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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteraufnahme und eine Filteranordnung.
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Stand der Technik
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Luftfilter für Fahrzeuge können bekannter Weise in einer Filteraufnahme aufgenommen werden. Die Filteraufnahme dient insbesondere dazu, den Luftfilter zu schützen. Dadurch können die Standzeit und die Filtereffizienz des Luftfilters erhöht werden.
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Die
DE 10 2016 003 456 A1 beschreibt eine Filteraufnahme für ein Filterelement, die in dem Rohgas enthaltene Partikel mittels Fliehkraft abscheiden kann, bevor diese das Filterelement erreichen. Dies ist besonders im Bereich landwirtschaftlicher Nutzfahrzeuge und Baufahrzeuge nützlich, weil ein Filtermedium des Filterelements ansonsten aufgrund der starken Staubbelastung beschädigt werden oder verstopfen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Filteraufnahme für ein Filterelement bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Filteranordnung mit einem Filterelement bereitzustellen.
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Demgemäß wird eine Filteraufnahme für ein Filterelement, das quer zu einer Längsrichtung desselben einen ovalen Querschnitt aufweist, vorgeschlagen. Die Filteraufnahme umfasst eine Stirnseite, eine insbesondere rohrförmige Mantelfläche und eine ringförmige Einströmöffnung an der Stirnseite zum Einströmen von zu filterndem Fluid in die Filteraufnahme, wobei die ringförmige Einströmöffnung Fluidleitelemente aufweist, die dazu eingerichtet sind, das einströmende Fluid von der Längsrichtung abzulenken, wobei die Fluidleitelemente die Einströmöffnung in mehrere Einströmkanäle aufteilen, und wobei zumindest ein Einströmkanal zwischen zwei Fluidleitelementen geschlossen ist.
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Die Filteraufnahme kann auch als Gehäuse oder Filtergehäuse bezeichnet werden. Die ringförmige Einströmöffnung ist insbesondere eine ovale oder kreisrunde Einströmöffnung, die sich zwischen einer Innen- und einer Außenwand eines Einströmabschnitts der Filteraufnahme erstreckt. Die Fluidleitelemente bzw. Leitelemente können Leitschaufeln sein, die derart innerhalb der ringförmigen Einströmöffnung angeordnet sind, dass sie die Innen- und die Außenwand des Einströmabschnitts verbinden, insbesondere fluiddicht verbinden. Bevorzugt mündet der Einströmabschnitt axial und weiter bevorzugt konzentrisch in den ringförmigen Rohbereich, der zwischen Mantelfläche der Filteraufnahme und der äußeren Mantelfläche eines einzubauenden Filterelements gebildet ist.
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Die Einströmkanäle sind insbesondere durch nebeneinander liegenden Fluidleitelemente und durch die Innen- und die Außenwand des Einströmabschnitts gebildet. Ein Querschnitt der Einströmkanäle kann beispielsweise rechteckig oder rund sein. Das einströmende Fluid, insbesondere Luft, kann durch zumindest einen offenen Einströmkanal in die Filteraufnahme einströmen. Insbesondere strömt das einströmende Fluid entlang der Längsrichtung in den offenen Einströmkanal ein. Die Fluidleitelemente leiten das einströmende Fluid von der Längsrichtung ab. Die Fluidleitelemente sind hierzu beispielsweise als in einem vorbestimmten Winkel schräg zur Längsrichtung stehende Leitschaufeln ausgebildet. Das einströmende Fluid kann derart durch die Fluidleitelemente umgelenkt werden, dass es bei Austritt aus den Einströmkanälen in eine Ausströmrichtung strömt, die sowohl eine Komponente entlang der Längsrichtung als auch eine Komponente entlang der Umfangsrichtung der Innenseite der Mantelfläche hat. Das aus den Kanälen ausströmende Fluid strömt insbesondere tangential an der Innenseite der Mantelfläche entlang, wodurch die Filteraufnahme als Vorabscheider zum Abscheiden von Partikeln, beispielsweise von Sand, Staub, Pflanzenteile oder dergleichen, aus dem Fluid wirken kann. Die Strömung wird hierbei bevorzugt so umgelenkt, dass eine zumindest teilweise entlang der Mantelfläche um ein einzubauendendes Filterelement rotierende Luftbewegung entsteht und Partikel nach außen in Richtung der Mantelfläche getragen werden. Man spricht ihn diesem Zusammenhang auch von rotativer Abscheidung. Auf zusätzliche, dem Filtergehäuse vorgeschaltete, Vorabscheider und auf Einlassrohre kann dadurch verzichtet werden. Hierdurch kann die Filteraufnahme besonders kostengünstig hergestellt werden.
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Der zumindest eine zwischen zwei Leitelementen geschlossene Einströmkanal ist insbesondere derart geschlossen, dass er ein Einströmen von Fluid in die Filteraufnahme nicht zulässt. Dadurch, dass zumindest ein Einströmkanal geschlossen ist, kann eine Ausströmfläche der ringförmigen Einströmöffnung, die insbesondere durch die Fläche der offenen Einströmkanäle gebildet ist, reduziert werden. Dadurch kann bei gleicher einströmenden Fluidströmung eine Geschwindigkeit des durch die offenen Einströmkanäle einströmenden Fluids erhöht werden, sodass auch eine Geschwindigkeit des Fluids innerhalb der Filteraufnahme, insbesondere entlang der Innenseite der Mantelfläche, erhöht werden kann. Durch diese höhere Geschwindigkeit des Fluids in der Filteraufnahme kann ein Vorabscheidegrad erhöht werden, wodurch eine verbesserte Filteraufnahme geschafft wird.
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Dadurch, dass zumindest ein Einströmkanal geschlossen ist, kann die Filteraufnahme auf einfache Weise an Strömungsverhältnisse des einströmenden Fluids angepasst werden. Somit können auch eine flexiblere Herstellung und eine einfache Gestaltung der Filteraufnahme erfolgen.
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Zudem kann selbst wenn die Ein- und/oder die Ausströmfläche der jeweiligen Einströmkanäle zum Vermeiden eines Verstopfens der Einströmkanäle vergrößert wird, ein Vorabscheiden der Partikel erfolgreich durchgeführt werden, weil zumindest ein Einströmkanal geschlossen ist.
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Die Filteraufnahme weist insbesondere einen ovalen Querschnitt auf. Unter oval kann ein rechteckiger Querschnitt mit verrundeten Ecken, ein elliptischer Querschnitt oder ein aus mehreren Kreisbögen gebildeter Querschnitt verstanden werden. Ein kreisförmiger Querschnitt ist ebenfalls denkbar. Die vorzugsweise ovale Querschnittsgeometrie der Filteraufnahme führt im Vergleich zu einer kreisrunden Querschnittsgeometrie zu einer Möglichkeit, eine Filteraufnahme mit Vorabscheidung in engen, insbesondere flachen Bauräumen zu verwenden unter Beibehaltung eines günstigen Vorabscheidegrads der Partikel. Tatsächlich bringt die sich verändernde Krümmung des Querschnitts der Filteraufnahme eine Geschwindigkeitsänderung der Partikel innerhalb der Filteraufnahme mit sich. Insbesondere können die Partikel in einem Abschnitt mit einer großen Krümmung, in der der ovale Querschnitt der Filteraufnahme einen großen Radius hat, beschleunigt werden und in Richtung der Innenseite der Mantelfläche getragen werden. In einem Abschnitt mit einer kleineren Krümmung hingegen, in der der ovale Querschnitt der Filteraufnahme einen kleineren Radius hat, können die Partikel entschleunigt werden, sodass sie aus der Filteraufnahme herausfallen.
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Weiterhin können aufgrund der ovalen Querschnittsgeometrie auch schmale oder rechteckige Bauräume zum Aufnehmen der Filteraufnahme genutzt werden. Die Mantelfläche der Filteraufnahme kann als Wandung eines Aufnahmeabschnitts der Filteraufnahme, der zur Aufnahme des Filterelements dient, betrachtet werden. Die Mantelfläche kann aus einem Kunststoffmaterial oder einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Insbesondere ist die Mantelfläche ein Kunststoffspritzgussbauteil. Die Mantelfläche kann auch einteilig ausgebildet sein.
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Zumindest ein Teil der Leitelemente kann schräg zu einer Einströmrichtung des Fluids in die ringförmige Einströmöffnung angeordnet sein, sodass sie das einströmende Fluid von der Längsrichtung weglenken. Insbesondere kann jedes Leitelement einen ersten parallel zu der Einströmrichtung orientierten Abschnitt und einen zweiten schräg zu der Einströmrichtung orientierten Abschnitt aufweisen. Die Abschnitte sind relativ zueinander in dem Krümmungswinkel geneigt angeordnet. Die Krümmungswinkel aller Leitelemente können gleich sein. Alternativ können die Leitelemente unterschiedliche Krümmungswinkel aufweisen. Beispielsweise können die Krümmungswinkel über den Umfang der Filteraufnahme variieren.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Fluidleitelemente gleichmäßig über einen Umfang der ringförmigen Einströmöffnung verteilt angeordnet. Vorzugsweise sind die Fluideinlässe gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. In diesem Fall kann ein Einströmquerschnitt der Einströmkanäle über den Umfang der ringförmigen Einströmöffnung konstant sein. Alternativ können die Fluideinlässe ungleichmäßig verteilt angeordnet sein. In diesem Fall kann sich der jeweilige Einströmquerschnitt über den Umfang der ringförmigen Einströmöffnung verändern. Durch die Variation der Einströmquerschnitte kann der Vorabscheidegrad optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen 30 und 40 % einer Ausströmfläche der ringförmigen Einströmöffnung geschlossen. Dadurch kann der Vorabscheidegrad weiter optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwischen einer Hälfe und drei Viertel, insbesondere zwei Drittel der Einströmkanäle geschlossen. Hiermit wird ein besonders hoher Vorabscheidegrad erreicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine geschlossene Einströmkanal durch ein Brückenelement verschlossen, das zwei nebeneinander liegende Fluidleitelemente verbindet. Das Brückenelement ist insbesondere an den zwei nebeneinander liegende Fluidleitelementen befestigt, beispielsweise geklebt, geklemmt oder angeschraubt. Das Brückenelement kann auch abnehmbar bzw. wegklappbar zwischen den zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelementen angeordnet sein, sodass das Brückenelement automatisch oder manuell durch einen Benutzer entfernt bzw. weggeklappt werden kann, wenn dieses nicht mehr benötigt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Brückenelement ein Steg, der tangential an einer stromaufwärtigen Seite der ringförmigen Einströmöffnung zwischen den zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelementen angeordnet ist. Der Steg kann insbesondere eine Metall- oder Kunststoffplatte sein. Eine Länge des Stegs entspricht insbesondere einem Abstand zwischen den zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelementen. Der Steg kann derart angeordnet sein, dass das einströmende Fluid überhaupt nicht in den Einströmkanal, der durch die zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelemente gebildet ist, eintreten kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform verstopft bzw. verschließt das Brückenelement den Einströmkanal, der durch die zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelemente gebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform deckt das Brückenelement den Einströmkanal, der durch die zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelemente gebildet ist, ab.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Brückenelement einstückig mit den zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelementen gebildet. Die zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelemente und das Brückenelement können zum Beispiel einen Klotz oder ein U-förmiges Teil bilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Brückenelement ein massives Element.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Stirnseite ein einstückiges Spritzgussbauteil. Insbesondere umfasst die einstückige Stirnseite die Fluidleitelemente. Hierdurch kann die Stirnseite, und somit auch die Filteraufnahme, besonders kostengünstig hergestellt werden. Das Spritzgussbauteil kann aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen und/oder aus Polyamid, hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zumindest zwei nebeneinander liegende Fluidleitelemente derart angeordnet, dass sie einen sich in eine Durchströmrichtung verjüngenden Einströmkanal bilden. Der sich in Durchströmrichtung verjüngende Einströmkanal kann auch als ein trichterförmiger Einströmkanal bezeichnet werden. Solch ein trichterförmiger Einströmkanal kann die Geschwindigkeit des einströmenden Fluids erhöhen, und ein erhöhter Vorabscheidegrad kann erzielt werden. Somit ist eine Filteraufnahme mit sich in die Durchströmrichtung verjüngenden Einströmkanäle strömungstechnisch sehr effizient. Die zwei nebeneinander liegende Fluidleitelemente, die den trichterförmigen Einströmkanal bilden, sind insbesondere derart ausgerichtet, dass das aus dem Einströmkanal ausströmende Fluid von der Längsrichtung umgelenkt ist. Hierzu können die zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelemente unterschiedliche Krümmungswinkel aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Fluidleitelemente dazu eingerichtet, das einströmende Fluid derart abzulenken, dass es spiralförmig entlang der Umfangsrichtung der Innenseite der Mantelfläche rohseitig um das Filterelement strömt. Insbesondere kann das einströmende Fluid das Filterelement tangential, spiralförmig, schraubenförmig oder helixförmig umströmen. Durch diese spiralförmige Bewegung des Fluids innerhalb der Filteraufnahme kann ein Vorabscheiden der Partikel besonders effizient durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelementen zwischen 15 und 25 mm. Insbesondere beträgt der Abstand 20 mm. Der angegebene Abstand kann, insbesondere wenn die zwei Fluidleitelemente parallel zueinander angeordnet sind, die kleinste Distanz zwischen den zwei Fluidleitelementen sein. Der Abstand ist insbesondere ein Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Fluidleitelementen in eine tangentiale Richtung der ringförmigen Einströmöffnung. Dieser Abstand wird insbesondere derart gewählt, dass er groß genug ist, um ein Verstopfen der Einströmkanäle zu vermeiden. Zudem kann der Abstand klein genug gewählt werden, sodass das einströmende Fluid mit hoher Wirkung umgelenkt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Breite der Einströmöffnung bzw. der jeweiligen Einströmkanäle in radiale Richtung konstant, und beträgt zwischen 5 und 15 mm, insbesondere 10 mm. Anders ausgedrückt kann ein Abstand zwischen der Innen- und der Außenwand des Einströmabschnitts zwischen 5 und 15 mm betragen. Die Breite der Einströmöffnung ist insbesondere groß genug, um ein Verstopfen der Einströmkanäle zu vermeiden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Stirnseite oval. Insbesondere weist die Stirnseite mit der Einströmöffnung einen ovalen Querschnitt auf. Hierdurch kann ein geringer Druckverlust beim Einströmen des zu filternden Fluids in die Einströmöffnung erreicht werden. Aufgrund der ovalen Querschnittsgeometrie können auch schmale oder rechteckige Bauräume zum Aufnehmen der Filteraufnahme genutzt werden. Alternativ kann die Stirnseite einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Filteranordnung mit der oben oder unten beschriebenen Filteraufnahme und einem Filterelement, das in einem Aufnahmeabschnitt der Filteraufnahme aufgenommen ist, vorgeschlagen. Das Filterelement ist derart in der Filteraufnahme aufgenommen, dass ein zu filterndes Fluid das Filterelement radial durchströmt.
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Das Filterelement ist vorzugsweise ein Luftfilter zum Filtern von Ansaugluft für eine Brennkraftmaschine oder einen Kompressor. Vorzugsweise findet das Filterelement in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwägen, Baufahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen bzw. Fahrzeugen oder Luftfahrzeugen Anwendung. Das Filterelement umfasst insbesondere eine erste Endscheibe, eine zweite Endscheibe und ein zwischen der ersten Endscheibe und der zweiten Endscheibe angeordnetes Filtermedium. Das Filtermedium ist vorzugsweise gefaltet. Das Filtermedium ist beispielsweise ein Filtergewebe, ein Filtergelege, ein Filterpapier oder ein Filtervlies. Insbesondere kann das Filtermedium in einem Papierherstellungsverfahren, in einem Spinnvlies-, Nassvlies- oder Meltblown-Verfahren hergestellt sein. Weiter kann das Filtermedium verfilzt oder vernadelt sein. Das Filtermedium kann Naturfasern, wie Cellulose oder Baumwolle, oder Kunstfasern, beispielsweise aus Polyester, Polyvinylsulfit oder Polytetrafluorethylen, aufweisen. Die Fasern können bei der Verarbeitung in, schräg und/oder quer zur Maschinenrichtung orientiert sein. Das Filtermedium kann mit den Endscheiben verschmolzen, verklebt oder verschweißt sein.
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Das Filterelement kann einen Anströmschutz aufweisen, der das Filtermedium zumindest teilweise bedeckt, und mit dem verhindert wird, dass in dem zu filternden Fluid enthaltene Partikel, wie beispielsweise Sand, direkt auf das Filtermedium auftreffen. Dadurch kann der Vorabscheidegrad optimiert werden. Hierdurch wird eine Beschädigung des Filtermediums verhindert. Dies erhöht die Standzeit des Filterelements. Der Anströmschutz kann mit der ersten Endscheibe verbunden sein. Der Anströmschutz kann fluiddicht sein. Der Anströmschutz kann eine Folie sein. Alternativ kann der Anströmschutz fluiddurchlässig sein. Beispielsweise kann der Anströmschutz aus einem feinmaschigen Netz oder Gitter gefertigt sein. Vorzugsweise ist der Anströmschutz aus einem Kunststoffmaterial gefertigt.
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Das Filterelement ist insbesondere derart in der Filteraufnahme angeordnet, dass die Einströmrichtung des zu filternden Fluids entlang der Umfangsrichtung der Innenseite der Mantelfläche orientiert ist, so dass das zu filternde Fluid das in der Filteraufnahme aufgenommene Filterelement tangential umströmt, um an der Innenseite der Mantelfläche in dem zu filternden Fluid enthaltene Partikel mit Hilfe von Fliehkraft abzuscheiden.
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Das Filterelement kann auch eine an der ersten Endscheibe vorgesehene Dichteinrichtung aufweisen, wobei die Dichteinrichtung dazu eingerichtet ist, das Filterelement bezüglich der Filteraufnahme für dasselbe radial abzudichten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Filterelement derart in der Filteraufnahme aufgenommen, dass ein radialer Abstand zwischen dem Filterelement und einer Innenseite einer Mantelfläche der Filteraufnahme konstant ist.
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Die Filteraufnahme ist insbesondere dazu eingerichtet, das Filterelement bezüglich einer Längsrichtung desselben mittig in der Filteraufnahme aufzunehmen. Hierzu können an der Filteraufnahme und/oder an dem Filterelement Zentrierschrägen vorgesehen sein.
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Im bestimmungsgemäßen Gebrauch kann die ringförmige Einströmöffnung vertikal verlaufen. Für den Fall, dass die Filteraufnahme einen ovalen Querschnitt aufweist, ist eine Langseite des ovalen Querschnitts insbesondere vertikal angeordnet, und eine Kurzseite des ovalen Querschnitts ist insbesondere horizontal angeordnet. In alternativen Ausführungsformen verläuft die ringförmige Einströmöffnung horizontal, sodass die Langseite des ovalen Querschnitts insbesondere horizontal und die Kurzseite des ovalen Querschnitts insbesondere vertikal angeordnet ist.
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Eine Partikelaustragsöffnung, über die aus dem Fluid vorabgeschiedene Partikel abgeführt werden, kann an der Filteraufnahme vorgesehen sein. Die Partikelaustragsöffnung ist im bestimmungsgemäßen Gebrauch insbesondere an einer Unterseite der Filteraufnahme angeordnet, sodass die Partikel vertikal nach unten aus der Filteraufnahme austreten bzw. herausfallen können.
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Durch dieses Verschließen von einzelnen Einströmkanälen entsteht wesentlich eine Anordnung, in welcher einzelne, entlang eines Rings verteilte Einströmöffnungen voneinander bevorzugt regelmäßig beabstandet sind. Die Einströmkanäle sind bevorzugt radial außen an der Stirnseite angeordnet, um ein Einströmen in den Rohbereich, der zwischen Mantelfläche der Filteraufnahme und der äußeren Mantelfläche eines einzubauenden Filterelements gebildet ist, zu erleichtern. Um die Gefahr eines Verstopfens der Einströmkanäle durch Fremdkörper zu reduzieren, ermöglicht die Erfindung deren Einströmquerschnitt derart zu optimieren, dass ein möglichst großer Teil der Breite des Rohbereichs bzw. der Einströmöffnung für den Einströmkanal genutzt werden kann. Um die Einströmgeschwindigkeit und damit die Rotationsgeschwindigkeit der Luft innerhalb der Filteraufnahme zu erhöhen, wird der zur Einströmung verfügbare Querschnitt des Einströmabschnitts bzw. des Rohbereichs dadurch reduziert, dass die Einströmkanäle voneinander beabstandet sind, wobei zwischen zwei benachbarten Einströmkanälen eine geschlossene Wandung, die nicht durchströmbar ist, angeordnet ist. In diesem Sinne ist es für die Erfindung nicht wesentlich, dass zuvor gegenständlich oder konstruktiv vorhandene Einströmkanäle verschlossen sind, sondern dass Bereiche, die als Einströmquerschnitt oder Einströmkanal zur Verfügung stehen würden, bewusst nicht genutzt werden und verschlossen sind. Die Beschreibung mit derartigen Formulierungen dient daher dem besseren Verständnis der Erfindung und zeigt einen Weg auf, wie der Fachmann konstruktiv zur Erfindung gelangen kann.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Verfahrensschritte. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigt dabei:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung;
- 2: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Filterelements;
- 3: eine Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 4: eine Schnittansicht der Filteranordnung gemäß einer Ausführungsform; und
- 5: eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform einer Stirnseite.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung 1.
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Die Filteranordnung 1 umfasst eine Filteraufnahme 2 und ein in der Filteraufnahme 2 angeordnetes Filterelement 3, welches weiter unten mit Bezug auf die 2 beschrieben wird. Die Filteraufnahme 2 kann auch als Gehäuse oder Filtergehäuse bezeichnet werden. Die Filteraufnahme 2 umfasst eine Stirnseite 40 und eine Mantelfläche 19, die als Wandung eines Aufnahmeabschnittes für das Filterelement 3 dient. Die Mantelfläche 19 kann aus einem ersten Gehäuseteil 20 und aus einem zweiten Gehäuseteil 21 gebildet sein. Die Gehäuseteile 20, 21 können mit Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, miteinander verbunden sein. Die Gehäuseteile 20, 21 sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Alternativ können die Gehäuseteile 20, 21 aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, gefertigt sein. Beispielsweise können die Gehäuseteile 20, 21 als kostengünstige Spritzgussbauteile ausgebildet sein. Zwischen den Gehäuseteilen 20, 21 kann eine Dichteinrichtung, wie beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen sein. Alternativ kann der Aufnahmeabschnitt 19 einteilig ausgebildet sein. Das heißt, die Gehäuseteile 20, 21 bilden ein einstückiges Bauteil.
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Weiterhin weist die Filteraufnahme 2 einen von dem Aufnahmeabschnitt 19 abnehmbaren Wartungsdeckel 23 auf. Über den Wartungsdeckel 23 kann das Filterelement 3 aus dem Aufnahmeabschnitt 19 entnommen werden. Der Wartungsdeckel 23 kann mit Hilfe von Schnellverschlüssen mit dem Aufnahmeabschnitt 19 verbunden sein. Zwischen dem Wartungsdeckel 23 und dem Aufnahmeabschnitt 19 kann eine Dichteinrichtung vorgesehen sein.
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Die Filteraufnahme 2 weist eine ringförmige Einströmöffnung 24 zum Einlass des zu filternden Fluids L in die Filteraufnahme 2 und einen Fluidauslass 25 zum Auslass des mit Hilfe des Filterelements 3 gefilterten Fluids L aus der Filteraufnahme 2 auf. Die ringförmige Einströmöffnung 24 kann, wie in den 1 und 5 gezeigt, einen ovalen Querschnitt aufweisen. Mit Hilfe des ovalen Querschnitts kann im Vergleich zu einem kreisrunden Querschnitt ein geringerer Anfangsdruckverlust erreicht werden. Die Filteranordnung 1 mit dem ovalen Querschnitt kann zudem in einen schmalen oder rechteckigen Bauraum angeordnet werden. Das zu filternde Fluid L tritt in einer Einströmrichtung E in die ringförmige Einströmöffnung 24 ein. Der Fluidauslass 25 weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf. Das Fluid L tritt in einer Ausströmrichtung A vorzugsweise parallel zur Längsrichtung LR des Filterelements 3 aus dem Fluidauslass 25 aus.
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An der Filteraufnahme 2 kann eine Partikelaustragsöffnung 26 vorgesehen sein. Die Partikelaustragsöffnung 26 ist vorzugsweise rohrförmig. Über die Partikelaustragsöffnung 26 können aus dem Fluid L vorabgeschiedene Partikel 33, insbesondere Staub oder Sand, aus der Filteraufnahme 2 abgeführt werden. Die Partikelaustragsöffnung 26 kann ein Ventil aufweisen. Die Gehäuseteile 20, 21 und/oder der Wartungsdeckel 23 können mit Rippen verstärkt sein.
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Wie die 1 und 3 zeigen, weist jede ringförmige Einströmöffnung 24 mehrere Leitelemente 47 als Fluidleitelemente zum Umlenken des Fluids L auf, von denen nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Die Leitelemente 47 teilen die ringförmige Einströmöffnung 24 in mehrere Einströmkanäle 35, 36, sodass um einen Umfang u der Filteraufnahme 2 verteilt eine beliebige Anzahl an Einströmkanäle 35, 36 vorgesehen ist. Von den Einströmkanälen 35, 36 sind die Einströmkanäle 36 offen, sodass das zu filternde Fluid L in die Filteraufnahme 2 strömen kann. Das Einströmen des Fluids L in die Filteraufnahme 2 ist in der 1 durch die Pfeile S dargestellt. Die restlichen Einströmkanäle 35 sind durch Stege 37 geschlossen, sodass sie das zu filternde Fluid L nicht in die Filteraufnahme 2 lassen. Die Stege 37 sind radial an der stromaufwärtigen Seite der ringsförmigen Einströmöffnung 24, also an der Rohseite RO, angeordnet. Hierbei sind die Stege 37 einstückig mit den Leitelementen 47 geformt.
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Jedes Leitelement 47 weist einen Krümmungswinkel α auf, welcher in der 3 zu sehen ist. Die Leitelemente 47 sind dazu eingerichtet, das einströmende, zu filternde Fluid L so abzulenken, dass dieses, wie in der 4 mit Hilfe eines Pfeils 32 gezeigt, das Filterelement 3 schraubenförmig umströmt. Hierbei wird das Filterelement 3 tangential angeströmt. Hierdurch werden an einer Innenseite 30 der Mantelfläche 19 der Filteraufnahme 2 Partikel 33 abgeschieden, die über die nach unten weisende Partikelaustragsöffnung 26 der Filteraufnahme 2 nach unten aus der Filteraufnahme 2 abführbar sind. Die Leitelemente 47 können als Leitschaufeln ausgebildet sein. Ein Krümmungswinkel α der Leitelemente 47 kann umlaufend um das Filterelement 3 variiert werden.
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Die 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform einer Stirnseite 40. Die Strinseite 40 aus der 5 unterscheidet sich von der Stirnseite aus den 1 und 3 lediglich dadurch, dass die geschlossenen Einströmkanäle 35 nicht durch angeklebte Stege 37 geschlossen sind, sondern durch Brückenelemente 38, die einstückig mit den die Einströmkanäle 35 bildenden Leitelementen 47 geformt sind. Die Stirnseite 40 kann, inklusive der Brückenelemente 38, einstückig als ein Spritzgussbauteil geformt sein.
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Jeder Einströmkanal 35, 36 ist durch zwei nebeneinander liegende Leitelemente 47, sowie durch eine Innen- und eine Außenwand 45, 46 der ringförmigen Einströmöffnung 24 gebildet. Ein Querschnitt der jeweiligen Einströmkanäle 35, 36 variiert entlang des Umfangs der Filteraufnahme 2. In Bereichen der Filteraufnahme 2 mit einer geringen Krümmung ist der Querschnitt der Einströmkanäle 35, 36 rechteckig.
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In der Ausführungsform, die in der 5 dargestellt ist, sind zwei Drittel der Einströmkanäle 35, 36 geschlossen. Somit ist 33.3 % einer Ausströmfläche der ringförmigen Einströmöffnung 24 geschlossen. Dadurch kann bei gleicher einströmenden Fluidströmung eine Geschwindigkeit des durch die offenen Einströmkanäle 36 einströmenden Fluids L erhöht werden, sodass auch eine Geschwindigkeit des Fluids L innerhalb der Filteraufnahme 2 erhöht wird. Durch diese höhere Geschwindigkeit des Fluids L in der Fluidaufnahme F kann eine Partikelmenge, die durch die Partikelaustragsöffnung 26 aus der Filteraufnahme austritt, erhöhten werden, und ein Vorabscheidegrad wird verbessert.
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Der Querschnitt der offenen Einströmkanäle 36 kann erhöht werden, wodurch eine Verstopfung der Einströmkanäle 36 verhindert wird.
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Zudem sind die Leitelemente 47 gleichmäßig über den Umfang u der ringförmigen Einströmöffnung 24 verteilt. Insbesondere beträgt ein Abtand a zwischen zwei nebeinander liegenden Leitelementen 47 konstant über den Umfang u 20 mm. Eine Breite d der Einströmkanäle 35, 36, die einem Abstand zwischen der Innen- und dere Außenwand 45, 46 der ringförmigen Einströmöffnung 24 entspricht, beträgt zudem 9 mm.
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Das Filterelement 3 wird anhand der 2 beschrieben. Die Filteranordnung 1 findet vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwägen, Baufahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen bzw. Fahrzeugen oder Luftfahrzeugen Anwendung. Das Filterelement 3 ist insbesondere dazu geeignet, Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine oder eines Kompressors zu filtern. Vorzugsweise ist das Filterelement 3 ein Luftfilter.
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Das Filterelement 3, das auch als Primärelement oder Hauptelement bezeichnet werden kann, umfasst ein Filtermedium 4, das ein Mittelrohr 5 umgibt. Das Mittelrohr 5 ist vorzugsweise gitterförmig und damit fluiddurchlässig. Das Filtermedium 4 ist vorzugsweise gefaltet. Das gefaltete Filtermedium 4 kann zur Stabilisierung mit einem Fadenwickel 6 umwickelt sein. Das Filtermedium 4 ist beispielsweise ein Filtergewebe, ein Filtergelege oder ein Filtervlies. Insbesondere kann das Filtermedium 4 in einem Papierherstellungsverfahren, einem Spinnvlies-, Nassvlies- oder Meltblown-Verfahren hergestellt sein. Weiter kann das Filtermedium 4 verfilzt oder vernadelt sein. Das Filtermedium 4 kann Naturfasern, wie Cellulose oder Baumwolle, oder Kunstfasern, beispielsweise aus Polyester, Polyvinylsulfit oder Polytetrafluorethylen, aufweisen. Die Fasern können bei der Verarbeitung in, schräg und/oder quer zur Maschinenrichtung orientiert sein.
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Das Filterelement 3 weist eine erste Endscheibe 7 und eine zweite Endscheibe 8 auf. Die Endscheiben 7, 8 sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertig. Beispielsweise können die Endscheiben 7, 8 als kostengünstige Kunststoffspritzgussbauteile, beispielsweise aus einem Polyurethanmaterial, ausgebildet sein. Die Endscheiben 7, 8 können ferner als Schaumteile, insbesondere als Polyurethanschaumteile, gebildet sein. Die Endscheiben 7, 8 können an das Filtermedium 4 angegossen sein. Das Filtermedium 4 ist zwischen den Endscheiben 7, 8 angeordnet. Auf einer dem Filtermedium 4 abgewandten Vorderseite 9 der ersten Endscheibe 7 ist eine Dichteinrichtung 10 zum Abdichten des Filterelements 3 gegenüber der Filteraufnahme 2 vorgesehen. Die Dichteinrichtung 10 ist dazu eingerichtet, das Filterelement 3, insbesondere radial, gegenüber der Filteraufnahme 2 abzudichten.
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Das Filtermedium 4 kann mit den Endscheiben 7, 8 verschmolzen, verklebt oder verschweißt sein. Die zweite Endscheibe 8 ist plattenförmig und fluidundurchlässig. In der ersten Endscheibe 7 ist eine Aufnahmeöffnung 11 vorgesehen. Weiterhin weist das Filterelement 3 einen Anströmschutz 12 auf, der ein direktes Anströmen des Filtermediums 4 mit partikelbeladenem Fluid L verhindert. Das Fluid L kann Luft sein. Der Anströmschutz 12 kann eine Folie oder ein engmaschiges Netz oder Gitter sein. Der Anströmschutz 12 kann fluidundurchlässig oder fluiddurchlässig sein. Der Anströmschutz 12 kann mit dem Filtermedium 4 verklebt, verschweißt oder verschmolzen sein. Der Anströmschutz 12 ist benachbart zu der ersten Endscheibe 7 angeordnet. Insbesondere grenzt der Anströmschutz 12 an die erste Endscheibe 7 an. Der Anströmschutz 12 kann mit der ersten Endscheibe 7 verbunden sein. In weiteren Ausführungsformen ist der Anströmschutz 12 Teil der Gehäuseteile 20, 21. Zu reinigendes Fluid L tritt von einer Rohseite RO des Filterelements 3 durch das Filtermedium 4 hindurch in einen von dem Mittelrohr 5 umgebenen Hohlraum und strömt aus diesem durch die Aufnahmeöffnung 11 als gefiltertes Fluid L auf eine Reinseite RL des Filterelements 3.
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Das Filterelement 3 weist in einer Längsrichtung LR desselben einen ovalen Querschnitt auf. Der Querschnitt kann sich ausgehend von der ersten Endscheibe 7 in Richtung der zweiten Endscheibe 8 verringern, so dass das Filterelement 3 konisch zuläuft. Bevorzugt jedoch weist das Filterelement 3, wie in der 2 gezeigt, einen ovalen Querschnitt auf. Das heißt, das Filterelement 3 ist zylinderförmig mit einer ovalen Basisfläche. Das Filterelement 3 weist eine Breite b und eine Höhe h auf. Die Breite b ist größer als die Höhe h. Bevorzugt beträgt die Breite b das zwei- bis dreifache der Höhe h, weiter bevorzugt beträgt die Breite b das 1,5- bis dreifache der Höhe h.
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Während eines Betriebs des in der Filteraufnahme 2 aufgenomenen Filterelements 3 strömt das Fluid L, insbesondere Luft, in die Einströmrichtung E durch die Einströmkanäle 35 der ringförmigen Filteröffnung 24 ein und wird durch die Leitelemente 47 in eine Umlenkrichtung UR (3) entlang der Innenseite 30 der Mantelfläche 19 umgeleitet. Die in der Luft L enthaltenen Partikel 33 werden durch die Partikelaustragsöffnung 26 aus der Filteraufnahme 2 herausgetragen, bzw. die Partikel 33 fallen aus der Partikelaustragsöffnung 26 heraus. Die Luft L umströmt das Filterelement 3 spiralförmig. Die Luft L durchströmt das Filterelement 3, insbesondere das Filtermedium 4, radial. Die gefilterte Luft L strömt anschließend durch das Mittelrohr 5 in Richtung des Fluidauslasses 25, und tritt auf der Reinseite RL aus der Filteraufname 2 aus. Die gefilterte Luft L wird beispielsweise zum Fahrzeugmotor weitergeleitet.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Beispielsweise kann die Größe der Bauteile sowie eine Anzahl an Leitelementen beliebig verändert werden. Es kann auch ein Filterelement einer anderen Art verwendet werden. Auch die Geometrie der Filteraufnahme und der Leitelemente ist modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filteranordnung
- 2
- Filteraufnahme
- 3
- Filterelement
- 4
- Filtermedium
- 5
- Mittelrohr
- 6
- Fadenwickel
- 7
- Endscheibe
- 8
- Endscheibe
- 9
- Vorderseite
- 10
- Dichteinrichtung
- 11
- Aufnahmeöffnung
- 12
- Anströmschutz
- 19
- Mantelfläche
- 20
- Gehäuseteil
- 21
- Gehäuseteil
- 23
- Wartungsdeckel
- 24
- ringförmige Einströmöffnung
- 25
- Fluidauslass
- 26
- Partikelaustragsöffnung
- 30
- Innenseite
- 32
- Pfeil
- 33
- Partikel
- 35, 36
- Einströmkanäle
- 37
- Steg
- 38
- Brückenelement
- 40
- Stirnseite
- 45
- Innenwand
- 46
- Außenwand
- 47
- Fluidleitelement
- a
- Abstand
- A
- Ausströmrichtung
- b
- Filterelementbreite
- d
- Breite
- E
- Einströmrichtung
- h
- Filterelementhöhe
- L
- Fluid
- LR
- Längsrichtung
- RL
- Reinseite
- RO
- Rohseite
- UR
- Umlankrichtung
- S
- Pfeil
- u
- Umfang
- α
- Krümmungswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016003456 A1 [0003]
