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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung, insbesondere eine Luftfilteranordnung
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2010 047 491 A1 beschreibt eine Filteranordnung mit einem Filtergehäuse, einem in dem Filtergehäuse aufgenommenen Filterelement und einem Deckel mit Verspannschwertern zum Verspannen des Filterelements in dem Filtergehäuse. Das Filterelement umfasst zwei an einem Rahmen desselben vorgesehene Kontaktflächen und die Verspannschwerter umfassen hierzu korrespondierende Verspannflächen. Während der Montage, insbesondere vor Erreichen einer Endposition des Deckels, in welcher das Filterelement in dem Filtergehäuse verspannt wird, sind alle zu einer Dichtfläche parallelen Abschnitte der Kontaktflächen schon in flächigem Kontakt, weswegen bei der Montage des Deckels über eine gewisse Strecke Reibkräfte aufzubringen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Filteranordnung zur Verfügung zu stellen.
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Demgemäß wird eine Filteranordnung, insbesondere eine Luftfilteranordnung, vorgeschlagen. Die Filteranordnung umfasst ein Filtergehäuse, ein in dem Filtergehäuse aufnehmbares Filterelement und zumindest ein Verspannelement zum Verspannen des Filterelements in dem Filtergehäuse derart, dass das Filterelement in einer Endposition des zumindest einen Verspannelements an eine Dichtfläche des Filtergehäuses angedrückt ist, wobei das Filterelement eine Kontaktfläche und das zumindest eine Verspannelement eine Verspannfläche aufweist, wobei beim Hineinverlagern des zumindest einen Verspannelements in das Filtergehäuse von einer Ausgangsposition in die Endposition das Filterelement mit Hilfe eines Abgleitens der Verspannfläche auf der Kontaktfläche in einer Dichtrichtung auf die Dichtfläche zu verlagerbar ist und wobei in der Endposition eine Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche mit Hilfe von zumindest einem schrägen Abschnitt der Verspannfläche auf zumindest einen schrägen Abschnitt der Kontaktfläche übertragbar ist.
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Vorzugsweise ist in der Endposition die Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche mit Hilfe von mehreren schrägen Abschnitten der Verspannfläche gleichzeitig auf mehrere schräge Abschnitte der Kontaktfläche übertragbar. Insbesondere sind die schrägen Abschnitte in der Endposition in flächigem Kontakt, d. h., sie berühren sich vorzugsweise vollflächig. Vorzugsweise sind jeweils genau ein, zwei oder drei schräge Abschnitte vorgesehen. Der oder die schrägen Abschnitte sind bevorzugt symmetrisch zur Mitte des Filterelements angeordnet. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem jeweils genau ein schräger Abschnitt vorgesehen ist, dieser in Bezug zum Filterelement mittig angeordnet. Das Verspannelement kann auch als Verspannschwert bezeichnet werden. Das Hineinverlagern kann auch als Hineinschieben bezeichnet werden.
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Die Filteranordnung und insbesondere das Filterelement sind vorzugsweise dazu eingerichtet, Fluide, wie beispielsweise Luft oder andere Gase, Flüssigkeiten, insbesondere flüssige Betriebsmittel eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie Öl, Wasser, Diesel, Benzin, Kerosin oder Harnstofflösung zu filtern. Insbesondere ist das Filterelement ein Luftfilterelement. Die Filteranordnung kann Anwendung in Kraftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baumaschinen, Luftfahrzeugen oder dergleichen finden. Ferner kann die Filteranordnung auch bei immobilen Anwendungen, wie beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden. Das Filterelement kann ein gefaltetes Filtermedium umfassen.
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Der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche bzw. der zumindest eine schräge Abschnitt der Kontaktfläche ist vorzugsweise relativ zu der Dichtfläche des Filtergehäuses oder zu einer Montagerichtung des zumindest einen Verspannelements geneigt. Insbesondere sind der zumindest eine schräge Abschnitt der Kontaktfläche und der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche jeweils in einem vorbestimmten, insbesondere in einem gleichen, Winkel zu der Dichtfläche geneigt. Dies bedeutet, dass der zumindest eine schräge Abschnitt der Kontaktfläche und der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche bevorzugt im montierten Zustand parallel zueinander angeordnet sind. Die Montagerichtung ist vorzugsweise parallel zu der Dichtfläche orientiert. Sowohl die Verspannfläche als auch die Kontaktfläche weisen vorzugsweise auch im Wesentlichen gerade Abschnitte auf, die im Wesentlichen parallel zu der Dichtfläche oder zu der Montagerichtung angeordnet sein können.
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Dadurch, dass die Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche in der Endposition insbesondere im Wesentlichen oder ausschließlich über die schrägen Abschnitte übertragen wird, wird eine Montagekraft zum Montieren und insbesondere beim Demontieren des zumindest einen Verspannelements reduziert. Eine Flächenpressung zwischen der Kontaktfläche und der Verspannfläche ist hierdurch sehr gering. Zum Lösen des zumindest einen Verspannelements sind nur geringe Wege und geringe Montagekräfte erforderlich. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, dass der Demontageweg, bei welchem Reibung überwunden werden muss, verhältnismäßig kurz ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die in Kontakt stehenden Flächen, insbesondere die Verspannflächen und die Kontaktflächen, schnell außer Eingriff bringbar sind. Gleiches gilt naturgemäß analog in anderer Richtung auch für den Montagevorgang. Dies erleichtert das Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche. Insbesondere sind die Kontaktfläche und die Verspannfläche einander zugewandt.
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In Ausführungsformen ist die Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche ausschließlich mit Hilfe des zumindest einen schrägen Abschnitts der Verspannfläche auf den zumindest einen schrägen Abschnitt der Kontaktfläche übertragbar. Die schrägen Abschnitte können auch als geneigte Abschnitte bezeichnet werden. Die Kontaktfläche und die Verspannfläche können jeweils auch ebene und/oder gerade Abschnitte aufweisen, die sich jedoch zumindest in der Endposition vorzugsweise nicht berühren. Zwischen den geraden Abschnitten können in der Endposition jeweils Spalte vorgesehen sein. Dadurch, dass sich die geraden Abschnitte nicht berühren und daher auch keine Reibung zwischen diesen stattfindet, werden gegen Ende des Einschiebevorgangs bzw. bei dem Herausziehen des zumindest einen Verspannelements die Montagekräfte bzw. die Demontagekräfte weiter reduziert. Alternativ können die geraden Abschnitte auch so gestaltet werden, dass in der Endposition zusätzlich über diese die Kraft zum Andrücken des Filterelements übertragen werden kann.
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In Ausführungsformen weist die Verspannfläche einen ersten schrägen Abschnitt, einen zweiten schrägen Abschnitt und einen zwischen den schrägen Abschnitten angeordneten geraden Abschnitt auf. Insbesondere weist die Verspannfläche einen ersten schrägen Abschnitt, einen zweiten schrägen Abschnitt und einen zwischen den schrägen Abschnitten angeordneten, die schrägen Abschnitte verbindenden, geraden, gekrümmten oder andersartig geformten Abschnitt auf. Sofern dieser vorgenannte Abschnitt zumindest im Wesentlichen gerade ausgestaltet ist, ist er vorzugsweise parallel zur Dichtfläche angeordnet. Die Verspannfläche weist vorzugsweise entgegen einer Montagerichtung orientiert einen dem ersten schrägen Abschnitt vorgelagerten ersten geraden Abschnitt und einen zwischen den schrägen Abschnitten angeordneten zweiten geraden Abschnitt auf. Zwischen dem ersten geraden Abschnitt und dem ersten schrägen Abschnitt kann ein senkrecht zu dem ersten geraden Abschnitt angeordneter erster senkrechter Abschnitt vorgesehen sein. Zwischen dem zweiten geraden Abschnitt und dem zweiten schrägen Abschnitt kann ein senkrecht zu dem zweiten geraden Abschnitt angeordneter zweiter senkrechter Abschnitt vorgesehen sein.
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In Ausführungsformen ist der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche in einem vorbestimmten Winkel zu einer Montagerichtung des zumindest einen Verspannelements positioniert. Die Montagerichtung ist vorzugsweise parallel zu einer der Verspannfläche abgewandten Stützfläche des zumindest einen Verspannelements angeordnet. Insbesondere ist der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche auch in dem vorbestimmten Winkel zu der Dichtfläche des Filtergehäuses positioniert. Der vorbestimmte Winkel kann beispielsweise 5° bis 20° betragen. Jeder schräge Abschnitt kann einen diesem zugeordneten vorbestimmten Winkel aufweisen. Die schrägen Abschnitte der Kontaktfläche können jeweils denselben vorbestimmten Winkel aufweisen wie die diesen zugeordneten schrägen Abschnitte der Verspannfläche.
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In Ausführungsformen weist der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche in der Montagerichtung eine negative Steigung auf. Dies bedeutet, dass der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche und die der Verspannfläche abgewandte Stützfläche eine Keilform bilden, die in Montagerichtung spitz zuläuft. Alternativ kann der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche in der Montagerichtung eine positive Steigung aufweisen.
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In Ausführungsformen sinkt ein Höhenprofil der Verspannfläche in der Montagerichtung ab. D. h., eine Höhe der Verspannfläche reduziert sich im Verlauf der Montagerichtung.
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In Ausführungsformen steigt ein Höhenprofil der Kontaktfläche in der Montagerichtung an. D. h., eine Höhe der Kontaktfläche vergrößert sich im Verlauf der Montagerichtung. Das Höhenprofil der Verspannfläche verläuft vorzugsweise gegensätzlich dem Höhenprofil der Kontaktfläche. Hierdurch kann beim aufeinander Abgleiten der Kontaktfläche und der Verspannfläche eine Bewegung des Filterelements in der Dichtrichtung verwirklicht werden.
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In Ausführungsformen besteht bei dem Hineinverlagern des zumindest einen Verspannelements in das Filtergehäuse von der Ausgangsposition in die Endposition zumindest und bevorzugt ausschließlich in der Ausgangsposition und/oder in Zwischenpositionen nur ein Linienkontakt zwischen der Kontaktfläche und der Verspannfläche. Beispielsweise kontaktiert zumindest eine Kante der Kontaktfläche zumindest einen der schrägen Abschnitte der Verspannfläche oder umgekehrt. Hierdurch ist während des Hineinverlagerns und/oder Hineinschiebens bevorzugt ausschließlich eine Linienberührung gewährleistet, wodurch die Montagekräfte und die Demontagekräfte währenddessen gering gehalten werden können. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da während des Hineinverlagerns und/oder Hineinschiebens noch keine großen Zuspannkräfte benötigt und bevorzugt auch nicht ausgeübt werden. Weiter bevorzugt findet jedoch in der Endposition und kurz vor Erreichen der Endposition wiederum ein flächiger Kontakt zwischen den schrägen Abschnitten der Kontaktfläche und der Verspannfläche statt. Hierdurch kann in der Endposition ein zuverlässiger Kraftschluss und damit zuverlässige Halterung des Filterelements und eine zuverlässige Verpressung des Dichtelements gewährleistet werden. In dieser Position können aufgrund des flächigen Kontaktes dann auch die in Endposition insbesondere zur Verpressung der Dichtung nötigen, größeren Zuspannkräfte übertragen werden.
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In Ausführungsformen weist das Filterelement ein Dichtelement auf, das in der Endposition zwischen einem Rahmen des Filterelements und der Dichtfläche verpresst ist und wobei das Dichtelement eine Shore A-Härte von 22 bis 55, bevorzugt von 27 bis 41, weiter bevorzugt von 32 bis 39, weiter bevorzugt von 34 bis 37, aufweist. Dadurch, dass das Dichtelement eine insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik geringe Shore A-Härte aufweist, werden die Montagekräfte beim Verpressen des Dichtelements nochmals reduziert. Das Dichtelement kann beispielsweise aus einem aufgeschäumten Polyurethanwerkstoff gefertigt sein.
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In Ausführungsformen umfasst die Filteranordnung ferner einen Deckel, der zwei voneinander beabstandet angeordnete Verspannelemente aufweist. Der Deckel ist vorzugsweise ein Kunststoffspritzgussbauteil. Der Deckel kann beispielsweise mit Hilfe von Schnellverschlüssen fest mit dem Filtergehäuse verbunden werden. Die beiden Verspannelemente können unterschiedlich oder baugleich ausgeführt werden. Dadurch kann ein Schlüssel-Schloss-Prinzip verwirklicht werden, das den Einbau eines nicht passenden Filterelements in das Filtergehäuse verhindert.
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Weitere mögliche Implementierungen der Filteranordnung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Filteranordnung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Filteranordnung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Filteranordnung. Im Weiteren wird die Filteranordnung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Filterelements für die Filteranordnung gemäß 1;
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3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Filtergehäuses für die Filteranordnung gemäß 1;
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4 eine schematische Vorderansicht einer Ausführungsform eines Deckels für die Filteranordnung gemäß 1;
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5 eine vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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6 eine weitere vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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7 eine weitere vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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8 eine weitere vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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9 eine weitere vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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10 eine weitere vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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11 eine weitere vergrößerte schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1; und
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12 eine weitere schematische Seitenansicht der Filteranordnung gemäß 1.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt eine schematische, teilgeschnittene Seitenansicht einer Filteranordnung 1. Die Filteranordnung 1 umfasst eine Filteraufnahme oder ein Filtergehäuse 2, einen Filtereinsatz oder ein Filterelement 3 und einen Gehäusedeckel oder Deckel 4 zum Verschließen des Filtergehäuses 2. Das Filterelement 3 kann auch als Hauptfilterelement bezeichnet werden. Der Deckel 4 und das Filterelement 3 sind in einer Einbaurichtung oder Montagerichtung M in das Filtergehäuse 2 einschiebbar. Das Filtergehäuse 2 ist in 1 geschnitten dargestellt, so dass das Filterelement 3 sichtbar ist. In 1 ist der Deckel 4 in einem aus dem Filtergehäuse 2 teilweise herausgezogenen Zustand gezeigt.
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Das Filterelement 3 ist dazu eingerichtet, Fluide, wie beispielsweise Luft oder andere Gase, Flüssigkeiten, insbesondere flüssige Betriebsmittel eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie Öl, Wasser, Diesel, Benzin, Kerosin oder Harnstofflösung zu filtern. Insbesondere ist das Filterelement 3 ein Luftfilterelement. Das Filterelement 3 kann Anwendung in Kraftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baumaschinen, Luftfahrzeugen oder dergleichen finden. Ferner kann das Filterelement 3 auch bei immobilen Anwendungen, wie beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden.
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2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des Filterelements 3. Das Filterelement 3 umfasst eine auslassseitige Endfläche 5 mit einem Rahmen 6, welcher eine axial wirkende Dichtung oder ein axial wirkendes Dichtelement 7 trägt. Das Filterelement 3 ist aus zwei gefalteten, ringförmigen Filtermedienbälgen gebildet. Die Filtermedienbälge weisen jeweils einen ovalen Querschnitt mit zwei geraden oder nur schwach gekrümmten, sich parallel gegenüberliegenden Abschnitten auf. Ein kleinerer Filtermedienbalg ist in einem durch den größeren Filtermedienbalg umschlossenen Ringraum konzentrisch so angeordnet, dass zwischen den Filtermedienbälgen ein Strömungskanal für das durchströmende, zu filternde Medium gebildet wird. Alternativ sind auch Filterkörper aus ebenen, zickzackförmig gefalteten Filterbälgen denkbar, bei welchen die einlass- und auslassseitigen Faltkanten jeweils bevorzugt ebene, voneinander in Strömungsrichtung beabstandete Endflächen, insbesondere An- und Abströmflächen bilden. Ebenfalls denkbar sind Filterkörper mit einer Vielzahl von wechselseitig verschlossenen Kanälen einsetzbar, die durch abwechselnd aufeinander liegende Glatt- und Welllagen eines Filtermediums gebildet werden.
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Im Bereich der auslassseitigen Endfläche 5 des Filterelements 3 bildet der Strömungskanal eine Ausströmöffnung des Filterelements 3. An einer einlassseitigen Endfläche 8 sind die Filtermedienbälge dichtend miteinander verbunden. Ein Innenraum des kleineren Filtermedienbalgs ist im Bereich der auslassseitigen Endfläche 5 durch eine Endscheibe oder eine ähnliche Konstruktion dichtend verschlossen. Auf diese Weise wird der größere Filtermedienbalg von außen nach innen durchströmt und der innere Filtermedienbalg von innen nach außen. Am Filterelement 3 wird damit eine Umlenkung der Strömung erzielt, wobei die Strömung von einer durch die Verbindung der einlassseitigen Endfläche 5 mit der auslassseitigen Endfläche 8 definierten Hauptströmungsrichtung HR abweicht.
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Der Rahmen 6 umläuft im Bereich der auslassseitigen Endfläche 5 Seitenflächen 9, 10 des Filterelements 3, wobei der Rahmen 6 durch vier insbesondere zur Abstützung dienende Fortsätze entlang von gekrümmten Seitenflächen 9 oder geraden Seitenflächen 10 des Filterelements 3 einen insbesondere im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt bildet. Entlang der geraden Seitenflächen 10 des Filterelements 3 weist der Rahmen 6 jeweils eine Kontaktfläche 11 zum Verspannen des Filterelements 3 in dem Filtergehäuse 2 auf. D. h., es ist beidseitig des Filterelements 3 jeweils eine derartige Kontaktfläche 11 vorgesehen, wobei die Kontaktflächen 11 entgegen einer Dichtrichtung DR des Dichtelements 7 und entgegen der Hauptströmungsrichtung HR ausgerichtet sind. Die Dichtrichtung DR kann auch entgegen der Hauptströmungsrichtung HR orientiert sein.
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Die Kontaktflächen 11 weisen ein entlang der geraden Seitenflächen 10 verlaufendes Höhenprofil auf, wobei die Kontaktflächen 11 in einigen Bereichen des Höhenprofils eine Flächennormale aufweisen können, welche nicht parallel zur Hauptströmungsrichtung HR liegt, sondern mit dieser einen Winkel einschließt. In der gezeigten Ausführungsform des Filterelements 3 umfasst das Höhenprofil, wie in 1 gezeigt, ebene oder gerade Abschnitte 12 bis 14, insbesondere einen ersten geraden Abschnitt 12, einen zweiten geraden Abschnitt 13 und einen dritten geraden Abschnitt 14, welche parallel zur auslassseitigen Endfläche 5 verlaufen und ferner geneigte oder schräge Abschnitte 15 bis 17, insbesondere einen ersten schrägen Abschnitt 15, einen zweiten schrägen Abschnitt 16 und einen dritten schrägen Abschnitt 17, welche eine entlang der geraden Seitenflächen 10 in Montagerichtung M positive Steigung aufweisen, wobei die Höhe bzw. der Abstand der jeweiligen Kontaktfläche 11 zur auslassseitigen Endfläche 5 ansteigt. Die geraden Abschnitte 12 bis 14 sind von den schrägen Abschnitten 15, 16, 17 jeweils durch Kanten 18 bis 22, insbesondere eine erste Kante 18, eine zweite Kante 19, eine dritte Kante 20, eine vierte Kante 21 und eine fünfte Kante 22, voneinander getrennt.
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Die Montagerichtung M bildet damit eine Vorzugsrichtung, entlang welcher die Höhe der Kontaktflächen 11 überwiegend ansteigt. Von einem in Montagerichtung M liegenden Ende ausgehend sind an dem Rahmen 6 beidseitig Nuten 23 angeordnet, welche parallel zu einer durch das Dichtelement 7 aufgespannten Ebene zwischen der auslassseitigen Endfläche 5 und den Kontaktflächen 11 verlaufen. In die Nuten 23 kann eine gehäuseseitige Rippe als Feder eingreifen, wodurch die Gefahr eines Verkantens beim Einbau des Filterelements 3 verringert werden kann. An der auslassseitigen Endfläche 5 des Filterelements 3 bildet der Rahmen 6 eine Endscheibe 24, welche eine Stirnseite des größeren Filtermedienbalges überdeckt. Auf dieser Endscheibe 24 ist das axial wirkende Dichtelement 7 angeordnet, insbesondere fest mit der Endscheibe 24 verbunden, dessen Form eine Außenkontur des größeren Filtermedienbalgens abbildet. Innerhalb des Dichtelements 7 ist eine axial von der Endscheibe 24 abstehende, teilweise oder vollständig umlaufende Rippe 25 vorgesehen, welche in einem gleichbleibenden Abstand zu dem Dichtelement 7 um die Endscheibe 24 umläuft. Diese Rippe 25 dient als (De-)Montagehilfe bei Anordnungen, in welchen das Filterelements 3 überkopf montiert oder demontiert wird.
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An dem in Montagerichtung M liegenden Ende des Rahmens 6 ist die umlaufende Rippe 25 abgesenkt, an dem gegenüberliegende Ende ist die umlaufende Rippe 25 gegenüber der übrigen Rippe 25 erhöht. Dabei steht die Rippe 25 in den nicht abgesenkten Bereichen axial über das Dichtelement 7 über. Eine durch eine Berührungsfläche des Dichtelements 7 in einem unverformten Zustand des Dichtelements 7 definierte Ebene wird somit von der umlaufenden Rippe 25 geschnitten. Der Rahmen 6 kann an dem entgegen der Montagerichtung M liegenden Ende des Filterelements 3 zwei Führungsfortsätze 29 umfassen, welche entgegen der Hauptströmungsrichtung HR von der Endscheibe 24 hinweg verlaufen und einen größeren Abstand von den geraden Seitenflächen 10 bzw. deren gedachter Verlängerung haben als die umliegenden Bereiche des Rahmens 6.
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Die einlassseitigen Stirnseiten der Filtermedienbälge sind mittels einer Endscheibe 27 aus flexiblem Material, beispielsweise aus geschäumtem Polyurethan, dichtend miteinander verbunden, wobei die Stirnseiten vollständig fluiddicht verschlossen sind. Die Endscheibe 27 weist im Bereich der Seitenflächen 9, 10 einstückig ausgeformte Abstandshalternoppen 28 auf, welche für eine flexible, schwingungsfeste Abstützung des Filterelements 3 in dem Filtergehäuse 2 sorgen können. Ferner umfasst der Rahmen 6 in Montagerichtung M liegende Führungsfortsätze 29.
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3 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des Filtergehäuses 2. In einem oberen Bereich weist das Filtergehäuses 2 eine Montageöffnung 30 auf, durch welche das Filterelement 3 in Montagerichtung M von oben nach unten eingeschoben werden kann. Die in 3 gezeigte Montageöffnung 30 ist durch den in 1 und 4 gezeigten Deckel 4 verschließbar. In dem Filtergehäuse 2 sind zwei einander gegenüberliegende Ausbuchtungen 31 vorgesehen, in welche mit dem Deckel 4 vorzugsweise einteilig verbundene Verspannelemente 32 eintauchen. D. h., die Verspannelemente 32 werden in der Montagerichtung M in das Filtergehäuse 2 eingeführt. Wie 4 zeigt, weist der Deckel 4 einen Basisabschnitt 33 auf, aus dem sich seitlich zwei Verspannelemente 32 herauserstrecken. Die Verspannelemente 32 können als Verspannschwerter bezeichnet werden. Der Basisabschnitt 33 ist dazu eingerichtet, die Montageöffnung 30 des Filtergehäuses 2 zu verschließen. Der Deckel 4 und das Filtergehäuse 2 können Kunststoffspritzgussbauteile sein. Hierdurch sind sie in großen Stückzahlen kostengünstig herstellbar.
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Die Verspannelemente 32 weisen, wie in 5 gezeigt, jeweils eine Verspannfläche 34 auf, welche jeweils ein Höhenprofil aufweist, welches mit dem jeweiligen Höhenprofil der korrespondierenden Kontaktfläche 11 des Filterelements 3 zumindest teilweise in Formschluss bringbar sind, wobei die korrespondierenden Höhenprofile jeweils zueinander eine Gegenform bilden. Jede Verspannfläche 34 weist ebene oder gerade Abschnitte 35, 36, die in der Montagerichtung M verlaufen und geneigte oder schräge Abschnitte 37, 38 auf, die schräg zu den geraden Abschnitten 35, 36 verlaufen. Die schrägen Abschnitte 37, 38 weisen eine entlang der Verspannelemente 32 in Montagerichtung M negative Steigung auf, wobei die Höhe bzw. der Abstand der jeweiligen Verspannfläche 34 zur auslassseitigen Endfläche 5 hin absinkt. Unter einer negativen Steigung ist zu verstehen, dass die schrägen Abschnitte 37, 38 in Richtung der Montagerichtung M so orientiert sind, dass die Höhe bzw. der Abstand der jeweiligen Verspannfläche 34 zur auslassseitigen Endfläche 5 hin absinkt. Die geraden Abschnitte 35, 36 und die schrägen Abschnitte 37, 38 wechseln sich ab, wobei zwischen einem ersten geraden Abschnitt 35 und einem ersten schrägen Abschnitt 37 ein erster senkrechter Abschnitt 39 und zwischen einem zweiten geraden Abschnitt 36 und einem zweiten schrägen Abschnitt 38 ein zweiter senkrechter Abschnitt 40 vorgesehen ist. Die senkrechten Abschnitte 39, 40 sind senkrecht zu den geraden Abschnitten 35, 36 bzw. senkrecht zu der Montagerichtung M orientiert. Zwischen dem ersten geraden Abschnitt 35 und dem ersten senkrechten Abschnitt 39 ist eine erste Kante 41, zwischen dem ersten senkrechten Abschnitt 39 und dem ersten schrägen Abschnitt 37 ist eine zweite Kante 42, zwischen dem ersten schrägen Abschnitt 37 und dem zweiten geraden Abschnitt 36 ist eine dritte Kante 43, zwischen dem zweiten geraden Abschnitt 36 und dem zweiten senkrechten Abschnitt 40 ist eine vierte Kante 44 und zwischen dem zweiten senkrechten Abschnitt 40 und dem zweiten schrägen Abschnitt 38 ist eine fünfte Kante 45 vorgesehen.
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Nun zurückkehrend zu 3 ist die Montageöffnung 30 des Filtergehäuses 2 einlassseitig durch einen Steg 46 begrenzt, an welchen das Filterelement 3 anschlägt, wenn es innerhalb des Filtergehäuses 2 gekippt wird, wobei es insbesondere an einer vom Steg 46 in eine vorderseitige Öffnung 47 des Filtergehäuses 2 hinein stehende Abkipprippe 48 anschlagen kann. Hierdurch wird verhindert, dass das Filterelement 3 beim Herausnehmen aus dem Filtergehäuse 2 an dem Steg 46 hängen bleiben kann. Die Ausbuchtungen 31 sind auf einer Dichtfläche 49 des Filtergehäuses 2 gegenüber liegenden Seite mit ebenen Stützflächen 50 versehen, auf welchen sich die Verspannelemente 32 mit ebenen, korrespondierenden Stützflächen 51 (5) abstützen können. Die Stützflächen 51 der Verspannelemente 32 sind den Verspannflächen 34 abgewandt positioniert. Die Stützflächen 51 verlaufen bevorzugt im Wesentlichen in der Montagerichtung M.
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In einem an die Dichtfläche 49 anschließenden Innenraumbereich des Filtergehäuses 2 ist die Montageöffnung 30 nach unten, d. h., in Montagerichtung M abgesenkt, um einen leichteren Einbau des Filterelements 3 in das Filtergehäuse 2 zu ermöglichen. In Hauptströmungsrichtung HR innerhalb der Dichtfläche 49 an diese anschließend befindet sich ein Montageraum 52 für ein nicht gezeigtes Sekundärfilterelement. Eine Öffnung des Montageraums 52 ist in ihrer Geometrie so ausgeführt, dass sie die umlaufende Rippe 25 des Filterelements 3 aufnehmen kann und diese mit einem Spalt von insbesondere 1 bis 5 mm Breite umschließt. Im Falle einer Überkopfanordnung wird so ein lose eingeschobenes, noch nicht verspanntes Filterelement 3 am Herausfallen aus der Montageöffnung 30 gehindert. Im Anschluss an den Montageraum 52 befindet sich ein, insbesondere als Reinluftstutzen ausgebildeter, Reinfluidauslass 53 des Filtergehäuses 2.
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Die Funktionalität der Filteranordnung 1 wird im Folgenden erläutert. 1 und 5 zeigen den Deckel 4 vor dem Einschieben in das Filtergehäuse 2. Das Filterelement 3 ist noch unverspannt in dem Filtergehäuse 2 aufgenommen. 1 und 5 zeigen also eine Ausgangsposition des Deckels 4 oder der Verspannelemente 32 bzw. des Filterelements 3. In der Ausgangsposition ist das Dichtelement 7 des Filterelements 3 noch nicht gegen die Dichtfläche 49 gepresst und insbesondere nicht in oder nur in losem Kontakt mit dieser. 6 bis 10 zeigen den Deckel 4 bei dem Einschieben in das Filtergehäuse 2, wobei der Deckel 4 in aufsteigender Reihenfolge der 6 bis 10 immer weiter in das Filtergehäuse 2 hineingeschoben ist. 6 bis 10 zeigen also jeweils Zwischenpositionen des Deckels 4, wobei die Anzahl der Zwischenpositionen beliebig ist. 11 und 12 zeigen den Deckel 4 bzw. die Verspannelemente 32 in einer Endposition, in der der Deckel 4 bzw. die Verspannelemente 32 vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschoben sind und das Filterelement 3 gegen die Dichtfläche 49 gepresst und somit in dem Filtergehäuse 2 verspannt ist. In der Endposition ist das Dichtelement 7 gegen die Dichtfläche 49 gepresst und das Dichtelement 7 ist komprimiert.
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Beim Einschieben des Filterelements 3 durch die Montageöffnung 30 des Filtergehäuses 2 tauchen an dem Filtergehäuse 2 vorgesehene gehäuseseitige Rippen mit Toleranz in die Nuten 23 des Rahmens 6 des Filterelements 3 ein. Beim Einschieben des Filterelements 3 in das Filtergehäuse 2 wird zu Beginn des Einschiebevorgangs das Dichtelement 7 von der Dichtfläche 49 auf Abstand gehalten, indem die umlaufende Rippe 25 im oberen Bereich der Dichtfläche 49 auf dieser aufliegt. Beim weiteren Einschieben des Deckels 4 wird der Bewegungsspielraum, den das Filterelement 3 hat eingeschränkt, um ein Verkanten des Filterelements 3 zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass die in Montagerichtung M liegenden Führungsfortsätze 29 am Rahmen 6 auf mindestens eine Führungsschräge treffen, welche das Filterelement 3 beim weiteren Einschieben in das Filtergehäuse 2 kurz vor Schluss des Einschiebevorgangs in Richtung der Dichtfläche 49 verschiebt.
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Anschließend tauchen die gehäuseseitigen Rippen in die Nuten 23 des Rahmens 6 ein, wobei einerseits die Bewegungsfreiheit des Filterelements 3 so weit eingeschränkt wird, dass die Wahrscheinlichkeit eines Verkantens des Filterelements 3 im Filtergehäuse 2 reduziert wird, aber andererseits noch ausreichender Spielraum vorhanden ist, um das Dichtelement 7 nicht vorzeitig an die Dichtfläche 49 zu pressen, wodurch die Gefahr eines Umklappens oder Verkantens des Dichtelements 7 vermindert wird. Am Schluss des Einschiebevorgangs greift der erhöhte Teil der umlaufenden Rippe 25 in den Montageraum 52 des Sekundärfilterelements ein und verhindert so ein Herausfallen des Filterelements 3 bei Überkopfmontage, bevor der Deckel 4 montiert ist.
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Nach der Vorpositionierung des Filterelements 3 kann der Deckel 4 montiert werden, wobei die Verspannelemente 32 zunächst insbesondere unter leicht reibendem Kontakt von den Führungsfortsätzen 26 des Filterelements 3 geführt werden, wodurch vorteilhaft erreicht werden kann, dass die Führungsfortsätze 26 als Bremse für den Deckel 4 bei Überkopfarbeiten dienen können. Hierdurch wird die Gefahr eines Verkantens der Verspannelemente 32 reduziert. Bei dem Einschieben des Deckels 4 in das Filtergehäuse 2 wird das Dichtelement 7 verpresst, indem sich die Stützflächen 51 der Verspannelemente 32 an den Stützflächen 50 des Filtergehäuses 2 abstützen und die Kontaktflächen 11 des Filterelements 3 an den Verspannflächen 34 der Verspannelemente 32 abstützen. Sobald die Verspannflächen 34 der Verspannelemente 32 mit den Kontaktflächen 11 des Filterelements 3 in Kontakt kommen, wird das Filterelement 3 in Richtung der Dichtfläche 49, also in der Hauptströmungsrichtung HR oder in der Dichtrichtung DR, verschoben und das Dichtelement 7 auf der Dichtfläche 49 verpresst, wodurch eine Rohseite des Filterelements 3 dichtend von einer Reinseite desselben getrennt wird. Das Dichtelement 7 weist vorzugsweise eine Shore A-Härte von 22 bis 55, bevorzugt von 27 bis 41, weiter bevorzugt von 32 bis 39, weiter bevorzugt von 34 bis 37, auf. Hierdurch ist das Dichtelement 7 im Vergleich zu bekannten Dichtelementen leichter komprimierbar oder verpressbar.
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Wie 5 bis 7 zeigen, kontaktiert in der gezeigten Ausführungsform aufgrund der geometrischen Verhältnisse beim Einschieben des Deckels 4 auf das Filtergehäuse 2 zunächst nur die jeweilige dritte Kante 20 der Kontaktflächen 11 des Rahmens 6 des Filterelements 3 den ersten schrägen Abschnitt 37 der Verspannflächen 34 der Verspannelemente 32. D. h., es findet zunächst nur ein Linienkontakt zwischen den Kontaktflächen 11 und den Verspannflächen 34 statt.
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Beim weiteren Einschieben des Deckels 4 in das Filtergehäuse 2 kontaktiert, wie in 8 und 9 gezeigt, der jeweilige erste schräge Abschnitt 15 der Kontaktflächen 11 des Rahmens 6 nur den ersten schrägen Abschnitt 37 der Verspannflächen 34 der Verspannelemente 32. D. h., es findet ein flächiger Kontakt zwischen den Kontaktflächen 11 und den Verspannflächen 34 statt. Vorzugsweise findet insbesondere und bevorzugt ausschließlich in der Endposition außer zwischen den schrägen Abschnitten 15, 37 kein Kontakt zwischen den Kontaktflächen 11 und den Verspannflächen 34 statt.
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Beim weiteren Einschieben des Deckels 4 in das Filtergehäuse 2 kann, wie in 10 gezeigt, zusätzlich zu dem flächigen Kontakt der schrägen Abschnitte 15, 37 je nach geometrischer Ausgestaltung des zweiten schrägen Abschnitts 16 der Kontaktflächen 11 und des zweiten schrägen Abschnitts 38 der Verspannflächen 34 auch zwischen den schrägen Abschnitten 16, 38 ein flächiger Kontakt vorliegen.
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11 und 12 zeigen den Deckel 4 in einem vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschobenen Zustand, d. h., in seiner Endposition. Dabei sind sowohl die ersten schrägen Abschnitte 15, 37 als auch die zweiten schrägen Abschnitte 16, 38 in flächigem Kontakt. Zwischen dem ersten geraden Abschnitt 12 der Kontaktflächen 11 und dem ersten geraden Abschnitt 35 der Verspannflächen 34 ist ein erster Spalt 54 und zwischen dem zweiten geraden Abschnitt 13 der Kontaktflächen 11 und dem zweiten geraden Abschnitt 36 der Verspannflächen 34 ist ein zweiter Spalt 55 vorgesehen. Hierdurch berühren sich die geraden Abschnitte 12, 35, 13, 36 in der Endposition des Deckels 4 nicht. In der Endposition kann der Deckel 4, beispielsweise mit Hilfe von Schnellverschlüssen, fest mit dem Filtergehäuse 2 verbunden werden.
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Dadurch, dass sich die geraden Abschnitte 12, 35, 13, 36 zumindest in der Endposition nicht berühren und daher auch keine Reibung zwischen diesen stattfindet, werden gegen Ende des Einschiebevorgangs bzw. bei dem Herausziehen des Deckels 4 die Montagekräfte bzw. die Demontagekräfte wesentlich reduziert. Eine Kraft zum Andrücken des Filterelements 3 gegen die Dichtfläche 49 und insbesondere zum Verpressen des Dichtelements 7 in der Endposition wird nur über die schrägen Abschnitte 15, 37, 16, 38 übertragen. Die Flächenpressung zwischen den Kontaktflächen 11 und den Verspannflächen 34 ist hierdurch sehr gering. Zum Einschieben und Lösen des Deckels 4 sind nur geringe Wege erforderlich. Dies erleichtert das Verpressen des Dichtelements 7. Zusätzlich können die geraden Abschnitte 12, 35, 13, 36 auch so gestaltet werden, dass in der Endposition zusätzlich über diese die Kraft zum Andrücken des Filterelements 3 und insbesondere zum Verpressen des Dichtelements 7 in der Endposition übertragen werden können. Dadurch, dass das Dichtelement 7 eine geringe Shore A-Härte aufweist, werden die Montagekräfte nochmals reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filteranordnung
- 2
- Filtergehäuse
- 3
- Filterelement
- 4
- Deckel
- 5
- Endfläche
- 6
- Rahmen
- 7
- Dichtelement
- 8
- Endfläche
- 9
- Seitenfläche
- 10
- Seitenfläche
- 11
- Kontaktfläche
- 12
- Abschnitt
- 13
- Abschnitt
- 14
- Abschnitt
- 15
- Abschnitt
- 16
- Abschnitt
- 17
- Abschnitt
- 18
- Kante
- 19
- Kante
- 20
- Kante
- 21
- Kante
- 22
- Kante
- 23
- Nut
- 24
- Endscheibe
- 25
- Rippe
- 26
- Führungsfortsatz
- 27
- Endscheibe
- 28
- Abstandshalternoppen
- 29
- Führungsfortsatz
- 30
- Montageöffnung
- 31
- Ausbuchtung
- 32
- Verspannelement
- 33
- Basisabschnitt
- 34
- Verspannfläche
- 35
- Abschnitt
- 36
- Abschnitt
- 37
- Abschnitt
- 38
- Abschnitt
- 39
- Abschnitt
- 40
- Abschnitt
- 41
- Kante
- 42
- Kante
- 43
- Kante
- 44
- Kante
- 45
- Kante
- 46
- Steg
- 47
- Öffnung
- 48
- Abkipprippe
- 49
- Dichtfläche
- 50
- Stützfläche
- 51
- Stützfläche
- 52
- Montageraum
- 53
- Reinfluidauslass
- 54
- Spalt
- 55
- Spalt
- DR
- Dichtrichtung
- HR
- Hauptströmungsrichtung
- M
- Montagerichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010047491 A1 [0002]
