DE102017001923A1

DE102017001923A1 - Filterelement, Filter, Filteranlage und Verwendung des Filters

Info

Publication number: DE102017001923A1
Application number: DE102017001923.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Berrer; Pavel Procházka
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-06

Abstract

Ein Filterelement zur Filtration von Ansaugluft in einem Fahrzeug, wobei das Filterelement einen Rahmen aufweist und wobei das Filterelement zumindest zwei Filtermedien aufweist, welche nebeneinander im Rahmen angeordnet sind, wobei sich das Filtermaterial des ersten Filtermediums vom Filtermaterial des zweiten Filtermediums unterscheidet; sowie ein Filter, eine Verwendung des Filters und eine Filtrationsanlage.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Filterelement, einen Filter mit diesem Filterelement, eine Filteranlage und eine Verwendung des Filters.
Es sind Filterelemente bekannt, welche jeweils eine Funktionalität, beispielsweise als Partikelfilter oder zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen dienen. Diese sind als gesonderte Elemente in unterschiedlichen Bereichen eines Fahrzeugs verbaut.
Eine Integration mehrerer Filtermedien in einer Strömungsrichtung innerhalb eines Gehäuses führt zu einer Vergrößerung des Bauraums des Filterelements und erschwert dessen Anordnung in dem begrenzten Raum eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
DE 10 2010 042 424 A1 zeigt ein Filterelement mit einem zylinderförmigen Rahmen mit mehreren Rahmensegmenten. In diesen Rahmensegmenten sind jeweils Filtermedien mit gleichartigen Filtermaterialien angeordnet. Somit übernimmt jedes Rahmensegment des Filterelements die gleiche Filterfunktion wie das benachbarte Rahmensegment.
EP 3 081 281 A1 offenbart einen Taschenfilter mit nebeneinander angeordneten Taschen, wobei jeweils zwei Taschen aus einem unterschiedlichen Filtermedium gebildet sind.
US 2012/0079942 A1 offenbart ein Filtrationssystem mit einem ersten und einem zweiten Filterelement, wobei die Filterelemente parallel zueinander angeordnet sind, derart, dass ein erster Teilstrom des Mediums durch das erste Filtermedium und ein zweiter Teilstrom des Mediums durch das zweite Filtermedium strömt.
US 2009/0241490 A1 offenbart ein Filterelement mit mehreren Filterbereichen in einem rechteckigen Rahmen, wobei ein erster Filterbereich Kohlendioxid entfernt, ein zweiter Filterbereich Schwefeldioxid entfernt, ein dritter Filterbereich Stickoxide entfernt und ein vierter Filterbereich Quecksilber entfernt.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von der vorgenannten Vorbetrachtung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filterelement für mehrere Filtrationsanwendungen bereitzustellen, welches eine kompakte Bauweise aufweist und daher leicht in einem Fahrzeug anordenbar ist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und durch eine Filteranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 21.
Das erfindungsgemäße Filterelement dient der Filtration von Ansaugluft in einem Fahrzeug. Die gefilterte Ansaugluft kann vorzugsweise dem Motor als Motoransaugluft oder dem Innenraum als angesaugte und gefilterte Innenraumluft bereitgestellt werden.
Das Filterelement weist einen Rahmen auf. Das Filterelement weist zumindest zwei Filtermedien auf, welche nebeneinander im Rahmen angeordnet sind. Der Rahmen fasst vorzugsweise beide Filtermedien ein.
Das Filtermaterial des ersten Filtermediums unterscheidet sich vom Filtermaterial des zweiten Filtermediums. Dadurch kann das Filterelement mit mehreren Filtermedien für unterschiedliche Filteraufgaben versehen werden.
Bislang waren lediglich in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Filtermedien in einem Rahmen bekannt. Diese Filterelemente weisen allerdings in Strömungsrichtung eine große Bauraumhöhe auf und sind aufgrund ihres Platzbedarfs nur an wenigen Stellen z.B. in einer Karosserie einsetzbar.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht demgegenüber die Bereitstellung eines Filterelements mit zwei oder mehr unterschiedlichen Filtermedien, welche in Strömungsrichtung nicht hintereinander, sondern nebeneinander in einem Rahmen angeordnet sind. Dadurch ist die kompakte Ausgestaltung als Flachfilter z.B. sowohl zur Bereitstellung von Motoransaugluft als auch für motorseitig ausgasende Kohlenwasserstoffe möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filterelements sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Rahmen kann vorteilhaft eine Rahmenebene aufweisen, wobei der Rahmen in zumindest ein erstes und ein zweites Rahmensegment unterteilt ist, welche Rahmensegmente in der Rahmenebene nebeneinander angeordnet sind. Das erste Rahmensegment kann das erste Filtermedium und das zweite Rahmensegment das zweite Filtermedium einfassen. Die Anordnung in Rahmensegmente ermöglicht dem jeweiligen Filtermedium sicheren Halt in dem Rahmen.
Das Filtermaterial des ersten Filtermediums kann sich vom Filtermaterial des zweiten Filtermediums in der chemischen Zusammensetzung des Filtermaterials und/oder der mittleren Porengröße des Filtermaterials und/oder dem mittleren Flächengewicht des Filtermaterials unterscheiden. Diese Variation ermöglicht eine unterschiedliche Filterperformance zwischen den jeweiligen Filtermedien je nach Anwendungsfall.
Das erste Filtermedium kann als ein erster Filterkörper und das zweite Filtermedium kann als ein zweiter Filterkörper ausgebildet sein, wobei die beiden Filterkörper nebeneinander in der Rahmenebene angeordnet sind. Im Vergleich zu einer versetzten Anordnung der Filterkörper im Rahmen kann durch die Nebeneinander-Anordnung der Filterkörper der Rahmen vergleichsweise flach dimensioniert werden.
Das erste Filtermedium kann eine Aktivkohlekonzentration von weniger als 20 g/m² aufweisen, und das zweite Filtermedium kann vorteilhaft eine Aktivkohlekonzentration von mehr als 50 g/m² aufweisen. In dieser Ausgestaltung ermöglicht das zweite Filtermedium ein Anlagern und Verringern von im Gasstrom enthaltenen Kohlenwasserstoffen an der Aktivkohle, während das erste Filtermedium aufgrund seines nur geringen Aktivkohleanteils noch für eine hohe Staub- bzw. Partikelaufnahme-Kapazität zur Verfügung steht.
Das Filterelement ist bevorzugt als Flachfilter ausgebildet. Ein solcher Flachfilter zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe insbesondere von weniger oder gleich als 70 mm, vorzugsweise weniger oder gleich 20 bis 60 mm, besonders bevorzugt weniger oder gleich 55 mm, aus.
Das erste Filtermedium kann als Partikelfilter zur Filtration von Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor ausgebildet sein. Dieses Filtermedium stellt somit die vorgenannte Motoransaugluft bereit.
Das zweite Filtermedium kann als Kohlenwasserstofffalle zur Reduzierung von Kohlenwasserstoffen in einem Gas ausgebildet sein. Dieses Gas kann das Filtermedium, insbesondere motorseitig, anströmen.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Filtermedium als Innenraumluftfilter zur Reduzierung des Partikel- und/oder Schadgasgehalts in der Ansaugluft ausgebildet sein. Dabei stellt das zweite Filtermedium vorzugsweise Innenraumluft für die Fahrerkabine eines Fahrzeugs bereit.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Filtermedium ausgebildet sein zur Reduzierung von Luftfeuchte in Kühlluft für elektrische Bauteile und/oder Leuchtmitteln, insbesondere in einem Fahrzeug. Dieses zweite Filtermedium kann insbesondere die Luftfeuchte aus Ansaugluft reduzieren, so dass es nicht zur Anlagerung von Feuchtigkeit an elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen und/oder Leuchtmitteln kommt, welche ggf. einen Kurzschluss hervorrufen könnten.
Bevorzugt kann zumindest eines der Filtermedien aus einem Zellulosematerial oder einem Vliesmaterial gebildet sein.
Um eine bessere Dichtfunktion in einem Gehäuse zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Rahmen ein elastisches Material aufweist. Der Rahmen kann vollständig aus dem besagten Material gebildet sein; alternativ ist es auch möglich, dass das elastische Material nur als Dichtelement auf oder an einem Kunststoffgerüst angeordnet ist.
Das erste und das zweite Rahmensegment können vorteilhaft durch einen Mittelsteg voneinander getrennt sein. Dieser Mittelsteg ermöglicht eine räumliche Trennung der Filtermedien und eine bessere Führung eines Gasstroms wahlweise zum ersten und/ oder zweiten Filtermedium.
Zumindest der Mittelsteg kann das vorgenannte Dichtelement aufweisen. Das Dichtelement kann allerdings eines der Filtermedien randseitig und umlaufend begrenzen. Es ist bevorzugt auch möglich, dass jedes der beiden Filtermedien durch das umlaufende Dichtelement begrenzt wird.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Filter zur Filtration von gasförmigen Medien, welcher ein Gehäuse und ein erfindungsgemäßes Filterelement umfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Filters sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Gehäuse kann vorteilhaft zumindest einen Gehäusetopf zur Aufnahme des Filterelements in dem Gehäuse mit einer Aufnahmeöffnung zur Einführung des Filterelements und mit zumindest einer Öffnung zum Einleiten von Ansaugluft und/oder zum Ausleiten von gefilterter Luft aufweisen. Weiterhin kann das Gehäuse einen Gehäusedeckel zum Verschluss der Aufnahmeöffnung des Gehäusetopfes aufweisen, wobei der Gehäusedeckel lösbar mit dem Gehäusetopf verbunden ist. Dadurch werden eine Entnahme und ein Austausch des erfindungsgemäßen Filterelements möglich.
In einer Ausgestaltungsvariante kann der Gehäusedeckel im Zusammenspiel mit dem Gehäusetopf und dem darin angeordneten Filterelement zumindest einen Gehäuseraum bilden, wobei eine Mediumzufuhr in dem Gehäuseraum durch das erste Filtermedium erfolgt, und eine Mediumableitung aus dem Gehäuseraum durch das zweite Filtermedium erfolgt. In dieser Anordnung kann das in Strömungsrichtung zugeführte Medium bevorzugt Ansaugluft, insbesondere aus der Umgebung, sein. Die Ausgestaltung erlaubt es, zugleich Kohlenwasserstoffe aus einem motorseitigen Gasstrom, welcher in umgekehrter Strömungsrichtung das Filterelement durchströmt, insbesondere durch das zweite Filtermedium zu reduzieren oder gänzlich zu entfernen.
Der Gehäusedeckel kann eine oder vorzugsweise zwei oder mehr Ableitungsöffnungen für ein gefiltertes Medium aufweisen. Durch die im Gehäusedeckel angeordneten Ableitungsöffnungen ist es möglich, dass eine Parallelfiltration eines oder mehrerer dem Filter zugeführter Gasströme durch das Filterelement erfolgt. Das Filterelement zeichnet sich dabei durch seine kompakte Ausgestaltung aus.
Der Gehäusedeckel kann in Zusammenspiel mit dem Filterelement einen ersten Ableitungsbereich für ein Medium, welches durch das erste Filtermedium geleitet wurde und einen zweiten Ableitungsbereich für ein Medium, welches durch das zweite Filtermedium geleitet wurde, definieren, wobei die beiden Ableitungsbereiche innerhalb des Gehäuses voneinander getrennt sind. Dadurch kommt es zu keiner Vermischung der beiden nach unterschiedlichen Kriterien gefilterten Gase im ersten und zweiten Ableitungsbereich.
Der erfindungsgemäße Filter wird besonders vorteilhaft zur Bereitstellung und/oder zur Filtration zweier Mediumströme unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet.
Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Filters ist die Verwendung als Partikelfilter zur Bereitstellung von Motoransaugluft und die Verwendung als Kohlenwasserstofffalle zur Verringerung des Kohlenwasserstoffgehalts aus Gasen, insbesondere von Kraftstoffausgasungen.
Eine erfindungsgemäße Filtrationsanlage eines Fahrzeugs umfasst eine Zuleitung, welche der Zuführung von außerhalb des Fahrzeugs angesaugter Umgebungsluft zum erfindungsgemäßen Filter dient.
Eine erfindungsgemäße Filtrationsanlage umfasst zudem den erfindungsgemäßen Filter und eine Ableitung, welche gefilterte Umgebungsluft zu einem Motor leitet.
Der erfindungsgemäße Filter weist dabei das erste Filtermedium zur Filtration von durch die Zuleitung zugeführter Ansaugluft auf, und das zweite Filtermedium zur Filtration von durch die Ableitung anströmendes kohlenwasserstoffhaltigen Gas auf.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Filterelements und mehrerer erfindungsgemäßer Filter dargestellt. Diese werden im Folgenden näher beschrieben, wobei auch weitere Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungen erläutert werden. Es zeigen:

1 schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements, umfassend zwei verschiedene Filtermedien zur Filtration eines ersten und eines zweiten Medienstroms;
2 schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Filterelements der 1 mit den als Faltenbalg dargestellten Filtermedien;
3 schematische Schnittansicht durch einen ersten erfindungsgemäßen Filter, umfassend das Filterelement der 1;
4 schematische Schnittansicht durch einen zweiten erfindungsgemäßen Filter, umfassend das Filterelement der 1; und
5 schematische Schnittansicht durch einen dritten erfindungsgemäßen Filter, umfassend das Filterelement der 1.

Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Filterelement 1, umfassend zwei Filtermedien 3 und 4 und einen Rahmen 2, welcher die beiden Filtermedien 3, 4 einfasst.
Das erste und das zweite der beiden Filtermedien 3, 4 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung.
Der Rahmen 2 begrenzt randseitig das erste und das zweite Filtermedium 3, 4 und teilt diese beiden Filtermedien durch einen Mittelsteg 5 voneinander. Zugleich unterteilt der Mittelsteg 5 den Rahmen in zwei Rahmensegmente 41, 42.
Das erste Filtermedium 3 kann als flacher Filterkörper oder besonders bevorzugt als ein gefalteter Filterkörper, vorzugsweise als ein zickzackförmig gefalteter Filterbalg, ausgebildet sein. Die letztere Variante ist besonders vorteilhaft, da so der Luftwiderstand durch das gefaltete Filtermedium vorteilhaft abnimmt. Das Filtermedium 3 kann dabei aus einem ersten Vlies- und/oder Cellulosematerial gebildet sein. Das erste Filtermedium 3 kann vorzugsweise einlagig aufgebaut sein; es ist allerdings auch ein mehrlagiger Aufbau möglich. Bevorzugt sind die Anzahl und Dicke der Materiallagen des Filtermediums so zu wählen, dass das erste Filtermedium faltbar ist.
Das zweite Filtermedium 4 kann vorzugsweise ebenfalls als ein gefalteter Filterkörper, vorzugsweise als ein zickzackförmig gefalteter Filterbalg, ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Filtermedium 4 als ein ebener ungefalteter Filterkörper ausgebildet ist, welcher flach innerhalb des Rahmens angeordnet ist.
Das zweite Filtermedium 4 kann dabei aus einem zweiten Vlies- und/oder Cellulosematerial gebildet sein. Das zweite Filtermedium 4 kann vorzugsweise einlagig aufgebaut sein, es ist allerdings auch ein mehrlagiger Aufbau möglich. Bevorzugt sind die Anzahl und Dicke der Materiallagen des zweiten Filtermediums so zu wählen, dass das zweite Filtermedium ebenfalls faltbar ist.
Das erste Filtermedium 3 dient in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung der Filtration von Partikeln aus der Ansaugluft eines Kraftstoffsystems für einen Verbrennungsmotor, also zur Bereitstellung von Motoransaugluft.
Das zweite Filtermedium 4 kann der Reduzierung von Kohlenwasserstoffen dienen. In dieser Anwendung wird das Filtermedium oft auch Kohlenwasserstofffalle (engl. HC-Trap) bezeichnet. Es dient zur An- und/oder Einlagerung von leichtflüchtigen organischen Verbindungen (engl. VOC's) aus Kraftstoffrückständen. Diese Kraftstoffrückstände können sich in den Zuleitungswegen des Verbrennungsmotors anlagern und im Stillstand des Verbrennungsmotors die vorgenannten leichtflüchtigen organischen Verbindungen absondern. In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante einer Kohlenwasserstofffalle ist das zweite Filtermedium aktivkohlehaltig.
In der Ausgestaltung als Kohlenwasserstofffalle weist das zweite Filtermedium eine Trägerlage auf, auf welcher die Aktivkohlepartikel der Aktivkohle angeordnet sind. Besonders bevorzugt kann die Anordnung der Aktivkohlepartikel durch Immobilisierung der Aktivkohlepartikel auf der Trägerlage erfolgen. Dies kann durch Verkleben der Aktivkohlepartikel durch ein Bindemittel, z.B. durch einen Klebstoff oder durch Schmelzklebefasern, erfolgen.
Das Bindemittel zur Immobilisierung der Aktivkohlepartikel kann vorzugsweise ein reaktiver Kleber, beispielsweise auf Basis von Polyurethan oder Silan, und/oder ein thermoplastischer Kleber, beispielsweise auf Basis von Polyolefinen, sein.
Das Trägermedium kann als erste Trägerschicht, vorzugsweise als Partikelfilter, ausgebildet sein, und die Aktivkohle kann als eine unmittelbar an die erste Trägerschicht angrenzende Aktivkohlelage ausgebildet sein. Eine zweite Trägerschicht kann ebenfalls unmittelbar an die Aktivkohlelage angeordnet sein, so dass sich eine Sandwichstruktur ergibt, mit der Aktivkohlelage als Mittelschicht.
Eine zweilagige Anordnung aus der ersten Trägerschicht und der Aktivkohlelage kann ebenfalls realisiert werden.
Bei mehreren in Durchströmungsrichtung übereinander geordneten Trägerschichten können die Trägerschichten des zweiten Filtermediums 4 zumindest umlaufend randseitig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt, sein.
Auch eine gitterförmige Oberflächenverschweißung unter Ausbildung von Taschen, in welchen die Aktivkohle angeordnet ist, ist denkbar.
Eine Immobilisierung der Aktivkohle auf dem Trägermedium muss nicht zwingend erfolgen. So kann die Aktivkohle auch schütt- oder rieselfähig auf dem Trägermedium angeordnet sein. Dies empfiehlt sich besonders bevorzugt bei der vorgenannten Variante, in welcher zumindest eine Aktivkohlelage zwischen zumindest zwei randseitig verbundenen Trägerlagen eingeschlossen und ggf. zusätzlich in den Taschen angeordnet ist.
In den vorgenannten Ausgestaltungsvarianten kann das Trägermedium als ein faltbares textiles Trägermedium, z.B. als Vlies- und/oder Cellulosematerial, ausgebildet sein.
Der Rahmen fasst somit in der besonders bevorzugten ersten Ausgestaltungsvariante der Erfindung zwei Filtermedien ein, wobei das erste Filtermedium ausgebildet ist zur Filtration von Partikeln aus der Ansaugluft zur Zuführung zu einem Verbrennungsmotor und wobei das zweite Filtermedium ausgebildet ist zur Filtration von Kohlenwasserstoffen.
In 1 sind die Rahmensegmente 41, 42 gleich groß dimensioniert. Es ist allerdings auch möglich, dass die Rahmensegmente unterschiedlich groß dimensioniert sind. So ist es insbesondere von Vorteil, wenn ein erstes Rahmensegment 41 der beiden Rahmensegmente, welches das erste Filtermedium zur Reinigung der Ansaugluft für den Motor einfasst, gleich groß oder größer dimensioniert ist, als das zweite Rahmensegment 42 der beiden Rahmensegmente.
Idealerweise soll im bestimmungsgemäßen Betrieb des Filterelements 1 die gesamte Ansaugluft für den Motor durch das Filterelement 1 geleitet werden. Man spricht von der Vollstromdurchleitung der Ansaugluft (engl. full flow). Dabei soll für die Partikelfiltration eine möglichst große Oberfläche, also eine möglichst große Oberfläche des ersten Filtermediums 3, zur Verfügung stehen.
Das zweite Filtermedium 4 hat als Kohlenwasserstoffabscheider nur eine sehr geringe Rückhaltefunktion für Partikel. Somit ist der Partikelabscheidegrad wesentlich geringer als bei dem ersten Filtermedium. Entsprechend ist es von Vorteil, das erste Rahmensegment 41 gleich groß oder größer als das zweite Rahmensegment 42 zu dimensionieren.
In dieser ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist das erste Filtermedium 3 bevorzugt zu einem Faltenbalg gefaltet. Dabei kann das Filtermedium vorzugsweise aus einem Synthetikvlies oder aus Zellulose gebildet sein. Der Volumenstrom, welcher durch das erste Filtermedium 3 gefiltert wird, beträgt vorzugsweise 2-10 m³/min. Dabei ist das erste Filtermedium ausgebildet zur Entfernung von mehr als 97 Gew.%, vorzugsweise mehr als 98 Gew.%, aller Partikel aus der Umgebungsluft bei dem vorgenannten Volumenstrom.
In der vorgenannten ersten Ausführungsvariante der Erfindung kann das zweite Filtermedium 4 sowohl als Flachfilter oder als Faltenbalg eingesetzt werden. Das Medium umfasst Aktivkohle. Diese kann vorzugsweise schichtweise auf einer, besonders bevorzugt zwischen zwei Vlieslagen angeordnet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Filtermedium 4 zumindest zwei Lagen an Aktivkohle, welche bevorzugt durch eine Vlieslage voneinander getrennt sind.
Bevorzugt entspricht der Gehalt an Aktivkohle im Filtermedium mehr als 200 g/m², vorzugsweise 250-700 g/m².
Als Aktivkohle im zweiten Filtermedium 4 kann bei der ersten Ausführungsvariante bevorzugt Holzkohle eingesetzt werden.
Das zweite Filtermedium ermöglicht in seiner Funktion als Kohlenwasserstofffalle eine Verringerung des Kohlenwasserstoffgehalts im motorseitig abgegebenen Gas um zumindest 50 Gew.%, vorzugsweise um mehr als 80 Gew.%, besonders bevorzugt um mehr als 95 Gew.%.
Das erfindungsgemäße Filterelement 1 eignet sich auch alternativ oder zusätzlich zum Einbau in ein sog. zweiflutiges System, also in zwei parallel zugeführte gasförmige Medienströme, wobei es aus jedem der beiden Medienströme Inhaltsstoffe unterschiedlich stark zu reduzieren gilt.
So kann in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung aus der Ansaugluft für den Motor vornehmlich der Gehalt an Feststoffpartikeln gesenkt werden. Dabei wirken die aus der Umgebungsluft mitgeführten Partikel abrasiv für den Motor und nachgelagerte Bauteile. Diese Reinigung der Ansaugluft kann, wie schon in der ersten Ausführungsvariante, durch den durch das erste Filtermedium 3 gebildeten Filterkörper, vorzugsweise als Faltenbalg, erfolgen.
Dabei kann das Filtermedium ebenfalls vorzugsweise aus einem Synthetikvlies oder aus Zellulose gebildet sein. Der Volumenstrom, welcher durch das erste Filtermedium 3 gefiltert wird, beträgt vorzugsweise 2-10 m³/min. Dabei ist das erste Filtermedium ausgebildet zur Entfernung von mehr als 97 Gew.%, vorzugsweise mehr als 98 Gew.%, aller Partikel aus der Umgebungsluft bei dem vorgenannten Volumenstrom.
Demgegenüber kann die Luft im Innenraum des Fahrzeugs vorteilhaft durch das zweite Filterelement 4 gereinigt werden. Der durch das zweite Filtermedium 4 gebildete Filterkörper kann somit als Innenraumluftfilter ausgebildet sein. Der Innenraumluftfilter dient der Reinigung der einer Fahrerkabine zugeführten Luft in Fahrzeugen, Landmaschinen, Baumaschinen und Arbeitsmaschinen. Bekannt in diesem Anwendungsgebiet sind dabei sowohl reine Partikelfilter als auch kombinierte Filter in Form eines aktivkohlehaltigen Partikelfilters. Der kombinierte Filter ermöglicht zusätzlich eine An- und/oder Ablagerung von organischen Bestandteilen oder auch Ozon im Filterelement 1.
Vorzugsweise umfasst das zweite Filtermedium dabei eine erste Filterlage elektrostatisch aufgeladener Fasern, um auch kleinste Staubpartikel und Pollen aus der Luft zu filtern.
So kann, insbesondere durch die elektrostatisch aufgeladenen Fasern, auch Staub mit Partikelgrößen von weniger als 5 µm zuverlässig abgeschieden werden und die Luft der Fahrerkabine zu annähernd 100% von Feststoffen, Pollen und dergleichen befreit werden.
Während es im Einsatz des ersten Filtermediums 3 darum geht, Motoransaugluft, also Luft mit einem hohen Luftdurchsatz, zuverlässig von Partikeln zu befreien, geht es im Einsatz vom zweiten Filtermedium 4 darum, die Luft der Fahrerkabine nahezu vollständig von Partikeln und bei Einsatz von aktivkohlehaltigen Filtermedien zusätzlich von organischen Bestandteilen und/oder Ozon zu befreien. Auch schwefelhaltige Schadgase und Gerüche sollen durch den Innenraumluftfilter entfernt werden.
Zur Filtration der angesaugten Luft für die Fahrerkabine kann das zweite Filtermedium 4 weniger als 250 g/m², vorzugsweise jedoch weniger als 120-200 g/m², Aktivkohle aufweisen.
Als bevorzugte Aktivkohle wird für den Einsatz im Innenraumluftfilter Kokosnuss-Holzkohle eingesetzt.
Der für den Innenraum zu filternde Volumenstrom beträgt dabei 1-5 m³/min. Dabei ist das zweite Filtermedium 4 zugleich als Partikelfilter ausgebildet zur Entfernung von mehr als 97 Gew.%, vorzugsweise mehr als 98 Gew.%, aller Partikel aus der Umgebungsluft bei dem vorgenannten Volumenstrom.
Die mittlere Porengröße des Innenraumluftfilters, also des zweiten Filtermediums 4, kann bevorzugt größer sein, als die mittlere Porengröße des Motoransaugluftfilters, also des ersten Filtermediums 3.
In einer optionalen Ausführungsform kann als Aktivkohle eine hydrophobe Aktivkohle verwendet werden. Als hydrophobe Aktivkohlen werden insbesondere solche verstanden, die eine vergleichsweise geringe Wasseraufnahmekapazität aufweisen. Bevorzugt wird eine Aktivkohle verwendet, welche bei einer relativen Luftfeuchte von 50% eine Wasseraufnahme von <10 Massenprozent, insbesondere bezogen auf den Adsorptionsast der Isotherme aufweist. Besonders bevorzugt beträgt diese Wasseraufnahme <5 Massenprozent.
Die im Innenraumluftfilter genutzte Aktivkohle kann bevorzugt eine BET-Oberfläche von größer 400 m²/g aufweisen, vorteilhaft größer 600 m²/g, bevorzugt größer 800 m²/g, besonders bevorzugt größer 1000 m²/g (bevorzugt gemessen nach DIN ISO 9277:2003-05).
Die Aktivkohlepartikel weisen bei Anwendung als Innenraumluftfilter bevorzugt Aktivkohlepartikelgrößen (mittlere Durchmesser) zwischen 0,1 und 1 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,7 mm auf und können beispielsweise in der Form von Granulataktivkohle oder Kugelaktivkohle vorliegen.
Alternativ oder zusätzlich zur ersten Filterlage mit Aktivkohle kann das zweite Filtermedium 4 in einer bevorzugten Ausführungsvariante eine Feinfilterlage zur Abscheidung von Aerosolen aufweisen
Alternativ oder zusätzlich zur ersten Filterlage mit Aktivkohle kann das zweite Filtermedium 4 in einer bevorzugten Ausführungsvariante eine Vorfilterlage zur Abscheidung von partikulären Stäuben aufweisen.
Durch die Verwendung der Vorfilterlage kann erreicht werden, dass weitere Filterlagen des zweiten Filtermediums, z.B. eine Adsorptionslage mit der Aktivkohle oder die Feinfilterlage vor zu großer Staubbeladung geschützt werden. Dadurch wird deren Funktion (Kohlenwasserstoffabscheidung der Adsorptionslage und Aerosolabscheidung der Feinfilterlage) auch bei sehr staubbeladener Ansaugluft in möglichst geringem Maße beeinträchtigt.
In einer Ausführungsform kann als erste Filterlage mit Aktivkohle eine Lage einer fixierten Schüttung mit Aktivkohle verwendet werden. Diese kann in einem einlagigen oder mehrlagigen Aufbau realisiert werden. Als fixierte Schüttung wird eine Anordnung bezeichnet, in welcher eine Trägerschicht vorgesehen ist und auf dieser eine Schüttlage von Aktivkohlepartikeln fixiert ist. Als Trägerschicht kann beispielsweise ein Kunststoffstreckgitter oder eine Lage eines flächigen Materials, z.B. eines Partikelfiltermediums verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Trägerschicht ein Vlies aus spinngebundenen oder schmelzgeblasenen Polyesterfasern, beispielsweise PET-Fasern (Polyethylenterephthalat) oder PBT-Fasern (Polybutylenterephtalat) verwendet. Dies kann ein Flächengewicht von 25-120 g/m², bevorzugt 50-100 g/m², besonders bevorzugt 65-85 g/m², und eine Luftdurchlässigkeit >3000 l/m²s, bevorzugt >5000 l/m²s bei einer Druckdifferenz von 200 Pa aufweisen. Gemessen wird die Luftdurchlässigkeit insbesondere nach ISO 9347. Die Schüttlage aus Aktivkohlepartikeln wird auf die Trägerschicht aufgebracht und bevorzugt mittels eines feinen Klebstoffauftrags auf der Trägerschicht fixiert. Dies erfolgt beispielsweise in Form einer Vielzahl von auf der Trägerschicht aufgebrachter Klebstoffpunkte oder mittels eines Netzes aus Klebstofffäden, die zwischen Trägerschicht und Schüttlage und/oder zwischen die Schüttlage während der Schüttung und/oder auf die Schüttlage aufgebracht ist. Die Schüttlage umfasst bevorzugt eine Auflage von 100-1200 g/m² Aktivkohlepartikel auf der Trägerschicht. Bevorzugt kommen zwischen 800 und 1000 g/m² zum Einsatz. Die Lage einer fixierten Schüttung mit Trägerlage und Schüttlage weist bevorzugt eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 800 bis 1200 l/m²s, insbesondere zwischen 900 und 1100 l/m²s und ein Flächengewicht im Bereich von 850 bis 1250 g/m², insbesondere zwischen 950 und 1150 g/m², bei einer Lagendicke insbesondere im Bereich von 2 bis 6 mm auf.
Auf diese Weise wird eine stabile, gut zu verarbeitende und leistungsfähige Lage einer fixierten Schüttung bereitgestellt, die maschinell zusammengefasst werden kann.
In einer Ausführungsform kann die erste Filterlage zwei Bereiche mit unterschiedlicher Aktivkohledichte aufweisen. Dabei ist bevorzugt ein Bereich mit höherer Aktivkohledichte auf der Abströmseite und ein Bereich mit geringerer Aktivkohledichte auf der Anströmseite angeordnet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei Lagen von verschiedenen mit Aktivkohlepartikeln gefüllten Schäumen aufeinander gelegt sind, wobei die abströmseitige Lage einen höheren Füllgrad von Aktivkohle aufweist als die anströmseitige Lage. Alternativ kann - wie oben in verschiedenen Varianten beschrieben - ein Schichtaufbau von Lagen mit fixierten Schüttungen von Aktivkohlepartikeln eingesetzt werden, bei welchem eine oder mehrere abströmseitige Lagen oder Schichten, die insbesondere den Schichtaufbau zur Abströmseite hin abschließen, eine höhere Aktivkohledichte aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei gleichen Materialien für Trägerschichten, Schüttlagen und Decklagen die abströmseitigen Lagen insbesondere vor, während oder nach dem Erhärten des Klebstoffes derart kalandriert werden, dass die Schichtdicke reduziert und damit die Aktivkohledichte erhöht wird. Es kann jedoch auch für die Lage(n) mit höherer Aktivkohledichte ein Aktivkohlegranulat verwendet werden, welches eine höhere Schüttdichte aufweist, als das für die Lagen mit geringerer Dichte verwendete. Dies kann entweder durch Aktivkohlen mit unterschiedlicher spezifischer Dichte oder durch unterschiedliche Geometrien der Partikel realisiert werden. Dadurch wird insbesondere eine Sperrlage dargestellt, welche zuverlässig die Abscheidung von Restkonzentrationen von schädlichen Gasen ermöglichen kann. Dadurch kann eine zusätzliche Sicherheit für den Anwender bereitgestellt werden.
Weitere zahlreiche Ausgestaltungsvarianten für die erste aktivkohlehaltige Filterlage des zweiten Filtermediums können der Beschreibung zur Adsorptionsfilterlage der DE102013011457A1 entnommen werden.
Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Filtermedium 4 im vorgenannten zweiten Ausführungsbeispiel eine antiallergene Substanz aufweisen. Diese antiallergene Substanz kann aus einer Gruppe bestehend aus Polyphenolen, antiallergenen Enzymen, antimikrobiellen Metallen und Metallverbindungen, insbesondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen, Nanosilber, Zink-Pyrithion, Octa-isothiazolon, 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolinonverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren und/oder quarternäre Tenside ausgewählt sein.
Das erfindungsgemäße Filterelement 1 eignet sich in einer dritten Ausführungsvariante alternativ oder zusätzlich zur gleichzeitigen Filtration von Ansaugluft sowohl für den Motor als auch zum Betreiben einer Luftkühlung für elektronische Bauteile, Batterien und/ oder Scheinwerfer.
Die Reinigung der Ansaugluft zur Bereitstellung von Motoransaugluft kann, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, durch den durch das erste Filtermedium 3 gebildeten Filterkörper, analog zum ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel erfolgen.
Demgegenüber kann die Luft zum Betreiben der Luftkühlung der vorgenannten Bauteile vorteilhaft durch das zweite Filtermedium 4 gereinigt werden. Dabei sollte die zugeführte Luft sowohl von Partikeln befreit und zudem die Luftfeuchtigkeit reduziert werden.
Hierfür kann das zweite Filtermedium 4 als Flachfilter oder Faltenbalg ausgebildet sein.
In einer besonderen Ausgestaltungsvariante weist das zweite Filtermedium eine Diffusionsmembran, insbesondere eine hydrophobe Diffusionsmembran, auf, oder das zweite Filtermedium ist als eine solche Diffusionsmembran ausgebildet. Das Material der Diffusionsmembran kann vorzugsweise zu mehr als 50 Gew.%, besonders bevorzugt vollständig, aus Polypropylen, Polyethylen oder PTFE gebildet sein.
Die Diffusionsmembran dient in einer bevorzugten Ausgestaltung zum Durchleiten eines Volumenstroms von weniger als 1 m³/h.
Die Diffusionsmembran kann dabei ausschließlich Poren mit einer mittleren Porengröße von weniger als 50 nm, vorzugsweise weniger als 10 nm, aufweisen.
Nachfolgend wird Rahmen 2 näher beschrieben. Durch einen derartigen Rahmen können grundsätzlich die Filtermedien 3 und 4 nach allen vorgenannten Ausführungsbeispielen für die unterschiedlichen erfindungsgemäßen Filterelemente eingefasst werden.
Der Rahmen 2 definiert eine Rahmenebene 101 parallel zur x-y-Ebene in 1. In dieser Rahmenebene 101 oder parallel zu dieser Rahmenebene 101 sind das erste und das zweite Filtermedium 3 und 4 nebeneinander angeordnet.
Durch die Anordnung des ersten und zweiten Filtermediums in und/oder parallel zur Rahmenebene 101 des Rahmens 2 kann vorteilhaft das Filterelement als Flachfilterelement realisiert werden.
Das Filterelement vereinigt somit Filterelemente mit unterschiedlichen Funktionen in einem einzigen Filterelement, welches als Flachfilterelement mit geringer Bauraumhöhe 21 ausgebildet ist. Die Bauraumhöhe 21 des Filterelements 1 ist vorzugsweise weniger oder gleich 70 mm, vorzugsweise weniger oder gleich 20 bis 60 mm, besonders bevorzugt weniger oder gleich 55 mm.
Wie schon zuvor erörtert, ist um die benachbart angeordneten Filtermedien 3, 4 der Rahmen 2 umlaufend vorgesehen.
Der Rahmen 2 umfasst das Faltenprofil des jeweiligen Filterkörpers in einem randseitigen Bereich durch Seitensegmente 51, 52 des Rahmens 2. In 1 sind an jeweils einer Längsseite des Filtermediums 3 oder 4 vorderseitig das erste der zwei Seitensegmente 51 und hinterseitig das zweite der zwei Seitensegmente 7 angebracht. Durch die Seitensegmente 51, 52 erfährt der Luftfilter 1 eine gewisse seitliche Stabilität. Um ferner eine Versteifung und einen Abschluss an Stirnseiten des Filterelements 1 zu erzielen, weist der Rahmen 2 Kopfsegmente 53, 54 auf. Jeweils ein Kopfsegment 53, 54 ist an jeweils einer ersten Endfalte des ersten oder des zweiten Filtermediums 3, 4 angebracht. Der Mittelsteg 5 ist den zweiten Endfalten des ersten und des zweiten Filtermediums 3, 4 angeordnet. Die Seitensegmente 51, 52, der Mittelsteg 5 und die Kopfsegmente 53, 54 sind leistenartig ausgebildet.
In 3 bis 5 ist der Rahmen 2 in der Schnittansicht dargestellt. Man erkennt ein Kunststoffgrundgerüst 20 und ein Dichtelement 23, welches das Kunststoffgrundgerüst umgreift. Das Kunststoffgrundgerüst kann beispielsweise ein Thermoplast, vorzugsweise ein Polyamid, sein. Auch eine Armierung, z.B. eine Faserverstärkung des Kunststoffgrundgerüsts, ist vorstellbar. Das Kunststoffgrundgerüst 20 ist sowohl um das erste als auch um das zweite Filtermedium 3, 4 umlaufend und begrenzt die jeweiligen Filtermedien randseitig. Das Kunststoffgrundgerüst 20 verleiht dem Rahmen 2 eine verbesserte mechanische Stabilität.
Das Kunststoffgrundgerüst 20 kann flach in der Rahmenebene 101 verlaufen.
Alternativ kann das Kunststoffgrundgerüst 20, wie in 3 bis 5 dargestellt, zumindest entlang der Seitenbereiche 51, 52 und/oder entlang der Kopfbereiche 53, 54 L-förmig ausgebildet sein, wobei ein Schenkel der L-Form vorzugsweise senkrecht zur Rahmenebene 101 verläuft und vorzugsweise das erste und/oder zweite Filtermedium begrenzt.
Besonders bevorzugt ist das Kunststoffgrundgerüst 20 derart ausgebildet, dass es sich randseitig bereichsweise oder vollständig über die V-Form der Falten des ersten und/ oder zweiten Filtermediums erstreckt.
Im Bereich des Mittelstegs 5 weist das Kunststoffgerüst 20 eine U-förmige Leistenform auf, mit zwei Schenkeln, die vorzugsweise senkrecht zur Rahmenebene 101 verlaufen und die analog zum Schenkel der Seiten- und Kopfbereiche 51-54 verlaufen.
Alternativ können anstelle eines einzelnen Kunststoffgrundgerüstes 20 auch zwei Kunststoffgrundgerüste vorgesehen sein, wobei zwei Seitenbereiche der Kunststoffgrundgerüste im Bereich des Mittelstegs durch das Dichtelement 23 miteinander verbunden sind.
Das Dichtelement 23 kann aus einem Elastomer- und/oder einem Polyurethanmaterial gefertigt sein.
Das Dichtelement 23 kann, wie in 3 bis 5 dargestellt, an dem Kunststoffgrundgerüst 20 materialschlüssig verbunden sein. Dabei kann das Dichtelement 23 lediglich bereichsweise die Oberfläche des Kunststoffgerüstes 20 bedecken oder dieses vollumfänglich einhüllen.
Der Mittelsteg 5 des Rahmens 2 weist eine U-förmige Ausnehmung zur Aufnahme eines Gehäusevorsprungs 39, 439, 539 auf.
Randseitig weist der Rahmen 2, insbesondere das Dichtelement 23 des Rahmens 2, einen Vorsprung 24 mit einer Auflagefläche 25 auf, welche vorzugsweise parallel zur oder auf der Rahmenebene 101 verläuft.
Weiterhin ist der Vorsprung 24 als eine Dichtleiste ausgebildet, welche schräg, insbesondere senkrecht aus der Rahmenebene hervorsteht. Diese Dichtleiste erstreckt sich auch über den Bereich des Mittelstegs 5. Die Höhe 220 der Dichtleiste kann dabei vorzugsweise zumindest 10% der Rahmenhöhe 221, vorzugsweise zumindest 15 % der Rahmenhöhe 221, also der Erstreckung des Rahmens senkrecht zur Rahmenebene 101, betragen.
Das Dichtelement 23 und insbesondere die Dichtleiste des Dichtelements 23 ist aus einem elastischen Material gebildet und komprimierbar, so dass bei randseitiger Lagerung des Filterelements 1 eine seitliche Abdichtung erfolgen kann.
Die Verbindung zwischen den Kunststoffgrundgerüst 20, dem Dichtelement 23 und den Filtermedien 3, 4 kann beispielsweise in einem Gießverfahren erfolgen.
Dies kann beispielsweise im Fall eines Rahmens 2, in welchem das Dichtelement 23 aus Polyurethan gebildet ist, derart erfolgen, dass die Einzelkomponenten des Polyurethans, also die Polyol- und Isocyanat-Verbindung, in eine Gießform gegossen werden, in welcher zuvor das Kunststoffgrundgerüst eingelegt wurde, und im Anschluss innerhalb der Gießform aufschäumen. In die Gießform ist zudem zumindest die Stirnseite und ggf. auch Randseiten des ersten und zweiten Filtermediums eingelassen. Während des Aufschäumens des Polyurethanmaterials erfolgt ein Eindringen des Polyurethans zwischen die Faserfalten und bildet dadurch sowohl eine feste randseitige als auch stirnseitige Verbindung des aus dem ersten und/oder zweiten Filtermedium 3, 4 gebildeten Filterkörpers mit dem Rahmenmaterial, welches im Anschluss aushärtet.
Alternativ kann zunächst auch erst eine Verbindung zwischen dem Kunststoffgrundgerüst 20 und den Filtermedien 3, 4 durch Vergießen, Verkleben oder dergleichen hergestellt werden und erst im Anschluss das Dichtelement, z.B. durch das vorher beschriebene Gießverfahren, ergänzt werden.
Ein ähnlicher Vorgang der Herstellung kann auch durch Gießen eines elastomeren Materials nach vorhergehender Bereitstellung der Gussform und der beiden Filtermedien 3 und 4 erfolgen. Die Filterkörper des ersten und des zweiten Filtermediums 2, 3 ist in 1 als Faltenbalg dargestellt. Ein entsprechendes Faltenprofil wurde in 2 schematisch angedeutet.
Das Kunststoffgrundgerüst 20 dient der Stabilisierung des Rahmens 2, es kann allerdings zugunsten einer höheren Flexibilität des Filterelements 1 auch entfallen.
Die beiden Filtermedien 3, 4 können bei ihrer Ausgestaltung als Faltenbalg in einer weiteren Variante der Erfindung auch jeweils um 90° in der Rahmenebene verdreht angeordnet werden.
In 3 ist darüber hinaus ein Filter 10 mit einem Filtergehäuse 11 und dem Filterelement 1 dargestellt. Das Filtergehäuse 11 weist zumindest einen Gehäusetopf 12 und einen Gehäusedeckel 13 auf. Gehäusedeckel 13 weist in 3 eine einzige Deckelöffnung 14 zur Verbindung mit dem Gehäusetopf 12 auf. Der Gehäusedeckel 13 weist zudem ein Niederhalteelement 15 auf, mit welchem der Gehäusetopf 12 auf das Dichtelement 23 des Filterelements 1 im Bereich des Mittelstegs 5 drückt. Das Niederhalteelement 15 kann leistenförmig, vorzugsweise mit U-förmigem Querschnitt, ausgebildet sein. Zwischen dem Niederhalteelement 15 und einer Gehäusedeckeloberplatte 16 ist eine Überleitungsöffnung 17 angeordnet
Der Gehäusedeckel 13 und Gehäusetopf 12 bilden im Zusammenspiel mit dem Filterelement einen ersten und einen zweiten Gasraum 18, 19 über jeweils einer An-und/oder Abströmseite der beiden Filtermedien aus. Der erste und der zweite Gasraum 18, 19 sind durch die Überleitungsöffnung 17 miteinander verbunden, so dass ein Gasaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Gasraum 18, 19 erfolgen kann. Der Gehäusetopf weist zudem einen gegenüber der Gehäusedeckeloberplatte 16 abgestuften Randbereich 26 auf. Dieser Randbereich 26 drückt im zusammengesetzten Zustand des Filters 10 auf die randseitig am Rahmen 2 angeordnete Dichtleiste des Dichtelements 23, und dichtet die Gasräume 18, 19 gegen Gas- und Schmutzaustritt an der Verbindungsstelle zwischen Gehäusedeckel 13 und Gehäusetopf 12 ab.
Der Gehäusetopf 12 weist eine Aufnahmeöffnung 30 auf, über welche das Filterelement 1 in den Gehäusetopf 12 einführbar und anordenbar ist. Der Gehäusetopf 12 weist im Bereich der Aufnahmeöffnung 30 eine Anschlagfläche 31 zur Anordnung der Auflagefläche des Vorsprungs des Rahmens 2 auf. Gegen diese Auflagefläche wird die Dichtleiste bei Verschluss des Gehäusetopfes 12 mit dem Gehäusedeckel 11 gepresst.
Der Gehäusetopf 12 weist zudem eine Ansaugluftöffnung 32 und eine motorseitige Öffnung 33 zur Abgabe von gefilterter Reinluft 203 an einen Motor eines Fahrzeugs auf.
Die motorseitige Öffnung 33 dient zudem der Zuleitung von motorseitigen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen 202 in den Filter 10.
Der Gehäusetopf 12 weist im Bereich der Ansaugluftöffnung 32 einen ersten Gehäusebereich 34, und die motorseitige Öffnung 33 weist einen zweiten Gehäusebereich 35 auf. Die beiden Gehäusebereiche 34, 35 sind dabei räumlich voneinander getrennt, so dass ein durch die Ansaugluftöffnung 32 zugeleitete Luft nur durch das erste Filtermedium 3 und durch das zweite Filtermedium 4 zur motorseitigen Öffnung 33 geleitet werden kann.
Umgekehrt kann auch nur ein durch die motorseitige Öffnung 33 zugeleitetes kohlenwasserstoffhaltiges Gas 202 durch Durchleiten durch das zweite Filtermedium 4 und durch das erste Filtermedium 3 zur Ansaugluftöffnung 32 gelangen.
In der in 3 dargestellten Ausgestaltungsvariante eines Filters 10 ist es möglich, dass das erste Filtermedium 3 als Partikelfilter zur Filtration von Motoransaugluft ausgebildet ist, und dass das zweite Filtermedium 4 als eine Kohlenwasserstofffalle ausgebildet ist, welche aus Kraftstoff-, Öl- und Verbrennungsproduktrückständen ausgasende Kohlenwasserstoffe aus dem Motor- und Motorzuleitungsbereich entfernt.
Während die aus der Umgebung angesaugte Luft 201 zum Bereitstellen von Motoransaugluft 203 dabei zunächst auf das erste Filtermedium 3 trifft, so treffen die aus dem Motorbereich ausgasenden Kohlenwasserstoffe 202 hingegen zunächst auf das zweite Filtermedium 4.
4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Filters 410 mit einem Gehäuse 411, in welchem das Filterelement 1 der 1 angeordnet ist. Ein Gehäusetopf 412 des Gehäuses 411 ist dabei analog zum Gehäusetopf 12 der 3 ausgebildet, z.B. mit einer Aufnahmeöffnung 420 zur Aufnahme des Filterelements 1, insbesondere mit einer Aufnahmeöffnung 430 zur Aufnahme des Filterelements 1 und mit einer Öffnung 432 zum Einleiten von Ansaugluft 201 ausgebildet.
Ein Gehäusedeckel 413 weist anstelle einer geschlossenen Gehäusedeckeloberplatte 16 zwei Gehäuseöffnungen 451, 452 auf.
Eine erste der beiden Gehäuseöffnungen 451 dient der Ableitung eines durch das erste Filtermedium 3 geleiteten ersten Medienstroms. Dabei kann es sich um Motoransaugluft 203 handeln.
Eine zweite der beiden Gehäuseöffnungen 452 dient der Ableitung eines durch das zweite Filtermedium 4 geleiteten zweiten Medienstroms, welcher sich in seiner Zusammensetzung vom ersten Medienstrom unterscheidet. Dabei kann es sich um ein Gas 204 handeln, welches als kohlenwasserstoffhaltiges Gas 202 eingeleitet und nach dem Durchleiten durch das Filterelement 1 von Kohlenwasserstoffen weitestgehend befreit ist, welches jedoch, anders als in 3, nicht in dem gleichen Strömungsweg wie der erste Medienstrom 411, durch den Filter 410 geleitet wird, sondern auf einem parallelen zweiten Strömungsweg. Dabei weist der Filter 410 im Bereich der ersten Gehäuseöffnung 451 einen ersten Gehäusebereich 453 und im Bereich der zweiten Gehäuseöffnung einen zweiten Gehäusebereich 454 auf. Diese beiden Gehäusebereiche 453, 454 sind, insbesondere durch den Mittelsteg 5 und zumindest eine auf dem Mittelsteg 5 aufliegende zentrale Gehäusewand 455 des Gehäusedeckels 413, im Filter 410 voneinander räumlich getrennt.
Alternativ kann der durch die zweite Gehäuseöffnung 452 abgeführte zweite Medienstrom auch als Innenraumluft für eine Fahrerkabine ausgebildet sein. Dabei ist die dem zweiten Filtermedium 4 des Filterelements 1 zugeführte Luft vorzugsweise Ansaugluft.
5 zeigt eine dritte Ausführungsvariante eines Filters 510 mit einem Gehäuse 511, in welchem das Filterelement 1 der 1 angeordnet ist. Ein Gehäusedeckel 513 des Gehäuses 511 ist dabei analog zum Gehäusedeckel 413 der 4 ausgebildet.
Ein Gehäusetopf 512 des Gehäuses 511 weist jedoch abgesehen von einer Aufnahmeöffnung 530 zur Aufnahme des Filterelements 1 lediglich eine einzige weitere Öffnung 570 in Form einer Ansaugluftöffnung auf. Innerhalb des Gehäusetopfes ist ein Strömungsteiler 560 zentral oder dezentral angeordnet. Dieser unterteilt den Gehäusetopf 512 in einen ersten und einen zweiten Anströmbereich 561 und 562. Der erste Anströmbereich 561 ermöglicht die Zuführung von angesaugter Umgebungsluft zum ersten Filtermedium 3, und der zweite Anströmbereich 562 ermöglicht die Zuführung von angesaugter Umgebungsluft zum zweiten Filtermedium 4.
Das erste Filtermedium 3 kann in dieser dritten Ausführungsvariante ausgebildet sein zur Filtration von Motoransaugluft. Demgegenüber kann das zweite Filtermedium 4 ausgebildet sein zur Filtration von Ansaugluft zur Zuleitung in die Fahrerkabine oder alternativ zur Kühlung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen
Eine erste der beiden Gehäuseöffnungen 551 dient der Ableitung eines durch das erste Filtermedium 3 geleiteten ersten Medienstroms. Dabei kann es sich um Motoransaugluft 203 handeln.
Eine zweite der beiden Gehäuseöffnungen 552 dient der Ableitung eines durch das zweite Filtermedium 4 geleiteten zweiten Medienstroms, welcher sich in seiner Zusammensetzung vom ersten Medienstrom unterscheidet. Dabei kann es sich um Innenraumluft 205 handeln. Dabei weist der Filter 510 im Bereich der ersten Gehäuseöffnung 551 einen ersten Gehäusebereich 553 und im Bereich der zweiten Gehäuseöffnung einen zweiten Gehäusebereich 554 auf. Diese beiden Gehäusebereiche 553, 554 sind, insbesondere durch den Mittelsteg 5 und zumindest eine auf dem Mittelsteg 5 aufliegende zentrale Gehäusewand 555 des Gehäusedeckels 513, im Filter 510 voneinander räumlich getrennt.
In den konkreten Ausgestaltungsvarianten der 4 und 5 umfasst die Gehäusewandung 455, 555 endständig ein Niederhalteelement, welches analog zum Niederhalteelement 15 der 3 ausgebildet ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.
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

DE 102010042424 A1 [0004]
EP 3081281 A1 [0005]
US 2012/0079942 A1 [0006]
US 2009/0241490 A1 [0007]
DE 102013011457 A1 [0087]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 9277 [0079]

Claims

Filterelement (1) zur Filtration von Ansaugluft in einem Fahrzeug, wobei das Filterelement (1) einen Rahmen (2) aufweist und wobei das Filterelement (1) zumindest zwei Filtermedien (3, 4) aufweist, welche nebeneinander im Rahmen (2) angeordnet sind, wobei sich das Filtermaterial eines ersten Filtermediums (3) der zumindest zwei Filtermedien (3, 4) vom Filtermaterial eines zweiten Filtermediums (4) der zumindest zwei Filtermedien (3, 4) unterscheidet.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Filtermaterial des ersten Filtermediums (3) vom Filtermaterial des zweiten Filtermediums (4) in der chemischen Zusammensetzung des Filtermaterials und/oder der mittleren Porengröße des Filtermaterials und/oder dem mittleren Flächengewicht des Filtermaterials unterscheidet.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermedium (3) als ein erster Filterkörper in Form eines Faltenbalgs ausgebildet ist und dass das zweite Filtermedium (4) als ein zweiter Filterkörper in Form eines Faltenbalgs oder eines Flachfilters ausgebildet ist, wobei die beiden Filterkörper nebeneinander in einer Rahmenebene (101) des Rahmens (2) angeordnet sind.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermedium (3) eine Aktivkohlekonzentration von weniger als 20 g/m² aufweist, und dass das zweite Filtermedium (4) eine Aktivkohlekonzentration von mehr als 50 g/m² aufweist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (1) als Flachfilter ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer Bauhöhe (21) von weniger oder gleich 70 mm, vorzugsweise weniger oder gleich 20 - 60 mm, besonders bevorzugt weniger oder gleich 55 mm.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermedium (3) als Partikelfilter zur Filtration von Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermedium (4) als Kohlenwasserstofffalle zur Reduzierung von Kohlenwasserstoffen in einem das Filtermedium (4), insbesondere motorseitig, anströmenden Gasstroms ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermedium (4) als Innenraumluftfilter zur Reduzierung des Partikel- und/oder Schadgasgehaltes in Ansaugluft (201) ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermedium (4) zur Reduzierung der Luftfeuchte in Kühlluft für elektrische Bauteile, elektronische Bauteile und/oder Leuchtmitteln, insbesondere in einem Fahrzeug ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Filtermedien (3, 4) aus einem Zellulose- oder Vliesmaterial gebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) ein elastisches Material aufweist, wobei der Rahmen vorzugsweise ein Kunststoffgerüst (20) umfasst, auf oder an welchem das elastische Material in Form eines Dichtelements (23) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) in zumindest zwei, insbesondere auf einer Rahmenebene (101) nebeneinander angeordnete, Rahmensegmente (41, 42) unterteilt ist, wobei das erste und das zweite Rahmensegment durch einen Mittelsteg (5) voneinander getrennt sind.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Mittelsteg (5) das Dichtelement (23), insbesondere das um beide Filtermedien (3, 4) umlaufende Dichtelement (23), aufweist.
Filter (10, 410, 510) zur Filtration von gasförmigen Medien, umfassend ein Gehäuse (11, 411, 511) und ein Filterelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 411, 511) zumindest einen Gehäusetopf (12, 412, 512) zur Aufnahme des Filterelements (1) in dem Gehäuse (11, 411, 511) aufweist, mit einer Aufnahmeöffnung (30, 430, 530) zur Einführung des Filterelements (1) und mit zumindest einer Öffnung (32, 432, 570) zum Einleiten von Ansaugluft (201) und/oder zum Ausleiten von gefilterter Luft (203) und einen Gehäusedeckel (13, 413, 513) zum Verschluss der Aufnahmeöffnung (30, 430, 530) des Gehäusetopfes (12, 412, 512), wobei der Gehäusedeckel (13, 413, 513) lösbar mit dem Gehäusetopf (12, 412, 512) verbunden ist.
Filter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (13) im Zusammenspiel mit dem Gehäusetopf (12) und dem darin angeordneten Filterelement (1) zumindest einen Gehäuseraum (18, 19) bildet, wobei eine Mediumzufuhr in dem Gehäuseraum (19, 19) durch das erste Filtermedium (3) erfolgt und eine Mediumableitung aus dem Gehäuseraum (18, 19) durch das zweite Filtermedium (4) erfolgt.
Filter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (413, 513) eine oder mehrere Ableitungsöffnungen (451, 452, 551, 552) für ein gefiltertes Medium (203, 204, 205) aufweist.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (13, 413, 513) im Zusammenspiel mit dem Filterelement (1) einen ersten Ableitungsbereich (453, 553) für ein Medium, welches durch das erste Filtermedium (3) geleitet wurde und einen zweiten Ableitungsbereich (454, 554) für ein Medium, welches durch das zweite Filtermedium (4) geleitet wurde, definiert, wobei die beiden Ableitungsbereiche (453, 454, 553, 554) innerhalb des Gehäuses (411, 511) voneinander getrennt sind.
Verwendung des Filters zur Bereitstellung und/oder zur Filtration zweier Medienströme unterschiedlicher Zusammensetzung.
Verwendung des Filters nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Partikelfilter zur Bereitstellung von Motoransaugluft (203) und als Kohlenwasserstofffalle zur Verringerung des Kohlenwasserstoffgehalts aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen (202), insbesondere von Kraftstoffausgasungen.
Filtrationsanlage eines Fahrzeugs, umfassend - eine Zuleitung für außerhalb des Fahrzeugs angesaugte Umgebungsluft (201) zu einem Filter (10, 410, 510) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; - den Filter (10, 410, 510) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und - eine Ableitung gefilterter Umgebungsluft (203) zu einem Motor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, wobei der erfindungsgemäße Filter (10, 410, 510), das erste Filtermedium (3) aufweist zur Filtration von durch die Zuleitung zugeführter Ansaugluft (201) und wobei der erfindungsgemäße Filter das zweites Filtermedium (4) aufweist zur Filtration von durch die Ableitung anströmendem kohlenwasserstoffhaltigen Gas (202).