DE102017000111A1

DE102017000111A1 - Filterelement mit Zusatzbauteil und Filtersystem

Info

Publication number: DE102017000111A1
Application number: DE102017000111.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Wagner; Michael Maier; Anton Rabanter; Stephan Keßler; Peter Pekny; Daniel Schmid; Robert Hasenfratz; Sven Epli; Markus Hanselmann; Lars Biesinger; Duc Cuong Nguyen; Michael Kaufmann
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem Filterbalg (12), der an in Flachseiten (38, 39) des Filterbalgs (12) liegenden Faltkanten (26) zickzackförmig zu Falten (34) gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten (22, 23) des Filterbalgs (12) erstrecken und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten (18, 19) parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen (20, 21) aufweist. Der Filterbalg (12) ist mit Kunststoff in Form eines Rahmens (28) umspritzt, sodass die Stirnkantenflächen (20, 21) abgedichtet sind. Es ist wenigstens ein einstückig mit dem Rahmen (28) ausgebildetes Zusatzbauteil (16) vorgesehen, welches an eine der Flachseiten (38, 39) flächig anklappbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Filtersystem (100) mit einem solchen auswechselbaren Filterelement (10).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtern eines Fluids mit einem Zusatzbauteil, insbesondere zur Verwendung als Luftfilter einer Brennkraftmaschine oder als Innenraumluftfilter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs sowie ein Filtersystem mit einem Filterelement.
Stand der Technik
Abhängig von den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen kann ein Wickel- oder Stapelkörper eines Filterkörpers und damit der Filter insgesamt flach mit einer Schmalseite und einer Längsseite ausgebildet werden. Beengte Bauverhältnisse können so eine unsymmetrische Anströmung erforderlich machen, bei der die Einströmöffnung insbesondere im Bereich der Schmalseite des Filterkörpers mit Winkel- und Lageversatz zur Längsachse des Filterkörpers liegt.
In der EP 2 027 908 B1 wird ein Kompaktfilter, insbesondere ein Kompaktluftfilter für Kraftfahrzeuge mit einem Kompaktfilterelement zum austauschbaren Einsatz in einem Filtergehäuse vorgeschlagen, wobei das Kompaktfilterelement einen Filterkörper mit einer Längsachse umfasst. Das Kompaktfilterelement weist auf seiner Rohseite ein gemeinsam mit ihm aus dem Filtergehäuse entnehmbares Strömungsleitelement mit mindestens einer gegenüber der Längsachse geneigten Leitfläche auf. Das Strömungsleitelement kann auf dem Filterkörper lose oder klemmend aufgesteckt sein und ist bevorzugt fest mit diesem beispielsweise durch direktes Anspritzen an ein mit dem Element verbundenen Kunststoffteil befestigt. Es kann auch durch Verklebung, Einschäumen oder dergleichen verbunden sein. Durch geeignete Ausgestaltung des Strömungsleitelementes erfährt die ankommende, staubbeladene Luftströmung eine Umlenkung zumindest näherungsweise in eine Richtung, die parallel zur Längsachse des Filterkörpers bzw. dessen Luftkanälen liegt. Ein abströmseitiges Ende des Strömungsleitelementes grenzt an eine einströmseitige Stirnfläche des Filterkörpers etwa im Bereich dessen Längsachse an, wobei ein anströmseitiges Ende des Strömungsleitelementes etwa auf einer zu definierenden Position der Eintrittsfläche des Filtergehäuses liegt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement zum Filtern eines Fluids mit einem Zusatzbauteil wie einem Strömungsleitelement zu schaffen, das modular aufgebaut und auf einfache und kostengünstige Weise fertigbar ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids zur Aufnahme eines solchen austauschbaren Filterelements mit einem Zusatzbauteil wie einem Strömungsleitelement zu schaffen, das modular aufgebaut und auf einfache und kostengünstige Weise fertigbar ist.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filterelement für ein Filtersystem, bei dem ein Filterbalg mit Kunststoff in Form eines Rahmens umspritzt ist, sodass die Stirnkantenflächen des Filterbalgs abgedichtet sind, und bei dem wenigstens ein einstückig mit dem Rahmen ausgebildetes Zusatzbauteil vorgesehen ist, welches an eine der Flachseiten flächig anklappbar ist, und nach einem weiteren Aspekt der Erfindung von einem Filtersystem mit einem solchen Filterelement.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Filterelement zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem Filterbalg vorgeschlagen, der an in Flachseiten des Filterbalgs liegenden Faltkanten zickzackförmig zu Falten gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten des Filterbalgs erstrecken und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen aufweist. Der Filterbalg ist mit Kunststoff in Form eines Rahmens umspritzt, sodass die Stirnkantenflächen abgedichtet sind. Wenigstens ein einstückig mit dem Rahmen ausgebildetes Zusatzbauteil ist vorgesehen, welches an eine der Flachseiten flächig anklappbar ist. Insbesondere kann das Zusatzbauteil die Flachseite ganzflächig überdecken.
Bei dem erfindungsgemäßen Filterelement werden ein oder mehrere Filterbälge in einer Spritzgießform mit einem Kunststoff umspritzt, sodass der wenigstens eine Filterbalg in einer Art Rahmen fest fixiert und gehalten wird. Der Rahmen dichtet dabei zweckmäßigerweise die Stirnkantenflächen des Filterbalgs ab, indem die Stirnkanten des Filterbalgs mit eingespritzt sind. Stirnflächen des Filterbalgs können mit eingespritzt sein. Alternativ können sie jedoch auch offen bleiben. Eine umlaufende Stirnseite des Rahmens kann vorteilhaft mit einer Dichtung versehen sein, zum Abdichten des Filterelements beim Einsatz in einem Filtergehäuse. Seitenflächen des Rahmens können zur Versteifung bei großflächigen Filterelementen Versteifungsrippen aufweisen. Quer über die Fläche des Rahmens können auch Stege zur zusätzlichen Versteifung angeordnet sein. Werden mehrere Filterbälge nebeneinander angeordnet und eingespritzt, so sind zweckmäßigerweise zur Abdichtung der Stirnkantenflächen über die Länge des Rahmens parallel zu den Außenflächen der Stirnkantenabdichtungen der außen liegenden Filterbälge auch Stirnkantenabdichtungen im Inneren des Rahmens angeordnet und versteifen den Rahmen und das Filterelement so zusätzlich.
Die Umspritzung eines Filterbalges mit Kunststoff weist mehrere Vorteile auf. Zum einen wird so ein stabiler Rahmen geschaffen, um den Filterbalg mechanisch zu halten, zu stabilisieren und für eine Montage handhabbar zu gestalten. Zum anderen werden damit die Stirnkantenflächen abgedichtet, sodass der Filterbalg damit für einen Einsatz in einem Filtersystem anwendbar ist.
Erfindungsgemäß ist bei dem Filterelement ein Zusatzbauteil vorgesehen, beispielsweise ein Strömungsleitelement oder ein Wasserabscheideelement, das einstückig mit dem Rahmen des Filterbalgs ausgebildet ist und welches an eine der Flachseiten des Filterbalgs flächig angeklappt werden kann. Auf diese Weise sitzt das Zusatzbauteil direkt auf dem Rahmen auf und kann mit diesem fest verbunden und auch abgedichtet werden. Das Zusatzbauteil kann zusammen mit dem Rahmen direkt in einem Spritzgießprozess hergestellt werden, indem es zusätzlich in der Spritzgießform mit vorgesehen ist. Das Zusatzbauteil kann über einen biegsamen Verbindungsbereich mit dem Rahmen verbunden sein, so dass das Zusatzbauteil umgeklappt und mit dem gebogenen Verbindungsbereich an den Rahmen angeklappt werden kann.
Auf diese Weise ist das Zusatzbauteil sehr kostengünstig herzustellen. Auch kann es, wenn es bei einem Filterelement nicht benötigt wird, einfach beim Spritzgießprozess, beispielsweise mit einem in der Spritzgießform vorgesehenen Schieber, weggelassen werden. Der Schieber verhindert, dass das Zusatzbauteil mit gespritzt wird. So ist für das Herstellen des Rahmens trotzdem nur eine Spritzgießform nötig.
Die erfindungsgemäße Lösung des einstückig mit dem Rahmen hergestellten Zusatzbauteils bietet den Vorteil einer leichten Integration von Zusatzfunktionen in das Filterelement, kombiniert mit einer relativ einfachen Herstellung des Zusatzbauteils.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Verbindungsbereich zum Verbinden von Zusatzbauteil und Rahmen an einer Längskante des Rahmens an den Rahmen anschließen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das Zusatzbauteil flächig direkt auf eine Stirnfläche des Rahmens auf der Seite, auf der auch die Längskante angeordnet ist, aufgelegt werden kann. So kann ein möglichst enges Zusammenklappen von Rahmen und Zusatzbauteil erreicht werden, was sich günstig für eine dichte Verbindung von Zusatzbauteil und Rahmen im Hinblick auf die Strömungsverhältnisse des Filterelements darstellt. Auch lässt sich das Filterelement bauraumeffizient möglichst kompakt darstellen, da der Rahmen weitgehend frei von dem Verbindungsbereich bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können das Zusatzbauteil und der Rahmen als Spritzgussteil ausgebildet sein. Zweckmäßig werden einstückig gefertigte Kunststoffbauteile in einem geeigneten Spritzgießverfahren gefertigt, welches als flexibles und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen geeignet ist. Werden beide, Zusatzbauteil und Rahmen, als ein Spritzgießbauteil ausgebildet, so lässt sich die Herstellung mit einer einzigen Spritzgießform umsetzen, was wiederum die Kosten für die Herstellung der Bauteile günstig gestalten lässt. Bei Bedarf kann auch auf die Herstellung des Zusatzbauteils verzichtet werden und nur ein Filterelement mit dem Rahmen auf diese Weise mit derselben Spritzgießform hergestellt werden, indem der entsprechende Teil der Spritzgießform durch einen Schieber beim Spritzgießprozess abgeschottet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verbindungsbereich zwischen Zusatzbauteil und Rahmen als Filmscharnier ausgebildet sein. Der Verbindungsbereich zwischen Zusatzbauteil und Rahmen ist zweckmäßigerweise flexibel und biegsam ausgebildet, um ein Anklappen des Zusatzbauteils an den Rahmen auf einfache Weise zu ermöglichen. Günstigerweise kann dazu das Material im Verbindungsbereich ausgedünnt werden. Filmscharniere bei Kunststoffbauteilen bestehen im Wesentlichen aus einer dünnwandigen Verbindung, oft in Form eines Falzes, die durch ihre Biegsamkeit eine begrenzte Drehbewegung der verbundenen Teile ermöglicht. Filmscharniere gehen in der Regel mit Wanddickensprüngen einher, erhalten aber für den Schmelzfluss und die Spannungsverteilung sanfte Übergänge. Ein solches Filmscharnier ist als einstückiges Bauteil, das in der Spritzgießform zusammen mit seinen zu verbindenden Bauteilen, nämlich dem Rahmen und dem Zusatzbauteil, vorgesehen sein kann, kostengünstig zu fertigen und in vorteilhafter Weise deshalb für den Verbindungsbereich zwischen Zusatzbauteil und Rahmen geeignet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Zusatzbauteil, insbesondere mit einer Rastverbindung, an dem Rahmen arretierbar sein. Eine derartige Arretierung erfolgt bevorzugt zumindest auf der dem Verbindungsbereich gegenüberliegenden bzw. abgewandten Seite des Rahmens, insbesondere so, dass die Anström- und/oder die Abströmfläche, d. h. eine der Flachseiten des Faltenbalges, durch das Zusatzbauteil überspannt wird. Das Zusatzbauteil kann auf unterschiedliche Weise nach dem Umklappen an dem Rahmen fixiert werden. Eine einfache und flexible Möglichkeit besteht darin, eine Schnapp- oder Rastverbindung mit dem Rahmen vorzusehen. Dazu werden das Zusatzbauteil oder der Rahmen beispielsweise mit Schnapphaken versehen, welche nach dem Anklappen des Zusatzbauteils an den Rahmen ein Verschnappen der Schnapphaken mit dem jeweils anderen Bauteil bewirken. Auf diese Weise lassen sich Zusatzbauteil und Rahmen auf einfache und zuverlässige Weise miteinander verrasten. Diese Rastverbindung kann lösbar ausgeführt sein, wenn das Zusatzbauteil wieder weggeklappt werden soll, beispielsweise für Wartungszwecke. Alternativ ist jedoch auch möglich, die Rastverbindung durch geeignete Ausbildung der Rastelemente nicht lösbar auszuführen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Zusatzbauteil über eine an Längskanten des Rahmens umlaufende Dichtung mit dem Rahmen verbunden oder verbindbar sein. Eine umlaufende Dichtung des Filterelements beim Einsatz in einem Filtergehäuse ist zweckmäßig, um eine zuverlässige Trennung von Rohseite und Reinseite eines Filtersystems zu gewährleisten, wie es für einen zuverlässigen Filterprozess über eine entsprechende Standzeit des Filtersystems vorteilhaft ist. Vorteilhaft kann die an Längskanten des Rahmens umlaufende Dichtung so angeordnet sein, dass sie eine Verbindungszone zwischen Rahmen und Zusatzbauteil umfasst und so durch ihre Festigkeit eine dauerhafte und zuverlässige Verbindung von Rahmen und Zusatzbauteil bewirkt. Gleichzeitig ist dadurch auch in vorteilhafter Weise die Verbindungszone zwischen Rahmen und Zusatzbauteil abgedichtet, was aus fluidtechnischen Gesichtspunkten sich als günstig erweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtung in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess mit dem Rahmen herstellbar vorgesehen sein. Die Dichtung weist üblicherweise ein anderes Material auf als der Rahmen, da die Dichtung eine andere Funktion zu erfüllen hat. Deshalb ist die Dichtung beispielsweise aus Polyurethan gebildet, das sich als flexibel genug erweist, um eine dauerhafte Dichtfunktion zu erreichen, während der Rahmen beispielsweise aus Polypropylen oder Polyester gefertigt sein kann. Zweckmäßigerweise kann deshalb die Dichtung bei der Herstellung von Rahmen und Zusatzbauteil in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt und angespritzt werden. Dadurch lässt sich auf zuverlässige und kostengünstige Art eine geeignete Dichtung für das Filterelement erzielen. Rahmen und Zusatzbauteil können so mindestens bei Lagerung und Transport zuverlässig zusammengehalten werden. Nach Verbau des Filterelements in einem Gehäuse eines Filtersystems werden die beiden Bauteile axial verpresst und werden dadurch im Betrieb zusammengehalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Zusatzbauteil mittels Kleben oder Schweißen mit dem Rahmen verbunden oder verbindbar sein. Eine weitere Möglichkeit, das Zusatzbauteil mit dem Rahmen auf dauerhafte Weise zu verbinden, stellen Klebe- oder Schweißprozesse dar. Dabei können alle herkömmlichen Kunststoffklebe- und Schweißprozesse zum Einsatz kommen, welche eine nicht lösbare Verbindung zwischen Zusatzbauteil und Rahmen gewährleisten. Mit geeigneten Klebstoffen lassen sich jedoch auch lösbare Verbindungen erreichen, wenn die Klebstoffe beispielsweise unter Temperatureinwirkung wieder sich erweichen und lösen lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Zusatzbauteil Strömungsleitelemente aufweisen, die zur Strömungsführung des Fluids vorgesehen sind. Strömungsleitelemente können sich als vorteilhaft sowohl auf der Rohseite als auch auf der Reinseite erweisen. Durch geeignete Ausgestaltung der Strömungsleitelemente erfährt die ankommende, staubbeladene Luftströmung eine Umlenkung zumindest näherungsweise in eine Richtung, die parallel zu einer Längsachse des Filterkörpers bzw. dessen Luftkanälen, wie den Falten des Filterbalgs, liegt. Die vom Luftstrom mitgetragenen Staubpartikel werden gezwungen, dieser Umlenkung zu folgen. Hierdurch wird eine Vergleichmäßigung der Staubbeladung des Filterkörpers erzielt. Die nutzbare Lebensdauer ist erhöht. Die Strömungsleitelemente können jedoch auch reinluftseitig angeordnet sein und bewirken dadurch ein gleichmäßiges Abströmen der Luft aus dem Filterelement. Dadurch lässt sich der Druckverlust durch das Filterelement günstig beeinflussen. Die einzelnen Strömungsleitelemente können unterschiedliche Form aufweisen, um eine günstige Strömungsführung des zu filternden Fluids zu erreichen. Vorteilhaft kann so die Strömungsführung in das Filterelement integriert werden, so dass nicht, wie üblicherweise, ein zweites Gehäuse für ein Filterelement mit Strömungsleitelementen vorgesehen werden muss.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Strömungsleitelemente sich parallel zu den Faltkanten erstrecken. Die Anordnung der Strömungsleitelemente in einer Weise, dass sich die anströmende Luft in gleichmäßiger Weise auf die Länge der Falten des Filterbalgs verteilt, bewirkt eine möglichst günstige Ausnutzung des Filtervermögens des Filterbalgs, wodurch eine effektive Filterung des Fluids und günstige Standzeit des Filterelements erreicht wird. Eine solche Vergleichmäßigung der Strömung kann erreicht werden, wenn die Strömungsleitelemente, welche als Schaufeln ausgebildet sein können, parallel zu den Faltkanten des Filterbalgs angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Zusatzbauteil Lamellenelemente aufweisen, die zur Wasserabscheidung aus dem Fluid vorgesehen sind. Die Abscheidung von Wasser, Schnee, Grobpartikeln und Schmutz aus der zu filternden Luft vor Eintritt der Luft in den Filterbalg erweist sich als günstig, da so der Filterbalg nicht so schnell beladen und seine Filterfähigkeit vermindert wird. Dadurch erhöht sich die Standzeit des Filterelements. In geeigneter Weise kann dies durch Vorsehen eines Zusatzbauteils auf der Rohseite des Filterelements erreicht werden. Ein solches Zusatzbauteil kann zweckmäßigerweise Lamellenelemente aufweisen, welche zur Abscheidung von Wassertropfen oder Schnee geeignet sind. Alternativ können sowohl Lamellenelemente zur Wasserabscheidung als auch Strömungsleitelemente in einem integrierten Zusatzbauteil angeordnet sein, um so sowohl die Wasserabscheidung aus der Rohluft als auch eine günstige Anströmung des Filterbalgs zu bewirken. Der Vorteil eines solchen Zusatzbauteils zur Wasserabscheidung ist, dass so die Wasserabscheidefunktion in das Filterelement integriert werden kann und nicht, wie üblich, ein zweites Gehäuse für ein Filtersystem mit Wasserabscheidefunktion vorgesehen werden muss.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse zwischen einer Rohseite und einer Reinseite austauschbar angeordneten Filterelement zum Filtern eines Fluids. Das Filterelement umfasst wenigstens einen Filterbalg, der entlang von in Flachseiten liegenden Faltkanten zickzackförmig zu Falten gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten des Filterbalgs erstrecken, und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen aufweist. Der Filterbalg ist mit Kunststoff in Form eines Rahmens umspritzt, so dass die Stirnkantenflächen abgedichtet sind. Wenigstens ein einstückig mit dem Rahmen ausgebildetes Zusatzbauteil ist vorgesehen, welches an eine der Rohseite oder der Reinseite zugewandten Flachseite flächig angeklappt ist.
Das Filtersystem ist zur Aufnahme eines Filterelementes vorgesehen, bei dem ein oder mehrere Filterbälge mit einem Kunststoff umspritzt sind, so dass der wenigstens eine Filterbalg in einer Art Rahmen fest fixiert und gehalten wird. Der Rahmen dichtet dabei zweckmäßigerweise die Stirnkantenflächen des Filterbalgs ab, indem die Stirnkanten des Filterbalgs mit eingespritzt sind. Stirnflächen des Filterbalgs können mit eingespritzt sein. Alternativ können sie jedoch auch offen bleiben. Eine umlaufende Stirnseite des Rahmens kann vorteilhaft mit einer Dichtung versehen sein, zum Abdichten des Filterelements beim Einsatz in dem Gehäuse des Filtersystems. Die Umspritzung eines Filterbalges mit Kunststoff weist mehrere Vorteile auf. Zum einen wird so ein stabiler Rahmen geschaffen, um den Filterbalg mechanisch zu halten, zu stabilisieren und für eine Montage handhabbar zu gestalten. Zum anderen werden damit die Stirnkantenflächen abgedichtet, sodass der Filterbalg damit für einen Einsatz in einem Filtersystem anwendbar ist.
Erfindungsgemäß ist bei dem Filterelement ein Zusatzbauteil vorgesehen, beispielsweise ein Strömungsleitelement oder ein Wasserabscheideelement, das einstückig mit dem Rahmen des Filterbalgs ausgebildet ist und welches an eine der Flachseiten des Filterbalgs flächig angeklappt werden kann. Auf diese Weise sitzt das Zusatzbauteil direkt auf dem Rahmen auf und kann mit diesem fest verbunden und auch abgedichtet werden. Das Zusatzbauteil kann über einen biegsamen Verbindungsbereich mit dem Rahmen verbunden sein, so dass das Zusatzbauteil umgeklappt und mit dem gebogenen Verbindungsbereich an den Rahmen angeklappt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Rahmen mit einer Dichtung umspritzt sein, welche die Reinseite gegen die Rohseite abdichtet. Eine umlaufende Stirnseite des Rahmens kann beispielsweise vorteilhaft mit einer Dichtung versehen sein, zum Abdichten des Filterelements beim Einsatz in einem Filtergehäuse. Die Dichtung, welche an den Rahmen beispielsweise angespritzt ist, liegt beim Einsatz des Filterelements auf einer Innenseite des Gehäuses dicht an und kann so eine Flachseite des Filterelements gegen die andere Flachseite abdichten. Da das Filterelement von dem zu filternden Fluid von einer Flachseite zur anderen Flachseite durchströmt wird, ist auf diese Weise die Reinseite gegen die Rohseite durch das Filterelement getrennt und abgedichtet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtung das Zusatzbauteil an Längskanten des Rahmens mit dem Rahmen verbinden. Die umlaufende Dichtung des Filterelements beim Einsatz in einem Filtergehäuse ist zweckmäßig, um eine zuverlässige Trennung von Rohseite und Reinseite eines Filtersystems zu gewährleisten, wie es für einen zuverlässigen Filterprozess über eine entsprechende Standzeit des Filtersystems vorteilhaft ist. Vorteilhaft kann die an Längskanten des Rahmens umlaufende Dichtung so angeordnet sein, dass sie eine Verbindungszone zwischen Rahmen und Zusatzbauteil umfasst und so durch ihre Festigkeit eine dauerhafte und zuverlässige Verbindung von Rahmen und Zusatzbauteil bewirkt. Gleichzeitig ist dadurch auch in vorteilhafter Weise die Verbindungszone zwischen Rahmen und Zusatzbauteil abgedichtet, was aus fluidtechnischen Gesichtspunkten sich als günstig erweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtung außerhalb einer Verbindungszone des Zusatzbauteils zum Rahmen angeordnet sein. Das Zusatzbauteil kann mit dem Rahmen auch über andere Fügeprozesse wie eine Rastverbindung, Kleben oder Schweißen verbunden werden. In dem Fall ist es nicht notwendig, dass die Dichtung des Rahmens eine Fügefunktion für das Zusatzbauteil übernimmt und kann deshalb bei Bedarf auch an einer anderen Stelle der Stirnseiten des Rahmens als der Verbindungszone des Zusatzbauteils zum Rahmen angeordnet sein. Diese Anordnung außerhalb der Verbindungszone des Zusatzbauteils zum Rahmen kann auf Grund der Trennung von Rohseite und Reinseite des Filtersystems sich als günstig erweisen, wenn beispielsweise beim Wechsel des Filterelements das Gehäuse dadurch weniger verschmutzt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann auf beiden Flachseiten ein Zusatzbauteil angeordnet sein. Das Zusatzbauteil kann für verschiedene Funktionen wie beispielsweise eine Strömungsführung oder Wasserabscheidung ausgebildet sein. Deshalb kann es sich als vorteilhaft erweisen, ein Zusatzbauteil mit einer bestimmten Funktion wie Wasserabscheidung auf der der Rohseite zugewandten Flachseite anzuordnen und ein anderes Zusatzbauteil mit einer Strömungsführung auf der der Reinseite zugewandten Flachseite des Filterelements anzuordnen. So lässt sich ein Filterelement vorteilhaft mit mehreren Zusatzbauteilen auf beiden Flachseiten des Filterelements ausbilden.
Das beschriebene Filtersystem kann vorteilhaft als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine oder als Innenraumluftfilter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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:
1 eine isometrische Darstellung eines Filterelements mit einem Zusatzbauteil mit Strömungsleitelementen auf der Reinseite nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Detailansicht des Filterelements in 1 mit Fokus auf die Verbindung des Zusatzbauteils mit dem Rahmen mittels einer Rastverbindung;
3 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 1 mit abgeklapptem Zusatzbauteil;
4 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 1 mit hochgeklapptem Zusatzbauteil;
5 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 1 mit fast geschlossenem Zusatzbauteil;
6 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 1 mit an den Rahmen angeklapptem Zusatzbauteil;
7 eine isometrische Darstellung eines Filterelements nach einem anderen Ausführungsbeispiel mit abgeklapptem Zusatzbauteil;
8 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 7 mit hochgeklapptem Zusatzbauteil;
9 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 7 mit fast geschlossenem Zusatzbauteil;
10 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 7 mit an den Rahmen angeklapptem Zusatzbauteil;
11 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 7 mit an den Rahmen angeklapptem Zusatzbauteil, welches mittels einer Dichtung mit dem Rahmen verbunden ist;
12 eine Detailansicht des Filterelements in 11 mit Fokus auf die Verbindung des Zusatzbauteils mit dem Rahmen mittels der Dichtung;
13 eine isometrische Darstellung eines Filterelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Zusatzbauteil auf der Rohseite, welches zur Wasserabscheidung ausgebildet ist;
14 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 13 mit abgeklapptem Zusatzbauteil;
15 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus 13 mit halb angeklapptem Zusatzbauteil;
16 einen Längsschnitt durch das Filterelement aus 13; und
17 einen Längsschnitt durch ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Filterelement aus 13.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Filterelements 10 mit einem Zusatzbauteil 16 mit Strömungsleitelementen 44 auf der Reinseite 52 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filterelement 10 zum Filtern eines Fluids weist einen Filterbalg 12 auf, der an in Flachseiten 38, 39 des Filterbalgs 12 liegenden Faltkanten 26 zickzackförmig zu Falten 34 gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten 22, 23 des Filterbalgs 12 erstrecken und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten 18, 19 parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen 20, 21 aufweist. Der Filterbalg 12 ist mit Kunststoff in Form eines Rahmens 28 umspritzt, sodass die Stirnkantenflächen 20, 21 abgedichtet sind. Ein einstückig mit dem Rahmen 28 ausgebildetes Zusatzbauteil 16 ist an die der Reinseite 52 zugewandten Flachseite 38 des Filterbalgs 12 flächig angeklappt. Das Zusatzbauteil 16 und der Rahmen 28 sind dabei zweckmäßig als Spritzgussteil ausgebildet. Der Verbindungsbereich 17 zum Verbinden von Zusatzbauteil 16 und Rahmen 28 schließt an der Längskante 30 des Rahmens 28 an den Rahmen 28 an, wobei der Verbindungsbereich 17 zwischen Zusatzbauteil 16 und Rahmen 28 als Filmscharnier 36 ausgebildet ist. Das Zusatzbauteil 16 ist mit der in der Verbindungszone 49 angeordneten Rastverbindung 42 an dem Rahmen 28 arretierbar.
Das Filterelement 10 wird in Strömungsrichtung 54 von dem zu filternden Fluid durchströmt. Das Zusatzbauteil 16 weist Strömungsleitelemente 44 auf, die zur Strömungsführung des Fluids vorgesehen sind. Die Strömungsleitelemente 44 erstrecken sich parallel zu den Faltkanten 26, da auf diese Weise eine vorteilhafte Strömungsführung des gefilterten Fluids mit einer gleichmäßigen Belastung des Filterbalgs 12 gewährleistet ist. An der unteren Längskante 31 des Rahmens 28 ist umlaufend um den Rahmen 28 die Dichtung 40 angeordnet.
2 zeigt eine Detailansicht des Filterelements 10 in 1 mit Fokus auf die Verbindung des Zusatzbauteils 16 mit dem Rahmen 28 mittels der Rastverbindung 42. Das Zusatzbauteil 16 ist auf der Flachseite 38 an den Rahmen 28 angeklappt und greift mit den Schnapphaken 46 in der Verbindungszone 49 um einen Bund des Rahmens 28. Dadurch ist das Zusatzbauteil 16 mit dem Rahmen 16 fest verrastet. Auf Grund der Elastizität des Kunststoffs kann diese Rastverbindung 42 durch Aufbiegen der Schnapphaken 46, eventuell mit einem geeigneten Werkzeug, auch wieder lösbar sein.
In den 3 bis 6 ist für das Filterelement aus 1 in isometrischen Darstellungen der Verlauf des Anklappens des Zusatzbauteils 16 an die der Reinseite zugewandten Flachseite 38 des Filterbalgs 12 und den Rahmen 28 des Filterbalgs 12 dargestellt. 3 zeigt das Filterelement 10 mit abgeklapptem Zusatzbauteil. Der Verbindungsbereich 17 ist, beispielsweise als Filmscharnier 36, flexibel ausgebildet, so dass das Zusatzbauteil 16 hochgeklappt und an die Flachseite 38 angeklappt werden kann. In 4 ist deshalb das Filterelement aus 1 mit hochgeklapptem Zusatzbauteil 16 dargestellt. Der Pfeil soll die Bewegungsrichtung bei dem Klappvorgang andeuten. In 5 ist das Filterelement aus 1 mit fast geschlossenem Zusatzbauteil 16 zu sehen, während es in 6 mit an die Flachseite 38 und den Rahmen 28 angeklapptem Zusatzbauteil 16 dargestellt ist. Das Zusatzbauteil 16 liegt flach auf dem Rahmen 28 auf und ist beispielsweise mittels der Rastverbindung 42, wie im Detail in 2 dargestellt, mit dem Rahmen 28 verrastet.
Alternativ könnte das Zusatzbauteil 16 auch mittels Kleben oder Schweißen mit dem Rahmen 28 verbunden sein.
In den 7 bis 10 ist für ein Filterelement nach einem anderen Ausführungsbeispiel in isometrischen Darstellungen der Verlauf des Anklappens des Zusatzbauteils 16 an die der Reinseite zugewandten Flachseite 38 des Filterbalgs 12 und den Rahmen 28 des Filterbalgs 12 dargestellt. Bei dem Filterelement 10 in den 7 bis 10 erfolgt die Verbindung zwischen Zusatzbauteil 16 und Rahmen 28 über eine angespritzte Dichtung 40. 7 zeigt dazu das Filterelement 10 mit abgeklapptem Zusatzbauteil 16. Der Verbindungsbereich 17 ist auch hier beispielsweise als Filmscharnier 36 flexibel ausgebildet, so dass das Zusatzbauteil 16 hochgeklappt und an die Flachseite 38 angeklappt werden kann. In 8 ist das Filterelement 10 aus 7 mit hochgeklapptem Zusatzbauteil 16 dargestellt. Der Pfeil soll wieder die Bewegungsrichtung bei dem Klappvorgang andeuten. 9 zeigt das Filterelement 10 aus 7 mit fast geschlossenem Zusatzbauteil 16, während es in 10 mit an die Flachseite 38 und den Rahmen 28 angeklapptem Zusatzbauteil 16 dargestellt ist. Das Zusatzbauteil 16 liegt flach auf dem Rahmen 28 auf.
11 zeigt in einer isometrischen Darstellung das Filterelement 10 aus 7 mit an den Rahmen 28 angeklapptem Zusatzbauteil 16, welches mittels der Dichtung 40 in der Verbindungszone 49 mit dem Rahmen 28 verbunden ist. Das Zusatzbauteil 16 ist dabei über die an den Längskanten 30 des Rahmens 28 umlaufende Dichtung 40 mit dem Rahmen 28 verbunden. Die Dichtung schließt so die Außenkante 32 des Zusatzbauteils 16 sowie die Längskanten 30 des Rahmens 28 umlaufend ein. Die Dichtung 40 kann beispielsweise in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess mit dem Rahmen 28 in einem Spritzgießprozess hergestellt werden.
12 zeigt eine Detailansicht des Filterelements 10 in 11 mit Fokus auf die Verbindung des Zusatzbauteils 16 mit dem Rahmen 28 mittels der Dichtung 40. Das Zusatzbauteil 16 liegt flächig angeklappt auf der Flachseite 38 des Filterbalgs 12 und dem Rahmen 28 auf. Der Rahmen 28 ist an den Längskanten 30 umlaufend mit der Dichtung 40 umspritzt, welche dadurch auch die Außenkante 32 des Zusatzbauteils 32 mit einschließt und so fest verbindet.
In 13 ist eine isometrische Darstellung eines Filterelements 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Zusatzbauteil 16 auf der Rohseite 50 zu sehen, welches zur Wasserabscheidung ausgebildet ist. Das Zusatzbauteil 16 weist dafür Lamellenelemente 48 auf, die zur Wasserabscheidung aus dem Fluid vorgesehen sind und so eine integrierte Wasserabscheidung des Filterelements ermöglichen. Das Zusatzbauteil 16 ist an die der Rohseite 50 zugewandten Flachseite 39 des Filterbalgs 12 und den Rahmen 28 angeklappt und in der Verbindungszone 49 über eine Rastverbindung 42 mit dem Rahmen 28 verbunden. Der Verbindungsbereich 17 in Form eines Filmscharniers 36 ist an der Längskante 31 des Rahmens 28 angeordnet. Die Dichtung 40 dagegen ist bei dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel umlaufend um die Längskanten 30 des Rahmens 28 der Reinseite 52 benachbart angeordnet.
14 zeigt eine isometrische Darstellung des Filterelements 10 aus 13 mit abgeklapptem Zusatzbauteil 16. Das Zusatzbauteil 16 mit den Lamellenelementen 48 ist in einer Ebene mit dem Rahmen 28 ausgestreckt, so wie es beispielsweise aus einem Werkzeug eines Spritzgießprozesses entnommen werden kann. Zum Anklappen des Zusatzbauteils 16 an die Flachseite 39 wird der Verbindungsbereich 17 als Filmscharnier 36 in Pfeilrichtung gebogen, wie es in 15 bei dem Filterelement 10 mit halb angeklapptem Zusatzbauteil 16 dargestellt ist. Nach Anklappen des Zusatzbauteils 16 kann es mittels der Rastverbindung 42 mit dem Rahmen 28 verrastet und so für Transport, Montage und Betrieb fixiert werden.
16 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Filterelement 10 aus 13 mit an die Flachseite 39 und den Rahmen 28 angeklapptem Zusatzbauteil 16. Die Flachseiten 38, 39 des Filterbalgs 12 sind durch die Faltkanten 26 der Falten 34 des zickzackförmig gefalteten Filtermediums 14 definiert. Der Filterbalg 12 ist mit dem kunststoffgespritzten Rahmen 28 an seinen Stirnkantenflächen 20, 21 abgedichtet. Der Rahmen 28 weist an seiner Längskante 30 die umlaufende Dichtung 40 auf zum Abdichten des Filterelements 10 bei Einbau in das Gehäuse 108 eines Filtersystems 100, wie es in 17 dargestellt ist.
Das Zusatzbauteil 16 mit den Lamellenelementen 48, welches an der Längskante 31 des Rahmens 28 über den als Filmscharnier 36 ausgebildeten Verbindungsbereich 17 mit dem Rahmen 28 einstückig verbunden ist, ist an die Flachseite 39 angeklappt und mit dem Rahmen über die Rastverbindung 42 in der Verbindungszone 49 fest verbunden.
In 17 ist ein Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Filterelement 10 aus 13 dargestellt. Das Filtersystem 100 zum Filtern eines Fluids weist ein Gehäuse 108 mit einem Gehäuseoberteil 112 und einem Gehäuseunterteil 114 auf. In dem Gehäuse 108 ist zwischen einer Rohseite 50 und einer Reinseite 52 das Filterelement 10 austauschbar angeordnet. Das Filterelement 10 umfasst den Filterbalg 12, der entlang von in Flachseiten 38, 39 liegenden Faltkanten 26 zickzackförmig zu Falten 34 gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten 22, 23 des Filterbalgs 12 erstrecken, und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten 18, 19 parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen 20, 21 aufweist. Der Filterbalg 12 ist mit Kunststoff in Form des Rahmens 28 umspritzt, sodass die Stirnkantenflächen 20, 21 abgedichtet sind. Das einstückig mit dem Rahmen 28 ausgebildete Zusatzbauteil 16 ist an die der Rohseite 50 zugewandten Flachseite 39 flächig angeklappt. Der Rahmen 28 ist mit der Dichtung 40 umspritzt, welche die Reinseite 52 gegen die Rohseite 50 abdichtet. Die Dichtung 40 liegt bei eingebautem Filterelement 10 an der Innenseite des Gehäuses 108 an und dichtet so die Reinseite 52 des Filtersystems 100 gegen die Rohseite 50 ab. Die Dichtung 40 ist bei dem in 17 dargestellten Ausführungsbeispiel außerhalb der Verbindungszone 49 des Zusatzbauteils 16 zum Rahmen 28 angeordnet. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Dichtung 40 das Zusatzbauteil 16 an Längskanten 30, 31 des Rahmens 28 mit dem Rahmen 28 verbindet. Auch könnte ein Zusatzbauteil 16 auf beiden Flachseiten 38, 39 des Filterelements 10 angeordnet sein, beispielsweise ein Zusatzbauteil 16 zur Wasserabscheidung wie dargestellt auf der rohseitigen Flachseite 39 und ein weiteres Zusatzbauteil 16 auf der reinseitigen Flachseite 38 beispielsweise zur Strömungsführung mit Strömungsleitelementen 44.
In allen Ausführungsformen wird jeweils mindestens eine der Flachseiten 38, 39 vollständig von dem Zusatzbauteil 16 überspannt. Dies bedeutet nicht, dass notwendigerweise immer eine in Durchströmungsrichtung vollständige Überdeckung der Flachseite 38, 39 realisiert ist, wie in der Ausführung nach 13. Vielmehr überspannt das Zusatzbauteil 16 die jeweilige Flachseite 38, 39 derart, dass der gesamte Strömungsquerschnitt der Flachseite 38, 39 von dem Zusatzbauteil 16 umrahmt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2027908 B1 [0003]

Claims

Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids mit – wenigstens einem Filterbalg (12), der an in Flachseiten (38, 39) des Filterbalgs (12) liegenden Faltkanten (26) zickzackförmig zu Falten (34) gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten (22, 23) des Filterbalgs (12) erstrecken und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten (18, 19) parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen (20, 21) aufweist, wobei der Filterbalg (12) mit Kunststoff in Form eines Rahmens (28) umspritzt ist, sodass die Stirnkantenflächen (20, 21) abgedichtet sind, und wobei wenigstens ein einstückig mit dem Rahmen (28) ausgebildetes Zusatzbauteil (16) vorgesehen ist, welches an eine der Flachseiten (38, 39) flächig anklappbar ist.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei ein Verbindungsbereich (17) zum Verbinden von Zusatzbauteil (16) und Rahmen (28) an einer Längskante (30, 31) des Rahmens (28) an den Rahmen (28) anschließt.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zusatzbauteil (16) und der Rahmen (28) als Spritzgussteil ausgebildet sind.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (17) zwischen Zusatzbauteil (16) und Rahmen (28) als Filmscharnier (36) ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzbauteil (16), insbesondere mit einer Rastverbindung (42), an dem Rahmen (28) arretierbar ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzbauteil (16) über eine an Längskanten (30, 31) des Rahmens (28) umlaufende Dichtung (40) mit dem Rahmen (28) verbunden oder verbindbar ist.
Filterelement nach Anspruch 6, wobei die Dichtung (40) in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess mit dem Rahmen (28) herstellbar vorgesehen ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzbauteil (16) mittels Kleben oder Schweißen mit dem Rahmen (28) verbunden oder verbindbar ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzbauteil (16) Strömungsleitelemente (44) aufweist, die zur Strömungsführung des Fluids vorgesehen sind.
Filterelement nach Anspruch 9, wobei die Strömungsleitelemente (44) sich parallel zu den Faltkanten (26) erstrecken.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzbauteil (16) Lamellenelemente (48) aufweist, die zur Wasserabscheidung aus dem Fluid vorgesehen sind.
Filtersystem (100) zum Filtern eines Fluids mit einem Gehäuse (108) und einem in dem Gehäuse (108) zwischen einer Rohseite (50) und einer Reinseite (52) austauschbar angeordneten Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – wenigstens einen Filterbalg (12), der entlang von in Flachseiten (38, 39) liegenden Faltkanten (26) zickzackförmig zu Falten (34) gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten (22, 23) des Filterbalgs (12) erstrecken, und der jeweils auf gegenüberliegenden Stirnseiten (18, 19) parallel zueinander verlaufende Stirnkantenflächen (20, 21) aufweist, wobei der Filterbalg (12) mit Kunststoff in Form eines Rahmens (28) umspritzt ist, sodass die Stirnkantenflächen (20, 21) abgedichtet sind, und wobei wenigstens ein einstückig mit dem Rahmen (28) ausgebildetes Zusatzbauteil (16) vorgesehen ist, welches an eine der Rohseite (50) und/oder der Reinseite (52) zugewandten Flachseite (39, 38) flächig angeklappt ist.
Filtersystem nach Anspruch 12, wobei der Rahmen (28) mit einer Dichtung (40) umspritzt ist, welche die Reinseite (52) gegen die Rohseite (50) abdichtet.
Filtersystem nach Anspruch 13, wobei die Dichtung (40) das Zusatzbauteil (16) an Längskanten (30, 31) des Rahmens (28) mit dem Rahmen (28) verbindet.
Filtersystem nach Anspruch 13, wobei die Dichtung (40) außerhalb einer Verbindungszone (49) des Zusatzbauteils (16) zum Rahmen (28) angeordnet ist.
Filtersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei auf beiden Flachseiten (38, 39) ein Zusatzbauteil (16) angeordnet ist.