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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, beispielsweise zum Filtern von Öl oder Kraftstoff, für Motoren in Kraftfahrzeugen, und eine Filteranordnung.
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Stand der Technik
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Filterelemente, wie beispielsweise Ölfilterelemente oder Kraftstofffilterelemente, weisen meist einen sternförmig gefalteten Endlos-Faltenbalg auf, der zwischen zwei Endscheiben angeordnet ist. Um einen derartigen Endlos-Faltenbalg zu bilden, sind ein erster Endabschnitt eines Filtermediums und ein zweiter Endabschnitt des Filtermediums miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen dem Endlos-Faltenbalg und den Endscheiben zur Handhabung und zum Anschluss in einen Fluidkreislauf muss fluiddicht sein. In der Vergangenheit wurden dazu Verleimungen, Verklebe- oder Verschmelzprozesse bei der Herstellung entsprechender Filterelemente eingesetzt. Wünschenswert ist es, flexible und an die jeweilige Filteranwendung angepasste Endscheiben aufwandsgünstig herzustellen und mit dem jeweiligen Filtermedium zu verbinden. Das Filtermedium wird in der Regel in ein Filtergehäuse eingesetzt. Hierzu kann das Gehäuse einen Anschlussstutzen umfassen, auf den das Filterelement aufgesteckt wird. Nachteilig ist dabei, dass durch das Aufsetzen Kräfte in das Filterelement eingeleitet werden. Das Filterelement ist derart auszulegen, dass der Faltenbalg dabei nicht zu Schaden kommt. Weiterhin muss eine zuverlässige Dichtfläche zwischen Anschlussstutzen und Endscheibe ausgebildet werden.
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Die
CN 101385925 A zeigt ein Filterelement mit einem Filtermedium, das zu einem Endlos-Faltenbalg geformt ist und zwischen zwei Endscheiben angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Filterelement ein Mittelrohr und einen Vliesring, der an der Endscheibe befestigt ist. Der Vliesring ist koaxial zu der Endscheibe angeordnet und hat einen kleineren Innendurchmesser als die Endscheibe.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Filterelement und eine verbesserte Filteranordnung bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein Filterelement zum Filtern eines flüssigen Betriebsmittels für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Filterelement umfasst ein Filtermedium, welches um einen Innenraum des Filtermediums zu einem Endlos-Faltenbalg geformt ist, und eine eine Stirnseite des Endlos-Faltenbalgs bedeckende Endscheibe, welche eine Öffnung zu dem Innenraum aufweist. Die Endscheibe weist einen Kautschukabschnitt, der vulkanisiertes Kautschukmaterial umfasst, und einen Vliesring auf, welcher einen fest mit dem Kautschukabschnitt verbundenen Außenabschnitt und einen radial in die Öffnung reichenden Innenabschnitt umfasst. Der Innenabschnitt ist in Richtung zu dem Innenraum verformbar.
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In Ausführungsformen ist das Filterelement ein Ölfilterelement oder ein Kraftstofffilterelement für ein Kraftfahrzeug.
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In Ausführungsformen ist der Innenabschnitt des Vliesrings dazu eingerichtet, im verformten Zustand eine radiale Dichtung auszubilden. Zum Beispiel vollzieht der Innenabschnitt in einem zum Innenraum umgelegten Zustand eine radiale Dichtwirkung zwischen dem Filterelement und einem in die Öffnung eingeführten Anschlussstutzen.
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Indem vulkanisiertes Kautschukmaterial verwendet wird, kann eine elastische Endscheibe bereitgestellt werden, die eine Stirnseite des Endlos-Faltenbalgs abdichtet, wobei auch eine Befestigung des Vliesrings durch das Kautschukmaterial an sich, insbesondere während eines Vulkanisationsprozesses, verwirklicht werden kann. Weiterhin wird durch das Verwenden des Vliesrings das Filterelement bei der Montage geschont, da der Vliesring dämpfende Eigenschaften aufweist und dadurch eine direkte Kraftübertragung in das Filtermedium unterbindet.
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Das Betriebsmittel kann Öl, Benzin, Diesel, Kerosin, Methanol, Ethanol und/oder Harnstoff aufweisen. Beispielsweise kann der Endlos-Faltenbalg eine zylindrische, kegelförmige oder kegelstumpfförmige Erscheinungsform aufweisen. Dabei kann das Filtermedium gefaltet oder gewellt sein. Insbesondere weist der Endlos-Faltenbalg zwei Stirnseiten auf, die als Faltenstirnkanten ausgebildet sein können. Beispielsweise kann das Filterelement zwei Endscheiben umfassen. Diese können dabei gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise weist der Innenraum des Filtermediums eine zylindrische, kegelförmige oder kegelstumpfförmige Erscheinungsform auf. Der Innenraum des Filtermediums ist mittels der Öffnung der bedeckenden Endscheibe zugänglich. Die Öffnung ist durchgängig und wird durch den Innenabschnitt des Vliesrings verjüngt.
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Der Innenabschnitt des Vliesrings kann im nicht montierten Zustand des Filterelements als freier Abschnitt bezeichnet werden. Im montierten Zustand wird der Innenabschnitt in Richtung zu dem Innenraum verformt, insbesondere zu einer Mantelfläche des Innenraums des Filtermediums geklappt.
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Beispielsweise ist der Vliesring auf einer von dem Filtermedium abgewandten Seite des Kautschukabschnitts angeordnet. Beispielsweise bildet der Vliesring im montierten Zustand des Filterelements eine Dichtfläche zu einem Filtergehäuse aus. Beispielsweise ist die Dichtfläche an einem Außenumfang eines Anschlussstutzens des Filtergehäuses ausgebildet. Der Außenabschnitt des Vliesrings ist radial außerhalb des Innenabschnitts angeordnet und ist fest mit dem Kautschukabschnitt verbunden. Beispielsweise ist diese Verbindung stoffschlüssig, wobei der Stoffschluss durch das vulkanisierte Kautschukmaterial bewirkt werden kann. Alternativ kann der Stoffschluss durch ein weiteres Material, insbesondere einen Klebstoff, bewirkt werden.
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Der Vliesring kann als offener oder geschlossener Ring vorliegen. Von einer Aufsicht betrachtet, weist der Vliesring eine Innenkontur und eine Außenkontur auf. Die Innenkontur kann rund, oval oder eckig und/oder die Außenkontur kann rund, oval oder eckig ausgebildet sein, wobei die Innenkontur und die Außenkontur beispielsweise konzentrisch angeordnet sein können. Beispielsweise weist der Ring eine kreisförmige Innenkontur und eine kreisförmige Außenkontur auf, die konzentrisch sind.
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Beispielsweise weist der Vliesring im nicht montierten Zustand des Filterelements eine Stärke von 1,5 bis 2,5 mm auf. Im montierten Zustand wird insbesondere der Innenabschnitt des Vliesrings komprimiert, so dass die Stärke in diesem Bereich verringert wird. In einem solchen verpressten Zustand weist der Vliesring lokal eine Stärke von 0,5 bis 1,5 mm auf. Die Stärke des Vliesrings kann auch als Dicke bezeichnet werden. Beispielsweise wird der Vliesring lokal im verpressten Zustand um eine Stärke von 0,5 bis 1 mm, insbesondere 0,7 bis 1 mm, komprimiert. Der Vliesring umfasst ein Vliesmaterial oder besteht vollständig daraus. Beispielsweise weist der Vliesring eine zusätzliche Faser/Gewebeeinlage zur Verstärkung auf. Dadurch wird ein Einreißen des Vliesrings, insbesondere beim Verformen hin zu dem Innenraum des Filtermediums, verhindert.
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Unter „Vliesmaterial“ wird ein Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs verstanden, die auf irgendeine Weise zu einem Vlies (einer Faserschicht, einem Faserflor) zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind.
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Als Kautschukmaterialien eignen sich insbesondere Synthesekautschuk, wie Nitrilbutadienkautschuk (MBR) oder kurz Nitrilkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk (SBR) oder Mischungen daraus für eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Filtermedium und beispielsweise weiteren stabilisierenden Elementen der jeweiligen Endscheiben. Beispielsweise wird das Kautschukmaterial mit einem Zusatzmaterial vermischt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Das Zusatzmaterial weist beispielsweise Schwefel auf. Vor der Vulkanisation liegt ein Rohkautschukabschnitt (nach der Vulkanisation als Kautschukabschnitt bezeichnet) aus Kautschukrohmaterial beispielsweise als Scheibe oder Folie vor, die unter erhöhter Temperatur und/oder erhöhtem Druck ausvulkanisiert und dadurch beispielsweise zumindest teilweise in den Endlos-Faltenbalg eindringt. Vorzugsweise wird mit Hilfe des Vulkanisationsprozesses der Endlos-Faltenbalg an zumindest einer Stirnseite desselben dichtend verschlossen. Beispielsweise wird der Rohkautschukabschnitt erhitzt, sodass dieser expandiert und aufschäumt, wobei beispielsweise langkettige Kautschukmoleküle durch Schwefelbrücken vernetzen und sich dadurch ein verfestigter Zustand des Kautschukabschnitts ausbildet. Die Endscheibe kann auch als Folienendscheibe bezeichnet werden.
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Das Filterelement kann als Halbfertigteil betrachtet werden, falls das Kautschukmaterial nicht oder nicht vollständig vulkanisiert ist. Die Vulkanisation kann aufwandsgünstig mit Hilfe eines Wärmeleitzusatzstoffes unter Temperaturerhöhung erfolgen. Dabei wird vorzugsweise Wärme in das Material der Endscheibe bzw. das Kautschukmaterial eingetragen, was einfach möglich ist.
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Der Wärmeleitzusatzstoff kann elektrisch leitend sein, wie z. B. Metallpartikel, Graphit oder dergleichen, halbleitend oder auch nichtleitend sein. Der Wärmeleitzusatzstoff ist geeignet, sich durch einen Energieeintrag stärker aufzuheizen als das Kautschukmaterial und fördert dadurch eine thermische Vulkanisation. Grundsätzliche kommen Oxide, Carbide oder Nitride infrage.
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„Fest verbunden“ meint vorliegend, dass zumindest zwei Elemente nicht zerstörungsfrei voneinander lösbar sind.
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In Ausführungsformen weist der Kautschukabschnitt einen Taschenabschnitt auf, in den der Vliesring zumindest teilweise eingebettet ist.
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Der Taschenabschnitt ist beispielsweise ringförmig. Beispielsweise ist der Vliesring derart in den Kautschukabschnitt eingebettet, dass eine Oberfläche des Kautschukabschnitts bündig an eine Oberfläche des Vliesrings anschließt. Der Taschenabschnitt weist eine Breite in Längsrichtung gesehen auf. Beispielsweise korrespondiert die Breite des Taschenabschnitts im Wesentlichen mit der Stärke des Vliesrings. Beispielsweise entsteht der Taschenabschnitt erst während des Vulkanisationsprozesses. Vorteilhafterweise wird durch den Taschenabschnitt eine Verbindungsoberfläche zwischen dem Kautschukabschnitt und dem Vliesring vergrößert, so dass ein robuster Zusammenschluss gewährleistet ist.
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In Ausführungsformen ist der Vliesring von dem vulkanisierten Kautschukmaterial zumindest teilweise umschäumt.
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Damit kann eine aufwandsgünstige Einbettung verwirklich werden. Beispielsweise umfasst der Kautschukabschnitt Polyurethan-Schaum oder der Kautschukabschnitt besteht vollständig aus Polyurethan-Schaum.
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In Ausführungsformen weist die Endscheibe ein Versteifungselement auf, welches den Kautschukabschnitt umschließt, wobei das Versteifungselement einen radialen Abschnitt, der in eine Ausnehmung des Kautschukabschnitts radial eingreift, und einen axialen Abschnitt, der an den radialen Abschnitt angeformt ist und sich in Längsrichtung des Filterelements erstreckt, aufweist.
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Beispielsweise bildet das Versteifungselement eine äußere Kante der Endscheibe aus. Vorzugsweise bildet das Versteifungselement, insbesondere der radiale Abschnitt, eine Auflagefläche zu dem Filtergehäuse aus. Der radiale Abschnitt ist vorzugsweise ein Ringabschnitt. Der axiale Abschnitt ist vorzugsweise ein Rohrabschnitt. Vorzugsweise ist der radiale Abschnitt an den axialen Abschnitt derart angeformt, dass die Außendurchmesser gleich sind, wobei der Innendurchmesser des radialen Abschnitts kleiner ist als der Innendurchmesser des axialen Abschnitts. Beispielsweise schließt eine Oberfläche des radialen Abschnitts bündig an eine Oberfläche des Kautschukabschnitts an.
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Das Versteifungselement hat den Vorteil, dass die Endscheibe versteift wird. Weiterhin wird eine schonende Krafteinleitung in das Filterelement gewährleistet. Das Versteifungselement ist beispielsweise aus Kunststoff. Alternativ kann das Versteifungselement auch aus einem Metall gefertigt werden. Vorzugsweise wird während des Vulkanisationsprozesses der Kautschukabschnitt verformt, sodass sich dessen Konturen an das Versteifungselement anpassen.
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„Längsrichtung“ des Filterelements meint vorliegend eine Richtung, um die der Endlos-Faltenbalg geformt, insbesondere gebogen, ist. Man kann auch von Axialrichtung sprechen.
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„Radial“ meint vorliegend alle Richtungen, die, insbesondere im Wesentlichen, senkrecht zu der Längsrichtung verlaufen. Radial kann auf rotationssymmetrische Körper oder Formgebungen bezogen sein, muss es jedoch nicht zwangsläufig. Vielmehr kann radial auch auf eine eckige Formgebung bezogen sein.
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In Ausführungsformen weist das Filterelement ferner ein Mittelrohr zum Stabilisieren des Endlos-Faltenbalgs auf, welches innerhalb des Innenraums des Filtermediums angeordnet ist und sich in Längsrichtung des Filterelements erstreckt. Eine Stirnseite des Mittelrohrs bildet eine Kontaktfläche zu dem Vliesring aus.
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Beispielsweise ist das Mittelrohr in einem äußeren Bereich des Innenraums des Filtermediums angeordnet. Das Mittelrohr weist Öffnungen auf, die den Durchtritt des Fluids gewährleisten. Beim Montieren des Filterelements in ein Filtergehäuse wird der Vliesring an einem Innenrand der Stirnseite des Mittelrohrs gebogen. Dabei wird der Innenabschnitt des Vliesrings zwischen das Mittelrohr und den Anschlussstutzen des Filtergehäuses gezwungen. Der Innenabschnitt wird vorzugsweise dabei zusammengedrückt bzw. zusammengepresst, damit eine ausreichende Dichtwirkung erzielt wird. Zusammendrücken bzw. Zusammenpressen meint vorzugsweise eine Verringerung der Stärke des Vliesrings oder ein flächiges Zusammendrücken bzw. Zusammenpressen.
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In Ausführungsformen weist das Filtermedium einen Ring zum Stabilisieren der Endscheibe auf, welcher in der Öffnung angeordnet ist und einen Zugang zu der Öffnung begrenzt, wobei eine Stirnseite des Rings eine Kontaktfläche zu dem Vliesring ausbildet. Beispielsweise kann der Ring anstelle des Mittelrohrs vorhanden sein. Beim Montieren des Filterelements in ein Filtergehäuse wird der Vliesring an einem Innenrand der Stirnseite des Rings gebogen. Dabei wird der Innenabschnitt des Vliesrings zwischen den Ring und den Anschlussstutzen des Filtergehäuses gezwungen. Der Innenabschnitt wird vorzugsweise dabei zusammengedrückt bzw. zusammengepresst, damit eine ausreichende Dichtwirkung erzielt wird.
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Es wird ferner eine Filteranordnung mit einem Filterelement, wie vorstehend beschrieben, und einem Filtergehäuse vorgeschlagen. Das Filtergehäuse weist einen Anschlussstutzen auf, welcher in den Innenraum des Filtermediums hineinragt. Der Innenabschnitt des Vliesrings ist derart zu dem Innenraum des Filtermediums hin geklappt, dass dieser zwischen dem Anschlussstutzen und dem Filtermedium angeordnet ist.
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Vorzugsweise wird eine Dichtfläche zwischen dem Vliesring und dem Anschlussstutzen ausgebildet. Das Filterelement kann beispielsweise innerhalb des Filtergehäuses angeordnet sein. Das Filtergehäuse kann beispielsweise fest mit dem Kraftfahrzeug verbunden sein, so dass das Filterelement direkt ins Kraftfahrzeug montiert wird. Vorzugsweise umfasst das Filtergehäuse Kunststoff oder besteht vollständig daraus. Alternativ wird das Filterelement im Verbund mit dem Filtergehäuse in das Kraftfahrzeug montiert. Beispielsweise ist die Filteranordnung oder das Filterelement ein Spin-on-Filter oder ein Teil davon. Dabei könnte das Filtergehäuse eine Blechabdeckkappe und ein Gewinde umfassen. Alternativ ist die Filteranordnung oder das Filterelement ein Hang-on-Filter oder ein Teil davon. Beispielsweise ist der Anschlussstutzen als Rohrabschnitt ausgebildet. Der Anschlussstutzen, insbesondere eine radiale Innenfläche des Anschlussstutzens, ist dazu eingerichtet, einen Fluidstrom zu kanalisieren. Beispielsweise schmiegt sich der Innenabschnitt des Vliesrings an eine radiale Außenfläche des Anschlussstutzens an.
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In Ausführungsformen weist das Filtergehäuse einen Wandabschnitt auf, der gegenüber der Endscheibe angeordnet ist und ein Bypass-Ventil umfasst.
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Unter „Bypass-Ventil“ wird ein Ventil verstanden, das dazu eingerichtet ist, einen Umgehungskanal für das Fluid freizugeben. Beispielsweise kann das Bypass-Ventil aufgrund zu hoher Viskosität des Fluids, insbesondere während eines Kaltstarts eines Kraftfahrzeugs, eine Öffnung freigeben. Beispielsweise kann dann durch die Öffnung ungefiltertes Fluid hin zu einer Reinseite strömen.
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In Ausführungsformen ist der Anschlussstutzen an den Wandabschnitt angeformt. Der Wandabschnitt weist außenseitig zumindest eine Erhebung auf, die einen äußeren Randbereich der Endscheibe berührt, so dass ein Ringraum zwischen der Endscheibe, dem Wandabschnitt und dem Anschlussstutzen eingeschlossen ist.
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Beispielsweise ist die Erhebung umlaufend und weist mit der Endscheibe eine kreisringförmige Berührfläche auf. Alternativ können mehrere Erhebungen ausgebildet sein, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht, die als Aufstandselemente für die Endscheibe dienen. Der Ringraum ist beispielsweise ein offener oder geschlossener Ringraum.
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In Ausführungsformen ist die Filteranordnung dazu eingerichtet, dass bei geöffnetem Bypass-Ventil das Fluid durch den Ringraum zum Bypass-Ventil strömt und anschließend ungefiltert die Filteranordnung verlässt.
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Während eines solchen Bypass-Betriebs kann eine Saugwirkung entstehen, so dass Zugkräfte an der Endscheibe wirken. Vorzugsweise ist die Endscheibe dazu eingerichtet, den Zugkräften entgegenzuwirken. Beispielsweise ist die Filteranordnung dazu eingerichtet, dass während des Bypass-Betriebs der äußere Randbereich der Endscheibe mit Hilfe eines Fluidstroms angehoben wird.
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In Ausführungsformen weist der Innenabschnitt des Vliesrings in einem Ausgangszustand eine Stärke von 1,5 bis 2,5 mm und in einem verpressten Zustand eine Stärke von 0,5 bis 1,5 mm auf.
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„Ausgangszustand“ meint vorliegend einen Zustand, in dem das Filterelement noch nicht in das Filtergehäuse eingesetzt wurde bzw. nicht montiert ist. „Verpresster Zustand“ meint vorliegend einen Zustand, in dem die Filteranordnung moniert und betriebsbereit ist. Dabei ist der Innenabschnitt des Vliesrings verformt und mit Hilfe des Anschlussstutzens des Filtergehäuses fixiert. Der Innenabschnitt des Vliesrings weist in einem Ausgangszustand beispielsweise eine Stärke von 2 mm auf und in einem verpressten Zustand eine Stärke von 1 mm auf. Das Verpressen hat den Vorteil, dass die Dichtwirkung dadurch erhöht wird. Beispielsweise weist der Vliesring im Ausgangszustand eine konstante Stärke auf.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Filterelements, wie vorstehend beschrieben, vorgeschlagen. In einem ersten Schritt werden ein Endlos-Faltenbalg, ein Kautschukrohmaterial und ein Vliesring bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird mit Hilfe von Vulkanisation der Endlos-Faltenbalg mittels eines Kautschukmaterials, das im ersten Schritt als Kautschukrohmaterial vorlag, stoffschlüssig verschlossen und der Vliesring in das Kautschukmaterial eingebettet und mit dem Kautschukmaterial fest verbunden. Beispielsweise kann im ersten Schritt auch ein Versteifungselement bereitgestellt werden. Im zweiten Schritt wird das Versteifungselement in das Kautschukmaterial eingebettet. Alternativ oder zusätzlich kann im ersten Schritt der Endlos-Faltenbalg auch mit einem Mittelrohr oder Ring bereitgestellt werden, wobei im zweiten Schritt das Mittelrohr oder der Ring beispielsweise fest mit dem Kautschukmaterial verbunden werden kann.
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Bei weiteren Ausführungsformen ist das Filtermedium gefaltet. In Ausführungsformen ist das Filtermedium als Faltenbalg aus einer zickzackförmig gefalteten Filtermedienbahn ausgestaltet. Das Filtermedium ist insbesondere so angeordnet, dass der Faltenbalg sternförmig ausgebildet ist. Insbesondere bildet das Filtermedium einen geschlossenen Ring. Alternativ kann das Filtermedium auch ungefaltet und somit glatt sein.
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Das Filterelement findet vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwegen, Baufahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen bzw. Luftfahrzeugen Anwendung. Das Filterelement kann beispielsweise ein Ölfilter, ein Kraftstofffilter oder dergleichen sein.
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Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug mit einem Filterelement, wie vorstehend beschrieben, oder einer Filteranordnung, wie vorstehend beschrieben, vorgeschlagen.
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Alle Ausführungsformen und Merkmale des Filterelements gelten für die Filteranordnung, für das Kraftfahrzeug und für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale oder Verfahrensschritte. Dabei wird der Fachmann auch einzelne Aspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigt dabei:
- 1: eine perspektivische Schnittdarstellung einer Filteranordnung;
- 2: Ausschnitt A aus 1;
- 3: eine perspektivische Schnittdarstellung eines Filterelements gemäß 1;
- 4: eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Filterelements;
- 5: eine Filteranordnung mit dem Filterelement gemäß 4;
- 6: eine schematische Schnittdarstellung eines Filterelements gemäß 1;
- 7: eine schematische Schnittdarstellung einer Filteranordnung mit einem Filterelement gemäß 6; und
- 8: die Filteranordnung aus 7 mit einem Ring.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung einer Filteranordnung 1. Die Filteranordnung 1 umfasst ein Filterelement 2 und ein Filtergehäuse 3. Dabei ist das Filterelement 2 in das Filtergehäuse 3 mit Hilfe einer Steckverbindung verbunden. Das Filterelement 2 ist zum Beispiel geeignet, Wasser, Luft, Harnstofflösung, Öl oder Kraftstoff, wie Dieselkraftstoff, Kerosin oder Benzin zu filtern. Insbesondere findet das Filterelement 2 in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwägen, Baufahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen oder Luftfahrzeugen Anwendung. Weiterhin kann das Filterelement 2 auch in Gebäuden Anwendung finden. Beispielsweise kann das Filterelement 2 ein Luftfilter, ein Ölfilter, ein Kraftstofffilter, ein Wasserfilter oder dergleichen sein.
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Die Filteranordnung 1 ist dazu eingerichtet, Rohfluid zu filtern, so dass anschließend ein Reinfluid vorliegt. Das Rohfluid strömt dabei die Filteranordnung 1 von einer Rohseite RO an, wobei durch den Filterprozess ein Reinfluid entsteht, welches an einer Reinseite RE die Filteranordnung 1 verlässt. Beispielsweise können zwei Reinseiten RE vorliegen. Beispielsweise strömt das Rohfluid die Filteranordnung 1 radial an, wobei das Ausströmen des Reinfluids axial erfolgt.
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Das Filterelement 2 umfasst ein Filtermedium 4, welches um einen Innenraum 5 des Filtermediums 4 zu einem Endlos-Faltenbalg geformt ist. Das Filtermedium 4 ist um eine Längsachse geformt, wobei die Längsachse sich in ein Längsrichtung Z erstreckt. Radial ist vorliegend auf Richtungen R bezogen, die senkrecht zur Längsrichtung Z verlaufen.
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2 zeigt einen Ausschnitt A aus 1. Das Filtergehäuse 3 weist einen Anschlussstutzen 6 auf, welcher in den Innenraum 5 des Filtermediums 4 hineinragt. Das Filterelement 2 umfasst eine Endscheibe 7, die eine Stirnseite 8 des Endlos-Faltenbalgs 4 bedeckt. Die Endscheibe 7 umfasst einen Kautschukabschnitt 9 und einen Vliesring 10, welcher einen fest mit dem Kautschukabschnitt 9 verbundenen Außenabschnitt 11 und einen Innenabschnitt 12 umfasst. Dabei ist der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10 derart zum Innenraum 5 des Filtermediums 4 hin geklappt, dass dieser zwischen dem Anschlussstutzen 6 und dem Filtermedium 4 angeordnet ist. Mit Hilfe einer Verpressung des Innenabschnitts 12 wird eine zuverlässige Dichtfläche 28 zwischen dem Vliesring 10 und dem Anschlussstutzen 6 ausgebildet.
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3 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines Filterelements 2 gemäß 1. Dabei ist in dieser Darstellung das Filterelement 2 nicht mit dem Filtergehäuse 3 verbunden. In diesem Zustand ist der Vliesring 10 nicht deformiert, wobei der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10 als freier Abschnitt vorliegt. Der Innenabschnitt 12 ist in Richtung zu dem Innenraum 5 verformbar. Verformt wird der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10, wenn der Anschlussstutzen 6 des Filtergehäuses 3 in den Innenraum 5 gesteckt wird. Dies kann dann als Steckverbindung angesehen werden. Beispielsweise entsteht dabei eine Pressverbindung zwischen dem Filterelement 2 und dem Filtergehäuse 3. Die Endscheibe 7 weist ein Versteifungselement 13 auf, welches den Kautschukabschnitt 9 umschließt. Das Versteifungselement 13 weist einen radialen Abschnitt 14, der in eine Ausnehmung 16 des Kautschukabschnitts 9 radial eingreift, und einen axialen Abschnitt 15, der an den radialen Abschnitt 14 angeformt ist und sich in Längsrichtung Z des Filterelements 2 erstreckt, auf.
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Der Kautschukabschnitt 9 weist einen Taschenabschnitt 17 auf, in den der Vliesring 10 zumindest teilweise eingebettet ist. Der Vliesring 10 weist eine Stärke D auf. Die Stärke D kann auch als Dicke des Vliesrings 10 bezeichnet werden. Beispielsweise korrespondiert eine Tiefe des Taschenabschnitts 17 mit der Stärke D des Vliesrings 10. Der Vliesring 10 kann dabei von dem vulkanisierten Kautschukmaterial 9 zumindest teilweise umschäumt sein. Während des Vulkanisationsprozesses passt sich das Kautschukmaterial 9 anderen Elementen der Endscheibe 7, wie beispielsweise dem Vliesring 10 und/oder dem Versteifungselement 13, an. Dabei wird die Ausnehmung 16 und/oder der Taschenabschnitt 17 ausgebildet. Vorzugsweise sind nach dem Vulkanisationsprozess das Kautschukmaterial 9 mit dem Vliesring 10 und/oder dem Versteifungselement 13 fest verbunden.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Filterelements 2. Im Unterscheid zu 3 ist kein Versteifungselement 13 vorgesehen. Weiterhin weist das Kautschukmaterial 9 keinen Taschenabschnitt für den Vliesring 10 auf.
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Die Endscheibe 7 weist eine Öffnung 18 zu dem Innenraum 5 auf. Der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10 reicht in die Öffnung 18, so dass der Innenabschnitt 12 übersteht. Somit liegt der Innenabschnitt 12 als freier Abschnitt vor, der zu dem Innenraum 5 hin verformbar ist. Ein Innendurchmesser d2 des Vliesrings 10 ist kleiner als ein Durchmesser d1 der Öffnung 18.
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5 zeigt eine Filteranordnung 1 mit einem Filterelement 2 gemäß 4. Das Filtergehäuse 3 umfasst einen Wandabschnitt 19, der gegenüber der Endscheibe 7 angeordnet ist und ein Bypass-Ventil 20 umfasst. Der Anschlussstutzen 6 ist an den Wandabschnitt 19 angeformt, wobei der Wandabschnitt 19 außenseitig zumindest eine Erhebung 21 aufweist, die einen äußeren Randbereich 22 der Endscheibe 7 berührt, so dass ein Ringraum 23 zwischen der Endscheibe 7, dem Wandabschnitt 19 und dem Anschlussstutzen 6 eingeschlossen ist. Der Wandabschnitt 19 geht in einen Gehäuseabschnitt 24 über, der sich in Längsrichtung Z erstreckt und das Filterelement 2 umschließt. In diesem Fall wird der äußere Randbereich 22 durch eine Fläche des Kautschukabschnitts 9 gebildet.
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Die Filteranordnung 1 ist dazu eingerichtet, dass bei geöffnetem Bypass-Ventil 20 das Fluid durch den Ringraum 23 zum Bypass-Ventil 20 strömt und anschließend ungefiltert die Filteranordnung 2 verlässt.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Filterelements 2 gemäß 3. Das Filterelement 2 weist ein Mittelrohr 25 zum Stabilisieren des Endlos-Faltenbalgs 4, welches innerhalb des Innenraums 5 des Filtermediums 4 angeordnet ist und sich in Längsrichtung Z des Filterelements 2 erstreckt, auf. Dabei bildet eine Stirnseite 26 des Mittelrohrs 25 eine Kontaktfläche zu dem Vliesring 10 aus. Somit ist der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10 um das Mittelrohr 25 biegbar. Eine derartige Verformbarkeit kann beispielsweise auch als Klappbarkeit bezeichnet werden. Die Endscheibe 7 bildet eine im Wesentlichen bündige Stirnfläche 27 aus. Vorzugsweise ist das Mittelrohr 25 mit dem Kautschukabschnitt 9 fest verbunden. Beispielsweise entsteht beim Ausvulkanisieren des Kautschukabschnitts 9 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kautschukabschnitt 9 und dem Mittelrohr 25. Der Endlos-Faltenbalg 4, das Versteifungselement 13, der Vliesring 10, das Mittelrohr 25 und der Kautschukabschnitt 9 werden beispielsweise in einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Vulkanisationsprozess, miteinander fest verbunden. Dabei passt sich die Geometrie des Kautschukabschnitts 9 an den Vliesring 10, das Versteifungselement 13 und das Mittelrohr 25 an, so dass entsprechende Fügeflächen gebildet werden.
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7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Filteranordnung 1 mit einem Filterelement 2 gemäß 6. Der äußere Randbereich 22 der Endscheibe 7, der auf der Erhebung 21 des Wandabschnitts 19 aufliegt, wird durch eine Oberfläche des Versteifungselements 13 gebildet. Somit erfolgt eine effektive Stützung des Filterelements 2 mit Hilfe des Versteifungselements 13. Das Versteifungselement 13 kann dabei großflächig an den Kautschukabschnitt 9 und/oder den Endlos-Faltenbalg 4 angebunden sein. Weiterhin ist der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10 zwischen dem Anschlussstutzen 6 und dem Mittelrohr 25 angeordnet und verdichtet, so dass eine zuverlässige Dichtfläche 28 zwischen dem Anschlussstutzen 6 und dem Vliesring 10 verwirklicht ist. Dabei weist der Innenabschnitt 12 des Vliesrings 10 in einem Ausgangszustand eine Stärke D von 1,5 bis 2,5 mm und in einem verpressten Zustand eine Stärke D' von 0,5 bis 1,5 mm auf. Beispielsweise schwindet die Stärke D beim Verpressen des Vliesrings um 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,2 bis 0,7 mm. Das Verwenden eines Mittelrohrs 25 hat den Vorteil, dass Druckkräfte nicht direkt ins Filtermedium 4 eingeleitet werden.
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Weiterhin gelten alle vorstehend erläuterten Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele des Filterelements 2 und des Filtergehäuses 3 für die Filteranordnung 1 entsprechend.
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Im Unterschied zu 7 zeigt 8 die Filteranordnung 1 mit einem Ring 29 anstelle des Rohrs 25. Der Ring 29 ist in der Öffnung 18 angeordnet und begrenzt einen Zugang zu der Öffnung 18. Da der Ring 29 aus einem formstabilen Material ausgebildet ist, wird die Endscheibe 7 stabilisiert. In Analogie zu dem Mittelrohr 25 (aus 7), wird der Innenabschnitt 12 zwischen dem Ring 29 und dem Anschlussstutzen 6 verpresst, was eine zuverlässige Dichtwirkung gewährleistet. Eine Stirnseite 30 des Rings 29 bildet eine Kontaktfläche zu dem Vliesring 10 aus.
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Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifiziert. Eine der Endscheiben kann auch als geschlossene Endscheide vorliegen. Ein kautschukähnliches Material, dass sich analog zu dem Kautschukmaterial, insbesondere bei der Herstellung des Filterelements, verhält, wird auch als Kautschukmaterial gesehen. Es ist auch denkbar, dass anstelle des Kautschukbereichs ein Endscheibenmaterial verwendet wird, das gespritzt oder gegossen ist. Zum Beispiel kann ein thermoplastisches Material als Endscheibe geformt werden und mit einem Vliesring zur radialen Abdichtung nach innen versehen werden. Ein schließt vorliegend keine Vielzahl aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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