibt, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein Detail des Bodenbereichs des Filtersystems aus 1 in Schnittdarstellung;
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3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Filtersystems aus 1 mit teilweise auf ein gehäusefestes Stützrohr aufgeschobenem Sekundärelement; und
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4 ein Detail einer Verbindung zwischen Sekundärelement und Stützrohr in Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 mit einem primären Filterelement 50, das auf seiner Reinseite ein Sekundärelement 10 umgibt, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Filtersystem 100 umfasst ein Gehäuse 110, das aus einem Topf 112 und einem abnehmbaren Deckel 114 besteht. 2 zeigt Details des Bodenbereichs des Gehäuses 110.
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Das Gehäuse 110 kann z. B. zylindrisch ausgebildet sein. Am Gehäuse 110 ist ein in der Zeichnung nicht erkennbarer Einlassstutzen zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, angeordnet. Der Einlassstutzen kann radial oder tangential am Gehäuse 110 angeordnet sein. Die axiale Position ist nahe des Bodens 120 des Gehäuses 110 in einem Bereich, bei dem ein Anströmschutz 124 im Inneren des Gehäuses 110 vorgesehen ist.
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Am Gehäuse 110 ist ein Auslassstutzen 108 zur Ableitung des gefilterten Fluids angeordnet, der in Längsrichtung L zentral platziert ist. Im Strömungsweg zwischen Einlassstutzen und Auslassstutzen 108 ist ein zylindrisches Filterelement 50 sowie ein entlang der Gehäuseachse L angeordnetes Stützrohr 150 zur Aufnahme eines Filterelements 50 angeordnet. Das Filterelement 50 dient als primäres Element und weist an einem Ende 52 eine geschlossene Endscheibe und am gegenüberliegenden, auslassstutzenseitigen Ende 54 eine offene Endscheibe auf. Beide Endscheiben weisen axial nach außen abstehende Abstandselemente auf, mit denen das Filterelement 50 zwischen Boden 120 und Deckel 114 verspannt ist. Die Endscheiben können z. B. aus Polyurethan gebildet sein.
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Der Deckel 114 kann am offenen Ende 116 des Topfs 112 verschraubt oder mit Spannelementen oder dgl. befestigt sein. Der Deckel 114 weist radial außen eine Wulst 130 mit einer äußeren Wulstwand 136 und einer inneren Wulstwand 132 auf, wobei die Wulst 130 ein zentrales Mittelteil 138 des Deckels 114 umgibt. Der Boden 140 einer Nut zwischen Wulst 130 und Mittelteil 138 drückt auf die Abstandselemente der geschlossenen Endscheibe des Filterelements 50. Die äußere Wulstwand 136 der Wulst 130 ist Teil der Außenwand des Deckels 114. Ein innerer Schenkel 134 ragt über die geschlossene Endscheibe des Filterelements 50 und bildet mit seiner radialen Innenfläche eine Dichtfläche für das Filterelement 50.
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Wie in 2 im Detail zu sehen ist, dichtet die offene Endscheibe am auslassstutzenseitigen Ende 54 des Filterelements 50 radial nach innen gegen einen Ring 126 am Boden 120 des Gehäuses ab.
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An den Auslassstutzen 108 schließt sich in das Gehäuseinnere das Stützrohr 150 an, welches von dem Filterelement 50 umgeben ist. Das Stützrohr 150 ist fest mit dem Boden 120 des Gehäuses 110 verbunden, z. B. verschweißt.
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Das Stützrohr 150 ist als Träger eines Sekundärelements 10 vorgesehen, wobei das Sekundärelement 10 und das Stützrohr 150 jeweils zueinander komplementäre Verbindungmittel 22, 156 aufweisen, mit denen sie an ihren Enden 12, 152 miteinander verbindbar sind, welche zum jeweiligen auslassstutzenseitigen Ende 14, 154 entgegengesetzt ist.
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Das Sekundärelement 10 greift mit seinem offenen Ende 14 in eine Nut 122 ein, die koaxial zum Auslassstutzen 108 und zum Stützrohr 150 angeordnet ist. Dies bildet die als Kammer ausgebildete Dichtstelle des Sekundärelements 10. Die Nut 122 schließt sich radial nach innen an den Ring 126 an, an dem das Filterelement 50 mit seiner offenen Endscheibe radial abdichtet.
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Rohluft strömt durch einen Ringkanal 102 zum Filterelement 50 und tritt auf dessen Reinseite in das Sekundärelement 10 ein und strömt von dort durch den Auslassstutzen 108 aus dem Gehäuse 110.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Filtersystems 100 aus 1 mit teilweise auf das gehäusefeste Stützrohr 150 aufgeschobenem Sekundärelement 10.
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4 zeigt ein Detail der Verbindung zwischen Sekundärelement 10 und Stützrohr 150 in Schnittdarstellung.
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Das Sekundärelement 10 erstreckt sich entlang der Längsachse L zwischen zwei gegenüberliegenden Enden 12, 14 und umfasst ein um die Längsachse L angeordnetes Filtermedium 16, wobei eines der Enden 14 offen ist und das gegenüberliegende Ende 12 mit einer geschlossenen Endscheibe 20 dicht abgeschlossen ist. Das Stützrohr 150 ist am entsprechenden Ende 152 offen. Am offenen Ende ist eine Ringscheibe 158 angeordnet, durch deren zentrale Öffnung die Verbindungsmittel 22 des Sekundärelements 10 durchgreifen können.
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Das Filtermedium 16 kann aus einem Vlies oder aus Papier oder Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose gebildet sein.
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Die Endscheibe 20 weist ein Verbindungsmittel 22 auf, das mit einem komplementären Verbindungsmittel 156 eines Stützrohrs 150 des Filtersystems 100 zusammenwirkt, um das Sekundärelement 10 auf dem Stützrohr 150 zu fixieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Verbindungsmittel 22 Rasthaken an der Endscheibe 11 des Sekundärelements 10, die an einem Stutzen festhaken können, welcher das Verbindungsmittel 156 des Stützrohrs 150 bildet. Die Verbindungsmittel 22, 156 sind zerstörungsfrei lösbar ausgebildet, so dass das Sekundärelement 10 zwar bei einem Wechsel des Filterelements 50 (1) auf dem Stützrohr 150 gesichert ist, jedoch bei Bedarf auch gewechselt werden kann.
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Das Stützrohr 150 und das Sekundärelement 10 sind konisch ausgebildet und verjüngen sich im Durchmesser vom Auslassstutzen 108 weg entlang der Längsachse L. Das Sekundärelement 10 wird über das Stützrohr 105 geschoben, bis das offene Ende 14 des Sekundärelements in die Nut 122 am Boden 120 des Gehäuses 110 eingreift und die Verbindungsmittel 22, 156 von Sekundärelement 10 und Stützrohr 150 in Verbindung kommen.
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Dadurch, dass die Endscheibe 20 des Sekundärelements 10 eine in das Sekundärelement ragende Vertiefung 24 aufweist, überragt das Sekundärelement 10 das Stützrohr 150 am geschlossenen Ende 12 axial. Sind die Verbindungsmittel 22, 156 im vorgesehenen Kontakt, liegt der Boden der Vertiefung 24 der Endscheibe 20 des Sekundärelements 10 auf der Ringscheibe 158 des Stützrohrs 150 auf und bildet eine definierte Endlage des Sekundärelements 10 bei der Montage. Durch die definierte Endlage kann die richtige Montage des Sekundärelements 10 erleichtert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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