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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung, insbesondere einen Luftfilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2007 048 354 A1 wird ein Luftfilter beschrieben, der im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Motorrads angeordnet ist und ein Filtergehäuse zur Aufnahme eines als Faltenfilter ausgeführten Filterelementes aufweist. Das Filtergehäuse umfasst zwei konvex gebogene Abschnitte, auf die das flexibel verformbare Filterelement aufgesetzt wird, so dass das Filterelement einen torbogenförmigen Querschnitt einnimmt. Die Außenseite des Filterelementes ist von zwei Spannklammern umgriffen, die am Filtergehäuse fixiert sind.
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Das Filterelement ist von einem Dichtungselement eingefasst, das über den Randbereich des Filterelementes übersteht und im montierten Zustand in eine nutförmige Dichtaufnahme am Filtergehäuse einragt, um eine strömungsdichte Verbindung herzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Filtereinrichtung, die ein verformbares Filterelement mit einem Dichtungselement im Randbereich aufweist, montagefreundlich und effizient auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann zur Gasfiltration eingesetzt werden, insbesondere zur Filtration der Verbrennungsluft, die einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug zugeführt wird. In Betracht kommen aber auch sonstige Anwendungen zur Gasfiltration, beispielsweise für die einer Innenraumkabine zuzuführende Luft, sowie Anwendungen zur Flüssigkeitsfiltration.
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Die Filtereinrichtung umfasst ein verformbares Filterelement, das auf Grund seiner flexiblen Ausführung an verschiedene Einbausituationen angepasst werden kann. Das Filterelement weist in seinem Randbereich, zumindest abschnittsweise, ggf. vollständig umlaufend, ein Dichtungselement auf, das im montierten Zustand die Rein- von der Rohseite des Filterelementes strömungsdicht separiert.
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Das Filterelement ist in einen Aufnahmeraum in einem Filtergehäuse, welches Bestandteil der Filtereinrichtung ist, einsetzbar. Des Weiteren ist ein Rahmenteil vorgesehen, welches das Filterelement umgreift und diesem eine dreidimensionale Form aufprägt. Das Rahmenteil ist Träger des Filterelementes und wird gemeinsam mit dem Filterelement in den Aufnahmeraum im Filtergehäuse eingesetzt. Vorteilhafterweise werden Rahmenteil und Filterelement vor dem Einsetzen zusammengefügt und anschließend als gemeinsame Baueinheit in den Aufnahmeraum eingesetzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung weist das Rahmenteil zwei klappbare, vorzugsweise geradlinig ausgeführte Rahmenhälften auf, die über ein Scharnier gekoppelt sind. Das Scharnier ermöglicht es, den Relativwinkel zwischen den Rahmenhälften einzustellen und beispielsweise zwischen einer ausgeklappten Position, in welcher die beiden Rahmenhälften in einer gemeinsamen Ebene liegen, und einer zusammengeklappten Position zu variieren, in welcher die Rahmenhälften parallel oder zumindest annähernd parallel zueinander liegen. Dementsprechend kann auch die Gestalt des Filterelementes, welche mit dem Rahmenteil verbunden ist, in Abhängigkeit des Winkels zwischen den klappbaren Rahmenhälften verändert werden. Die Klappbarkeit zwischen Rahmenhälften ermöglicht somit eine Variierung der dreidimensionalen Gestalt des Filterelementes in einem großen Einstellungsbereich.
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Zugleich ist die Montage erleichtert, da das Filterelement im auseinandergeklappten Zustand der Rahmenhälfte mit dem Rahmenteil verbunden werden kann, anschließend die Rahmenhälften in die gewünschte Winkellage gebracht werden und schließlich die Baueinheit, bestehend aus Rahmenteil und Filterelement, in das Filtergehäuse eingesetzt wird. Das Rahmenteil mit den zueinander klappbar gehaltenen Rahmenhälften prägt dem Filterelement die dreidimensionale Gestalt auf, die V- oder U-förmig ausgebildet ist und je nach Winkellage der Rahmenhälften zwischen einer Gestalt mit parallelen Rahmenhälften und einer nur geringfügig winkligen Lage der Rahmenhälften variiert werden kann.
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Eine in dieser Weise ausgeführte Filtereinrichtung besitzt, bezogen auf den beanspruchten Bauraum, eine hohe Filtrationsleistung und damit eine hohe Effizienz. Aufgrund der dreidimensional verformten Gestalt des Filterelementes erhält man bei verhältnismäßig kleinem Aufnahmeraum im Filtergehäuse eine große Filterfläche für das zu filtrierende Fluid.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Scharnier, über das die Rahmenhälften auseinander- bzw. zusammenklappbar sind, einteilig mit dem Rahmenteil ausgeführt. Das Scharnier ist beispielsweise in Form eines Filmscharniers ausgeführt, das gegenüber den angrenzenden Wandabschnitten im Rahmenteil eine geringere Wandstärke aufweist, so dass mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand der Winkel zwischen den Rahmenhälften, die über das Firmscharnier zusammenhängen, variiert werden kann.
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Das Scharnier kann auch als ein separat ausgebildetes Drehgelenk ausgeführt sein, das zwischen den Rahmenteilen angeordnet ist und die Relativdrehbewegung zwischen den Rahmenteilen erlaubt.
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Die beiden Rahmenhälften sind, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, spiegelsymmetrisch zueinander ausgeführt. Die Spiegelsymmetrie erfolgt zu einer Symmetrieebene zwischen den Rahmenhälften, die durch das Scharnier führt. Gemäß einer alternativen Ausführung sind auch nicht-symmetrische Rahmenhälften möglich, die sich beispielsweise in der Länge zwischen der Scharnierachse und den freien Stirnseiten der Rahmenhälften unterscheiden.
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Das Filterelement weist in seinem Randbereich ein zumindest abschnittsweise, vorteilhafterweise ein vollständig umlaufendes Dichtungselement auf, welches die Rein- von der Rohseite strömungsdicht separiert. Dem Dichtungselement ist, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, ein Dichtrand an den Rahmenhälften zugeordnet; das Dichtungselement liegt dichtend an dem Dichtrand an. Im montierten Zustand wird das Dichtungselement von dem Rahmenteil gegen die Innenwand des Aufnahmeraums im Filtergehäuse kraftbeaufschlagt, wodurch die gewünschte, strömungsdichte Separierung der Roh- von der Reinseite des Filterelementes erzielt wird. Da das Rahmenteil eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit aufweist, beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist, ist eine verhältnismäßig hohe Kraftübertragung zwischen dem Rahmenteil, dem Dichtrand am Rahmenteil, dem Dichtungselement und der Innenwand des Aufnahmeraums im Filtergehäuse gegeben. Mit dem Einsetzen der Baueinheit mit dem Rahmenteil und dem Filterelement sowie gegebenenfalls dem Schließen eines Deckels wird eine hohe Anpresskraft erzeugt, mit der das Dichtungselement gegen die Innenwand des Aufnahmeraums gedrückt wird, wodurch die gewünschte Dichtigkeit erreicht wird.
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Zum Schließen des Aufnahmeraums wird der Deckel aufgesetzt, der gegebenenfalls mit dem Filtergehäuse verbunden werden kann, beispielsweise über Spannklammern. Der Deckel drückt vorteilhafterweise das Rahmenteil in den Aufnahmeraum hinein, wodurch die auf das Dichtungselement wirkende Kraft erzeugt wird, mit der sich das Dichtungselement an der Innenwand des Aufnahmeraums abstützt. Auch zwischen dem Dichtrand an den klappbaren Rahmenhälften und dem Dichtungselement wirkt eine Dichtkraft und sorgt entsprechend auch zwischen diesen Bauteilen für eine strömungsdichte Verbindung.
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Das Rahmenteil ist vorteilhafterweise separat vom Deckel ausgebildet. Bei geschlossenem Deckel werden Rahmenteil und Filterelement in den Aufnahmeraum hineingedrückt.
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Möglich ist aber auch eine Ausführung mit einteiliger Ausbildung von Deckel und Rahmenteil, beispielsweise indem der Deckel einteilig mit einem Abschnitt des Scharniers ausgebildet ist, an dem die beiden Rahmenhälften klappbar gehalten sind.
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Das Rahmenteil erstreckt sich vorteilhafterweise zumindest annähernd über die gleiche Breite wie das Filterelement, so dass das Filterelement entsprechend auch über seine Breite von dem Rahmenteil gestützt wird. Im Ausgangszustand weisen Rahmenteil und Filterelement vorteilhafterweise zumindest annähernd die gleiche Grundfläche auf.
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Das Rahmenteil kann eine Gitterstruktur mit Längs- und Querstreben aufweisen, zwischen denen ausreichend große Ausnehmungen für den Durchtritt des zu reinigenden Fluids gebildet sind. Zugleich verleiht die Gitterstruktur dem Rahmenteil eine hohe Stabilität.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Dichtrand an den beiden Rahmenhälften von einer Rahmenteilwandung gebildet, welche an der Außenseite der Rahmenhälften umläuft. Die Wandung erstreckt sich vorteilhafterweise an jeder Rahmenhälfte U-förmig, so dass im auseinandergeklappten Zustand die U-Formen insgesamt eine Rechteckform ergeben. Die Kante der Wandung bildet den Dichtrand, auf den das Dichtungselement aufgesteckt wird. Hierfür weist das Dichtungselement vorteilhafterweise eine Dichtnut auf, die über die Außenseite des Filterelementes übersteht, um die Aufnahme der Dichtkante zu ermöglichen.
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Das Filterelement ist im Ausgangszustand vorteilhafterweise eben, insbesondere rechteckförmig ausgebildet und weist eine ausreichend hohe Biegbarkeit bzw. Flexibilität auf, um in die gewünschte dreidimensional verformte Gestalt gebracht werden zu können. Das Filterelement ist beispielsweise als ein Faltenfilter ausgeführt, wobei gegebenenfalls auch platten- oder blockförmige Filterelemente in Betracht kommen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in Explosionsdarstellung eine Filtereinrichtung, die beispielsweise als Luftfilter eingesetzt wird, mit einem Filtergehäuse zur Aufnahme eines U-förmig gefalteten Filterelementes, mit einem ebenfalls U-förmig ausgeführten, klappbaren Rahmenteil zum Stützen und Halten des Filterelementes und einem auf das Filtergehäuse aufsetzbaren Deckel,
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2 die Filtereinrichtung im fertig montierten Zustand,
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3 die Filtereinrichtung im montierten Zustand in einer teilgeschnittenen Ansicht,
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4 das als Faltenfilter ausgeführte Filterelement im unverformten Ausgangszustand, mit einem umlaufenden randseitigen Dichtungselement,
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5 das Filterelement im U-förmig verformten Zustand,
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6 das Rahmenteil im auseinandergeklappten Zustand mit montiertem Filterelement,
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7 Rahmenteil und Filterelement im U-förmig zusammengeklappten Zustand,
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8 einen Schnitt durch die Filtereinrichtung quer zu einer Mittellängsebene,
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9 das Filtergehäuse in einer perspektivischen Ansicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Figuren zeigen eine Filtereinrichtung 1, die als Luftfilter für die Filtration der Verbrennungsluft eingesetzt werden kann, die der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug zugeführt wird. Die Filtereinrichtung 1 weist ein Filtergehäuse 2, ein als Faltenfilter ausgeführtes Filterelement 3, ein Rahmenteil 4 sowie einen Deckel 5 auf. Die Durchströmung mit dem zu reinigenden Fluid erfolgt gemäß den in 1 dargestellten Pfeilen. In den Deckel 5 ist ein Einströmstutzen 6 eingebracht, über den das ungereinigte Fluid der Filtereinrichtung 1 zugeführt wird. Am Boden des Filtergehäuses 2 ist ein Abströmstutzen 7 angeformt, über den das gereinigte Fluid abgeleitet wird.
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Das Filterelement 3 ist, wie 4 zu entnehmen, im Ausgangszustand eben und mit rechteckförmiger Geometrie ausgebildet. Es weist eine hinreichend große Flexibilität bzw. Biegbarkeit auf, um eine Verformung zu U-Form gemäß 5 zu ermöglichen. Die beiden Schenkel der U-Form nehmen hierbei einen kleinen Winkel zueinander ein. Im U-förmig gefalteten Zustand wird das Filterelement 3 in einen Aufnahmeraum 8 im Filtergehäuse 3 eingesetzt, der weitgehend von dem Filterelement ausgefüllt ist. Dies ermöglicht es, auch bei verhältnismäßig klein bauenden Filtereinrichtungen eine hohe Filtrationsleistung zu erzielen.
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Das Rahmenteil 4 weist zwei Rahmenhälften 9, 10 auf, die über ein Scharnier 11 klappbar aneinander gekoppelt sind. Das Scharnier 11 ist beispielsweise als ein Filmscharnier ausgebildet und somit einteilig mit dem Rahmenteil 4 ausgeführt, es weist jedoch eine verringerte Wandstärke auf, um die verschiedenen Winkellagen zwischen den Rahmenhälften 9 und 10 zu ermöglichen. Das Rahmenteil 4 ist zwischen den in 6 dargestellten, auseinandergeklappten Position und der in 1 und 7 dargestellten, zusammengeklappten Position zu verstellen, in der das Rahmenteil 4 um das Scharnier 11 U-förmig zusammengeklappt ist, so dass die beiden Rahmenhälften 9 und 10 einen kleinen Winkel zueinander einnehmen, der kleiner als 30° ist.
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Das Rahmenteil 4 weist eine Gitterstruktur mit Längs- und Querstreben 12 auf, die dem Rahmenteil 4 eine verbesserte Stabilität verleihen. Die Gitterstruktur erlaubt ein Durchströmen mit dem zu reinigenden Fluid.
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Jede Rahmenhälfte 9, 10 ist von einer umlaufenden, U-förmigen Wandung 13 bzw. 14 eingefasst, die die Außenseite der jeweiligen Rahmenhälfte 9, 10 bildet. Die Kante 13a bzw. 14a jeder Wandung 13, 14 bildet einen Dichtrand zur Aufnahme eines Dichtungselementes 15, das an der Außenseite des Filterelementes 2 anliegt und dieses umlaufend einrahmt. Die Dichtränder 13a, 14a an den Rahmenhälften 9, 10 sind im zusammengeklappten Zustand des Rahmenteils 4 einander zugewandt.
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Das Dichtungselement 15 steht über die Stirnkanten des als Faltenfilter ausgeführten Filterelementes 3 über. Im zusammengesetzten Zustand (6, 7) von Rahmenteil 4 und Filterelement 3 liegen die Wandungen 13 und 14 an den Rahmenhälften 9 bzw. 10 an den Stirnkanten des Filterelementes 3 an, wobei die Kanten 13a, 14a der Wandungen 13 bzw. 14 in eine Dichtnut einragen, die in das Dichtungselement 15 eingebracht ist und über die Außenseiten des Filterelementes 13 übersteht. Die Verbindung zwischen Filterelement 3 und Rahmenteil 4 erfolgt im auseinandergeklappten Zustand des Rahmenteils gemäß 6, anschließend kann die Baueinheit, bestehend aus Rahmenteil 4 und Filterelement 3, wie in 7 dargestellt, zusammengeklappt werden.
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Um eine strömungsdichte Separierung von der Roh- zur Reinseite am Filterelement 3 zu erreichen, liegt das Dichtungselement 15, welches mit dem Filterelement 3 verbunden ist, an der Innenwand des Aufnahmeraums 8 dichtend an. An der Innenwand sind im seitlichen Wandbereich und im Bodenbereich nutförmige Vertiefungen 16 in das Filtergehäuse 2 eingebracht, die zur Aufnahme des Dichtungselementes 15 dienen. Über das Rahmenteil 4, welches sich an der Außenseite des Filterelementes 3 befindet, die zugleich die Roh- bzw. Anströmseite ist, wird Druck auf das Dichtungselement 15 ausgeübt, der das Dichtungselement in die Vertiefung 16 an der Innenwand des Filtergehäuses 2 presst. Da das Dichtungselement 15 am Filterelement 3 ringsum läuft, wird eine allseitige Abdichtung zwischen Roh- und Reinseite erzielt.
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Der Deckel 5 weist an seiner Unterseite mehrere angeformte Winkel 17 auf, die im aufgesetzten Zustand am Rahmenteil 4 aufliegen und dieses in den Aufnahmeraum 8 im Filtergehäuse 2 hineindrücken. Der Deckel 5 kann mit dem Filtergehäuse 2 verbunden werden, beispielsweise über Spannbügel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007048354 A1 [0002]
