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Die Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Filterelemente werden insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik und dort beispielsweise in Klimaanlagen, Luftfiltern, Ölfiltern oder Kraftstofffiltern eingesetzt und dienen dazu, ein an das Filterelement herangeführtes Rohfluid zu filtrieren. Die erfindungsgemäßen Filterelemente können als Luftfilter für Verbrennungsmotoren oder auch als Zuluftfilter für Brennstoffzellen eingesetzt werden. Beim Rohfluid handelt es sich beispielsweise um Außenluft, Innenluft oder eine Kombination von Außen- und Innenluft oder um Kraftstoffe oder um Schmierstoffe. Durch die Filtration werden Partikel und/oder andere Substanzen aus dem Rohfluid herausgetrennt, so dass dieses gereinigt und als Reinfluid zur weiteren Verwendung verfügbar ist.
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In der Praxis lagern sich die aus dem Fluid herausgetrennten Partikel oder Substanzen nach und nach an einem Filterkörper des Filterelements an und setzten diesen unter Ausbildung einer mehr oder weniger zusammenhängenden Schmutzschicht nach und nach zu. Die Filterleistung des Filterelements ist dadurch herabgesetzt. Die die Schmutzschicht bildenden Partikel oder Substanzen setzen sich im Betrieb des Filterelements bevorzugt in strömungsarmen „Totwasser“ Bereichen des Filterelements ab, was bei den bekannten Filterelementen üblicherweise zu einer ungleichförmigen Bildung der Schmutzschicht am Filterkörper führt. Mit der ungleichförmigen Schmutzschichtbildung geht allerdings eine Verkleinerung der aktiven, noch von Fluid durchströmbaren, anströmseitigen Filterbeladungsfläche einher, so dass sich insgesamt eine relativ ungünstige Fluidströmung innerhalb des Filterelements einstellt, wodurch die Filterleistung des Filterelements negativ beeinflusst wird. Zur Vermeidung ist bei Filterelementen ein regelmäßiger und unter Umständen auch relativ häufiger Wechsel des Filterkörpers vorzunehmen, um eine einwandfreie Filterfunktion zu gewährleisten. Letztlich wünscht man sich allerdings wartungsfreundlichere Filterelemente, insbesondere ist eine relativ hohe Standzeit der eingesetzten Filterkörper wünschenswert.
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Aus der
WO 2016/087386 ist ein Filterelement mit einem auswechselbaren Filterkörper bekannt. Das Filterelement hat eine erste und eine zweite Endscheibe zwischen denen ein als Filtermaterial bezeichneter Filterkörper zum Filtern von Fluid angeordnet ist. Der Filterkörper trennt das Filterelement in einen Reinluftbereich und einen Rohluftbereich, wobei der Rohluftbereich mindestens einen „Totwasser“ Bereich hat, der eine ungleichförmige Schmutzschichtbildung am Filterkörper begünstigt.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform eines Filterelements zum Filtrieren von Fluid bereitzustellen.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
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Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine dem Rohfluid zugewandte, anströmseitige Filterelementfläche eines Filterkörpers zum Filtern des Fluids, die nachfolgend als anströmseitige Filterbeladungsfläche bezeichnet ist, in ihrer Gesamtheit gleichmäßig mit Rohfluid zu beladen. Dadurch wird die anströmseitige Filterbeladungsfläche pro Flächeneinheit stets mit einer praktisch immer gleichen Rohfluidkraft beaufschlagt, so dass sich eine relativ gleichmäßige und ausgeglichene Rohfluiddruckverteilung an der Filterbeladungsfläche einstellt. Das hat die überraschenden Effekte, dass sich im Filterelement ein strömungsgünstiger Zustand einstellt und dass der Filterkörper gleichmäßig von Fluid durchströmbar ist, so dass ein relativ großer Rohfluidvolumenstrom filtrierbar ist. Ferner lagern sich die die Schmutzschicht bildenden Partikel und Substanzen gleichförmigen am Filterkörper an, so dass dieser über einen längeren Zeitraum nutzbar ist.
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Diesem Gedanken folgend, schlägt die Erfindung ein Filterelement, insbesondere ein Luftfilterelement, zum Filtern eines Fluids, insbesondere eines Rohfluids, wie Außenluft, Innenluft, eine Kombination von Außen- und Innenluft, Kraftstoffe oder Schmierstoffe, vor, das zwei Endscheiben, eine in einem Randbereich der Endscheiben angeordnete und die Endscheiben miteinander verbindenden Außenwand umfasst. Zwischen den Endscheiben ist mindestens ein Filterkörper zum Filtern des Fluids angeordnet. Es ist möglich, dass sich der Filterkörper aus mehreren Teilfilterkörpern zusammensetzt oder dass der Filterkörper einstückig gestaltet ist. Jedenfalls hat das Filterelement ferner mindestens eine einzige oder mehrere Rohluftöffnungen durch die das Rohfluid in das Filterelement einströmen kann. Ferner hat das Filterelement noch mindestens eine einzige oder mehrere Reinluftöffnungen, durch die das filtrierte und fortan als Reinfluid bezeichnete Rohfluid abströmen kann, beispielsweise zu stromabwärts angeordneten Verbrauchern. Der erwähnte Filterkörper ist, insbesondere zwischen den Reinluftöffnungen und den Rohluftöffnungen, so angeordnet, dass im Filterelement ein Reinluftkanal von einem Rohluftkanal getrennt ist. Man kann auch sagen, dass das Filterelement durch den Filterkörper zweigeteilt wird. Wesentlich ist, dass im Rohluftkanal mindestens eine Strömungsleiteinrichtung zum Leiten einer von den Rohluftöffnungen zum Filterkörper strömenden Rohfluidströmung aus Rohfluid angeordnet ist. Mittels der Strömungsleiteinrichtung wird eine anströmseitige Filterbeladungsfläche des Filterkörpers relativ gleichmäßig und ausgeglichen mit Rohfluid beladen, so dass sich ein praktisch auf der gesamten Filterbeladungsfläche betragsmäßig gleich großer Rohfluiddruck an der Filterbeladungsfläche einstellt. Dadurch werden die oben erwähnten Vorteile realisiert, nämlich zunächst eine relativ gleichmäßige und ausgeglichen Beladung des Filterkörpers mit Rohfluid. Im Ergebnis werden damit ein relativ strömungsgünstiger Zustand innerhalb des Filterelements und ein relativ großer filtrierbarer Rohfluidvolumenstrom erreicht. Ferner lagern sich die die Schmutzschicht bildenden Partikel und Substanzen gleichförmigen am Filterkörper an, so dass dieser eine höhere Standzeit hat, als die bekannten Filterkörper.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Strömungsleiteinrichtung des Filterelements mindestens eine sandwichartig im Rohluftkanal zwischen den Endscheiben angeordnete Zwischenwand zum Leiten einer Rohfluidströmung. Die Zwischenwand ist bevorzugt mit Abstand zu den beiden Endscheiben ringsum an der Außenwand angeordnet, insbesondere mit wenigstens einem spaltbereiten Abstand zu einer oder beiden Endscheiben, und liegt berührend und spaltfrei am Filterkörper an. Das hat den Effekt, dass das durch die Rohluftöffnungen heranströmende Rohfluid in mehrere separate Rohfluidströme aufteilbar ist, bevorzugt in zwei Rohfluidströme. Beispielsweise können die Rohfluidströme räumlich getrennt voneinander auf die Filterbeladungsfläche geleitet werden. Insgesamt ergibt sich durch die Teilung des durch die Rohluftöffnungen heranströmenden Rohfluids der Vorteil, dass die abgeteilten Rohfluidströme jeder für sich auf die Filterbeladungsfläche leitbar sind, so dass eine relativ gleichmäßige und ausgeglichen Beladung des Filterkörpers mit Rohfluid realisiert ist. Beispielsweise können auch mehrere Zwischenwände vorgesehen sein.
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Um eine weitere Optimierung der Rohfluidströme im inneren des Filterelements und somit eine noch gleichmäßigere Durchströmung des Filterkörpers zu erreichen, kann die Zwischenwand von einem ebenen oder gewellten oder gebogenen oder perforierten Flachkörper gebildet sein. Die Zwischenwand ist beispielsweise einstückig oder mehrteilig gestaltet.
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Praktischerweise sind die Zwischenwand und/oder die Außenwand und/oder die Endscheiben jeweils aus einem Kunststoffmaterial oder Verbundstoffmaterial hergestellt, technisch vorstellbar ist auch eine Variante aus einem Metallmaterial. Bevorzugt ist allerdings, wenn die Zwischenwand und/oder die Außenwand und/oder die beiden Endscheiben aus demselben Kunststoffmaterial oder Verbundmaterial hergestellt sind, so dass die betreffenden Bauteile beispielsweise im Rahmen eines Kunststoffspritzverfahrens hergestellt werden können. Dadurch ist die Herstellung des Filterelements relativ kostengünstig möglich.
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Bevorzugt ist eine Gestalt, bei der die Zwischenwand den Rohluftkanal in einen ersten und einen zweiten Rohluftteilkanal trennt, die bevorzugt paarweise nebeneinander im Filterelement angeordnet sind. Damit ist das Filterelement nicht nur in einen Rohluftkanal und in einen Reinluftkanal getrennt, sondern verfügt zusätzlich noch über eine Zweiteilung des Rohluftkanals. Man kann sagen, dass das Filterelement insgesamt viergeteilt ist. Jedenfalls ergibt sich durch die Teilung der Vorteil, dass die verschiedenen aus Rohfluid bestehenden Rohfluidteilströme jeder für sich auf die Filterbeladungsfläche leitbar sind, so dass eine relativ gleichmäßige und ausgeglichene Beladung des Filterkörpers mit Rohfluid realisiert ist. Ist es denkbar, dass die Rohluftteilkanäle unterschiedlich hoch ausgebildet sind, was beispielsweise durch eine bezogen auf die beiden Endscheiben außermittige Anordnung der Zwischenwand an der Außenwand des Filterelements realisiert werden kann.
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Aus strömungstechnischen Überlegungen heraus ist es denkbar, dass der erste und zweite Rohluftteilkanal gemeinsam in die Rohluftöffnung münden, so dass Rohfluid durch die Rohluftöffnung oder die Rohluftöffnungen in den ersten und zweiten Rohluftteilkanal strömen kann. Grundsätzlich ist vorstellbar, dass jeder Rohluftteilkanal über eine eigene Rohluftöffnung verfügt, so dass durch die Rohluftteilkanäle beispielsweise unterschiedliches Fluid geleitet werden kann.
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Zweckmäßigerweise münden der erste und zweite Rohluftteilkanal gemeinsam an der Filterbeladungsfläche, so dass die zur Verfügung stehende Filterbeladungsfläche mit Rohfluid beaufschlagbar ist. Bevorzugt ist dabei, wenn der erste Rohluftteilkanal eine erste Teilfilterbeladungsfläche und der zweite Rohluftteilkanal eine zweite Teilfilterbeladungsfläche von der Filterbeladungsfläche abtrennen, so dass zwei voneinander getrennte Filterbeladungsflächen gebildet sind. Die Teilfilterbeladungsflächen sind beispielsweise zueinander flächenmäßig gleich groß oder flächenmäßig unterschiedlich gestaltet, beispielsweise in einem Flächenverhältnis von 1/2 oder 1/3 oder 1/4. Wenn die Teilfilterbeladungsflächen flächenmäßig gleich groß bemessen sind, kann vom ersten und zweiten Rohluftteilkanal jeweils ein identischer Rohfluidvolumenstrom an die Teilfilterbeladungsflächen heranströmen, so dass die Teilfilterbeladungsflächen jeweils mit einer identischen Fluidkraft beaufschlagt sind, um einen gleichmäßigen Rohfluiddurck am Filterkörper einzustellen. Im Ergebnis ist damit eine ausgeglichene Druckbeladung der Filterbeladungsfläche möglich. Das hat den Vorteil, dass ein relativ großer Rohfluidvolumenstrom gefiltert werden kann.
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Die erste und zweite Teilfilterbeladungsfläche definieren zweckmäßigerweise ein dimensionsloses Flächenverhältnis. Das Flächenverhältnis bestimmt sich bevorzugt aus dem Quotient aus der ersten Teilfilterbeladungsfläche und der zweiten Teilfilterbeladungsfläche, beispielsweise: Quotient= erste Teilfilterbeladungsfläche/ zweite Teilfilterbeladungsfläche. Bevorzugt ist das definierte dimensionslose Flächenverhältnis 1/10, 1/3, 1/2, 2/3 oder 9/10 bzw. 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0.
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Um zu erreichen, dass die Zwischenwand relativ fest und spaltfrei am Filterkörper anliegt, wird bevorzugt, dass die Zwischenwand unter Zwischenschaltung eines lösbar oder unlösbar an der Zwischenwand angeordneten Randvorsprungs berührend an der Filterbeladungsfläche des Filterkörpers anliegt. Der Randvorsprung kann zweckmäßigerweise über die Zwischenwand hervorstehen. Der Randvorsprung verfügt ferner bevorzugt über elastische Eigenschaften und ist daher zweckmäßig aus eine elastischen Material wie Kunststoffmaterial oder Verbundstoffmaterial hergestellt. Es ist allerdings auch denkbar, dass der Randvorsprung aus demselben Material wie die Zwischenwand besteht. Ferner kann der Randvorsprung einstückig an der Zwischenwand angeformt oder alternativ als separates Einzelbauteil an die Zwischenwand angeordnet sein. Exemplarisch kann der Randvorsprung durch einen Dichtkörper, beispielsweise eine Dichtschnur oder ein Dichtband, gebildet sein. Im Ergebnis wird dadurch der oben erwähnte Effekt erzielt, dass die Zwischenwand relativ fest, berührend und spaltfrei am Filterkörper anliegt, wodurch der Vorteil entsteht, dass sich im Betrieb des Filterelements lediglich relativ geringe und praktisch keine Bypass-Strömungen zwischen einem von der Zwischenwand abgetrennten ersten und zweiten Rohluftteilkanal ausbilden. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Beladung des Filterkörpers erzielt werden.
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Um weitere Bypass-Strömungen zwischen einem von der Zwischenwand abgetrennten ersten und zweiten Rohluftteilkanal zu minimieren oder zu verhindern, kann die Zwischenwand allseits an der Außenwand berührend anliegen oder an die Außenwand stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig angeformt sein, bevorzugt auf hälftiger Höhe zwischen den beiden Endscheiben. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse innerhalb des Filterelements weiter optimiert, so dass die gleichmäßige Beladung des Filterkörpers verbessert ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn die aus einem Metall-, Kunststoff- oder Verbundstoffmaterial hergestellte Zwischenwand als Einzelbauteil ausgebildet und dauerhaft oder lösbar an die Außenwand angeformt ist. Dadurch kann die Zwischenwand beispielsweise als Zukaufteil oder als Nachrüstteil bereitgestellt werden. Alternativ kann die Zwischenwand einstückig mit der Außenwand ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist zwischen der Zwischenwand und der Außenwand eine voneinander getrennte Resonatorkammern umfassende Resonatoreinrichtung angeordnet. Jede Resonatorkammer kann mit der Rohfluidströmung zusammenwirken. Mögliche Resonatortypen sind beispielsweise Interferenzdämpfer, Resonanzdämpfer oder Absorptionsdämpfer. Ferner kann die Zwischenwand in wenigstens eine oder alle Resonatorkammern eingreifen, um wenigstens eine oder alle Resonatorkammern in wenigstens zwei Resonatorteilkammern zu trennen. Damit kann aus fertigungstechnischer Sicht relativ kostengünstig eine Vielzahl von Resonatorkammern bereitgestellt werden. Zweckmäßigerweise sind die Resonatorteilkammern unabhängig voneinander durch einen ersten und/oder zweiten Rohluftteilkanal gemäß der vorstehenden Beschreibung mit Rohfluid beaufschlagbar.
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Bevorzugt ist, wenn zwischen der Zwischenwand und der Außenwand entweder innerhalb des ersten oder innerhalb des zweiten Rohluftteilkanals gemäß der vorstehenden Beschreibung jeweils eine voneinander getrennte Resonatorkammern umfassende Resonatoreinrichtung angeordnet ist. Zweckmäßigerweise kann die Zwischenwand in diesem Fall in wenigstens eine oder alle Resonatorkammern eingreifen, um wenigstens eine oder alle Resonatorkammern in wenigstens zwei Resonatorteilkammern zu trennen. Weiter zweckmäßig können in diesem Fall die Resonatorteilkammern unabhängig voneinander entweder durch den ersten oder den zweiten Rohluftteilkanal hindurch mit Rohfluid beaufschlagbar sein. Hierdurch können die erzeugten Dämpfungen und Wirkfrequenzen in weiten Bereichen eingestellt und auf die Signatur der Geräuschquelle angepasst werden.
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Eine bevorzugte Gestalt des Filterelements kann erreicht werden, wenn die beiden Endscheiben zueinander winkelig oder parallel orientiert sind und die Filterbeladungsfläche des Filterkörpers winkelig oder orthogonal zu den Endscheiben ausgerichtet ist. Die Zwischenwand ist dabei bevorzugt parallel zu den Endscheiben angeordnet.
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Eine weitere bevorzugte Gestalt des Filterelements kann erreicht werden, wenn die beiden Endscheiben winkelig oder parallel zueinander orientiert und die Filterbeladungsfläche winkelig oder orthogonal zu den Endscheiben orientiert sind. Optimal ist es dann, wenn an der Filterbeladungsfläche ein Normalenvektor definiert ist, bezüglich dem die Zwischenwand parallel angeordnet ist, wobei die Zwischenwand relativ zu einer Endscheibe winkelig angeordnet ist. Insbesondere ist zwischen der Zwischenwand und einer Endscheibe ein Winkel zwischen 0° und 90° begrenzt. Dadurch ist die Zwischenwand relativ zu den beiden Endscheiben winkelig, also verkippt oder windschief.
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Im Rahmen einer anderen bevorzugten Gestalt des Filterelements ist es ferner möglich, dass die Endscheiben zueinander winkelig oder parallel orientiert sind und die Filterbeladungsfläche winkelig oder orthogonal zu den Endscheiben orientiert sind. In diesem Fall ist es optimal, wenn an der Filterbeladungsfläche ein Normalenvektor und ein parallel zu einer Endscheibe orientierter Tangentialvektor definiert ist, wobei die Zwischenwand relativ zum Normalenvektor winkelig und parallel zum Tangentialvektor angeordnet ist. Insbesondere ist zwischen der Zwischenwand und dem Normalenvektor ein Winkel zwischen 0° und 90° begrenzt. Dadurch ist die Zwischenwand relativ zu den beiden Endscheiben winkelig, also verkippt oder windschief.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrichtung mindestens eine Strömungsleitrippenanordnung zum Leiten einer Rohfluidströmung umfasst. Dabei kann die Strömungsleitrippenanordnung wenigstens eine, zwei oder mehr Strömungsleitrippen zum Leiten einer Rohfluidströmung umfassen. Zweckmäßigerweise ist im ersten und/oder zweiten Rohluftteilkanal gemäß der vorstehenden Beschreibung jeweils mindestens eine Strömungsleitrippenanordnung angeordnet.
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Zweckmäßigerweise kann mindestens eine Strömungsleitrippe einstückig oder als Einzelbauteil an einer Endscheibe oder beiden Endscheiben oder der Zwischenwand oder der Außenwand angeordnet sein. Beispielsweise können die Strömungsleitrippen angeklebt oder angeschraubt sein. Es besteht ferner die Möglichkeit, dass mindestens eine Strömungsleitrippe stützenartig zwischen einer Endscheibe und der Zwischenwand angeordnet ist, um die Zwischenwand relativ zur Endscheibe abzustützen. Dadurch wird eine Versteifung des Filterelements erreicht. Um eine weitere Versteifung des Filterelements zu realisieren, können sich eine oder alle Strömungsleitrippen ausschließlich oder zusätzlich an der Außenwand abstützen.
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Jedenfalls kann mindestens eine Strömungsleitrippe in eine Resonatorkammer einer zwischen der Außenwand und der Zwischenwand angeordneten Resonatoreinrichtung eingreift, um beispielweise wenigstens eine Resonatorkammer in eine erste und zweite Resonatorteilkammer zu trennen.
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Insbesondere kann mindestens eine Strömungsleitrippe einer im ersten Rohluftteilkanal angeordneten Strömungsleitrippenanordnung in der Rohluftöffnung ausmünden, um einen durch die Rohluftöffnung strömenden Rohfluidstrom in mindestens einen ersten und einen zweiten Rohfluidteilstrom zu teilen. Dabei ist es sinnvoll, wenn mindestens eine weitere Strömungsleitrippe einer im zweiten Rohluftteilkanal angeordneten weiteren Strömungsleitrippenanordnung ebenfalls in der Rohluftöffnung ausmündet, um den durch die Rohluftöffnung strömenden Rohfluidstrom in mindestens einen dritten und vierten Rohfluidteilstrom aufzuteilen. Dadurch wird erreicht, dass der erste Rohfluidteilstrom einen ersten Teilfilterbeladungsflächenabschnitt einer ersten Teilfilterbeladungsfläche und der zweite Rohfluidteilstrom einen zweiten Teilfilterbeladungsflächenabschnitt der ersten Teilfilterbeladungsfläche mit Rohfluid versorgen kann, während der dritte Rohfluidteilstrom einen ersten Teilfilterbeladungsflächenabschnitt einer zweiten Teilfilterbeladungsfläche und der vierte Rohfluidteilstrom einen zweiten Teilfilterbeladungsflächenabschnitt der zweiten Teilfilterbeladungsfläche mit Rohfluid versorgt.
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Zweckmäßigerweise umfassen der erste Rohfluidteilstrom 10% bis 35% des Rohfluidstroms, insbesondere 28%, der zweite Rohfluidteilstrom 10% bis 25% des Rohfluidstroms, insbesondere 22%, der dritte Rohfluidteilstrom 10% bis 35% des Rohfluidstroms, insbesondere 28% und der vierte Rohfluidteilstrom 10% bis 25% des Rohfluidstroms, insbesondere 22%.
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Zweckmäßigerweise ist im Bereich des Rohluftkanals und/oder des Reinluftkanals zwischen der Außenwand und dem Filterkörper und/oder der Filterbeladungsfläche ein umlaufender inäquidistanter Spalt definiert.
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Weiter zweckmäßigerweise ist der Filterkörper plissiert und/oder hufeisenförmig gestaltet. Der Filterköper kann auch ein Filtermaterial umfassen, das insbesondere als ein Gewebe, ein Gestricke, ein Gewirke oder als ein sonstiges maschenbildendes Material oder als Schaumstoff realisiert ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass an der Filterbeladungsfläche des Filterkörpers eine umlaufende Zentriernut zum Aufnehmen eines Randbereichs der Zwischenwand oder des Randvorsprungs der Zwischenwand angeordnet ist, so dass der Filterkörper im Rahmen eines Filterwechsels an die Zwischenwand geschoben und der Randbereich bzw. der Randvorsprung in die Zentriernut eintauchen kann, um das ordnungsgemäße Positionieren des Filterkörpers an der Zwischenwand relativ einfach und haptisch sowie optisch sensierbar zu machen.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement mit einem zwischen zwei Endscheiben angeordneten Filterkörper zum Filtern von Rohluft, wobei die Endscheiben mittels einer an den Randbereichen der Endscheiben angeordneten Außenwand miteinander verbunden sind. Das Filterelement hat zum Durchführen eines Rohfluidstroms ferner eine Rohluftöffnung und eine Reinluftöffnung. Wesentlich ist, dass der Filterkörper das Filterelement in einen Reinluftkanal und einen Rohluftkanal trennt, wobei im Rohluftkanal eine Strömungsleiteinrichtung zum Leiten des Rohfluidstroms zu einer anströmseitigen Filterbeladungsfläche des Filterkörpers angeordnet ist, um eine ausgeglichene und gleichmäßige Fluiddruckbeladung der Filterbeladungsfläche zu erreichen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Filterelements,
- 2 in einer Draufsicht das Filterelement aus 1 gemäß einem in 1 eingefügten Pfeil II, wobei das Filterelement gemäß einer in 1 gepunktet dargestellten Schnittebene aufgetrennt ist,
- 3 eine Schnittansicht des Filterelements aus 2 gemäß einer dort punktiert angedeuteten Schnittlinie III-III,
- 4 eine weitere Schnittansicht des Filterelements aus 2 allerdings gemäß einer dort punktiert angedeuteten Schnittlinie IV-IV,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Zwischenbauteils des Filterelements und
- 6 in einer weiteren perspektivischen Ansicht das Filterelement aus 1 in Einbaulage, wobei eine Endscheibe des Filterelements zwecks Erkennbarkeit transparent gestaltet ist.
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Die Zeichnung zeigt ein im Gesamten mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes Filterelement, das insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt wird. Filterelemente 1 dienen dort bevorzugt in Klimaanlagen, Luftfiltern, Ölfiltern oder Kraftstofffiltern dazu, ein an das Filterelement herangeführtes Rohfluid zu filtrieren.
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In der 1 ist in perspektivischer Ansicht ein Filterelement 1 dargestellt, dass zwei Endscheiben 2, 3 umfasst, die zueinander parallel ausgerichtet sind, obwohl grundsätzlich auch eine winkelige Ausrichtung zueinander denkbar ist. Zwischen den Endscheiben 2, 3 ist eine die beiden Endscheiben 2, 3 miteinander stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig verbindende Außenwand 5 angeordnet. Die Außenwand 5 ist jeweils an einem Randbereich 4 der beiden Endscheiben 2, 3 angeordnet. Im Beispiel gemäß 1 schleißt die Außenwand 5 bündig an eine umlaufende Kante der jeweiligen Endscheibe 2, 3 an. Alternativ kann die Außenwand 5 mit einem minimalen Abstand zur umlaufende Kante der jeweiligen Endscheibe 2, 3 angeordnet sein, so dass an den Randbereichen 4 der beiden Endscheiben 2, 3 jeweils ein umlaufender Randvorsprung stehen bleibt.
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In jedem Fall begrenzen die beiden Endscheiben 2, 3 und die Außenwand 5 zwischen sich eine Filterkammer 36, die durch einen an der Außenwand 5 angeordneten Rohfluideinlassstutzen 37 zum Einleiten von Rohfluid mit Rohfluid beaufschlagbar ist, siehe 1. Das Rohfluid wird im Inneren der Filterkammer 36 gefiltert und kann als Reinfluid über einen an der Außenwand 5 angeordneten Reinfluidauslassstutzen 38 zum Ableiten von Reinfluid aus der Filterkammer 36 abströmen. Dabei definiert der Rohfluideinlassstutzen 37 zweckmäßigerweise wenigstens eine einen lichten Querschnitt aufweisende Rohluftöffnung 7, durch die hindurch Rohfluid in die Filterkammer 36 strömen kann. Der Reinfluidauslassstutzen 38 definiert wenigstens eine einen lichten Querschnitt aufweisende Reinluftöffnung 8, durch die hindurch filtriertes Reinfluid aus der Filterkammer 36 abströmen kann. Der Rohfluideinlassstutzen 37 und der Reinfluidauslassstutzen 38 können jeweils als zylindrischer und innenhohler Rohrkörper gestaltet sein. Beispielsweise kann der Rohrkörper an die Außenwand 5 stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig angeordnet sein.
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In der 2 ist in einer Draufsicht das Filterelement 1 aus 1 gemäß einem in 1 eingefügten Pfeil II dargestellt, wobei das Filterelement 1 entlang einer in 1 gepunktet dargestellten Schnittebene aufgetrennt ist. Zu erkennen ist, dass zwischen den beiden Endscheiben 2, 3 innerhalb der Filterkammer 36 ein Filterkörper 6 zum Filtern des Rohfluids angeordnet ist. Der Filterkörper 6 ist vorliegend hufeisenförmig gestaltet. Es versteht sich, dass auch andere Filterkörperformen vorgesehen werden können. Der Filterkörper 6 trennt die Filterkammer 36 in einen Reinluftkanal 9 und in einen Rohluftkanal 10. Damit kann durch die Rohluftöffnungen 7 des Rohfluideinlassstutzens 37 eingeströmtes Rohfluid lediglich unter Durchtritt des Filterkörpers 6 vom Rohluftkanal 10 zum Reinluftkanal 9 gelangen, um die Filterkammer 36 durch die Reinluftöffnung 8 des Reinfluidauslassstutzens 38 verlassen zu können. In der 2 ist eine Fluidströmung 12, die nachfolgend auch als Reinfluidströmung 12 oder Rohfluidströmung 12 bezeichnet ist, durch mehrere sich durch das Filterelement 1 schlängelnde gestrichelt dargestellte Pfeile angedeutet.
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In der 2 ist ferner zu erkennen, dass im Rohluftkanal 10 eine Strömungsleiteinrichtung 11 zum Leiten der Rohfluidströmung 12 angeordnet ist. Die Strömungsleiteinrichtung 11 ist so beschaffen, dass sie die Rohfluidströmung 12 zu einer anströmseitigen Filterbeladungsfläche 13 des Filterkörpers 6 leitet. Dadurch wird eine relativ ausgeglichene und gleichförmige Fluiddruckbeladung der Filterbeladungsfläche 13 realisiert.
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Die 3 zeigt eine Schnittansicht des Filterelements 1 aus 2 gemäß einer in 2 eingezeichneten Schnittlinie III-III. Zu erkennen ist, dass die beiden Endscheiben 2, 3 mittels der Außenwand 5 miteinander verbunden sind, um die Filterkammer 36 zu begrenzen. Die 3 zeigt ferner einen Blick durch die Rohluftöffnungen 7 des Rohfluideinlassstutzens 37 und zumindest ausschnittsweise einen Längsschnitt durch den Reinfluidauslassstutzen 38 und dessen Reinluftöffnung 8. In die Filterkammer 36 ist der Filterkörper 6 eingesetzt, um den Reinluftkanal 9 und den Rohluftkanal 10 zu bilden. Zum besseren Verständnis des Filterprozesses ist in der 3 der Weg des Fluids durch das Filterelement 1 anhand einer Fluidströmung 12 mittels mehreren Pfeilen dargestellt. Im Rahmen des Filterprozesses strömt das Rohfluid durch den Rohfluideinlassstutzen 37 in den Rohluftkanal 10 und gelangt an die Filterbeladungsfläche 13 des Filterkörpers 6. Beim Durchtritt durch den Filterkörper 6 wird das Rohfluid von mitgeführten Partikeln und Substanzen getrennt, also gefiltert. Im Anschluss kann das nun als Reinfluid bezeichnete Fluid in den Reinluftkanal 9 gelangen, um von dort durch den Reinfluidauslassstutzen 38 aus dem Filterelement 1 abzuströmen.
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Die 3 zeigt ferner, dass die im Rohluftkanal 10 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 11 eine zwischen den beiden Endscheiben 2, 3 sandwichartig angeordnete Zwischenwand 14 umfasst, die zum Leiten der Rohfluidströmung 12 dient. Zweckmäßigerweise teilt die Zwischenwand 14 den Rohluftkanal 10 in einen ersten und einen zweiten Rohluftteilkanal 16, 17, durch die ein erster und ein zweiter Rohfluidteilstrom 28, 29 von der Rohluftöffnung 7 unter Ausbildung der Rohfluidströmung 12 in Richtung des Filterkörpers 6 strömen. Der erste und zweite Rohluftteilkanal 16, 17 münden gemeinsam paarweise an der anströmseitigen Filterbeladungsfläche 13 des Filterkörpers 6 und teilen die Filterbeladungsfläche 13 auf, wobei sie eine erste Teilfilterbeladungsfläche 18 und eine zweite Teilfilterbeladungsfläche 19 begrenzen. Die erste und zweite Teilfilterbeladungsfläche 18, 19 werden mit dem ersten Rohfluidteilstrom 28 bzw. mit dem zweiten Rohfluidteilstrom 29 beladen, so dass der Filterkörper 6 sozusagen in verschiedene Beladungszonen aufgeteilt ist. Damit ist die Filterbeladungsfläche 13 in relativ kleinflächige Teilfilterbeladungsflächen 18, 19 aufgeteilt, die einfacher gleichmäßig und ausgeglichen mit Rohfluid zu beaufschlagen sind, so dass im Filterelement 1 insgesamt eine strömungsgünstigere Fluidleitung realisiert ist. Die erste und die zweite Teilfilterbeladungsfläche 18, 19 sind gemäß 3 flächenmäßig gleich groß gestaltet, was beispielsweise dadurch erreicht wird, dass die Zwischenwand 14 hälftig zwischen der ersten und zweiten Endscheiben 2, 3 an der Außenwand 5 angeordnet ist. Abweichende flächenmäßige Gestaltungen der Teilfilterbeladungsfläche 18, 19 sind natürlich denkbar, beispielsweise im Flächenverhältnis von 1/2, 1/3.
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Bei der Zwischenwand 14 handelt es sich exemplarisch um einen ebenen Flachkörper 15, der beispielsweise aus einem Metallmaterial, einem Kunststoffmaterial oder einem Verbundstoffmaterial hergestellt ist. Gemäß 3 ist der Flachkörper 15 oder die Zwischenwand 14 einstückig an die Außenwand 5 angeformt.
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In der 4 ist eine Schnittansicht des Filterelements 1 aus 2 gemäß einer in 2 punktiert eingezeichneten Schnittlinie IV-IV dargestellt. Zu erkennen ist beispielsweise, dass die Außenwand 5 zu den beiden parallel zueinander orientierten Endscheiben 2, 3 orthogonal ausgerichtet ist. Die durch die beiden Endscheiben 2, 3 sowie die Außenwand 5 begrenzte Filterkammer 36 ist durch das Filterelement 6 in den Rohluftkanal 10 sowie in den Reinluftkanal 9 aufgetrennt, wobei die Ansicht gemäß 4 einen Blick in Richtung des Reinfluidauslassstutzen 38 und dessen Reinluftöffnung 8 erlaubt. Sowohl in 3 als auch in 4 ist zu erkennen, dass die Zwischenwand 14 einerseits an der Außenwand 5 angeordnet ist und andererseits unter Zwischenschaltung eines Randvorsprungs 20 am Filterkörper 6 berührend anliegt. Weiterhin ist zwischen der Zwischenwand 14 und der Außenwand 5 eine mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnete Resonatoreinrichtung vorgesehen. Die Resonatoreinrichtung 21 dient dazu durch das Filterelement 1 strömendes Fluid in Schwingung zu versetzen, um die akustischen Eigenschaften des Filterelement 1 einstellbar und/oder optimierbar zu machen.
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Jedenfalls umfasst die Resonatoreinrichtung 21 eine Vielzahl von Resonatorkammern 22, die vom Fluid durchströmbar sind und, wie der Gitarrenkörper einer Gitarre, als Resonanzkörper dienen. Beispielsweise hat die Resonatoreinrichtung 21 im Bereich einer oder mehrerer Resonatorkammern 22 einen als Resonator-öffnungsschlitz 39 bezeichneten Ausbruch, der das ein- und ausströmen von Rohfluid erlaubt. Gemäß 4 ist ferner zu erkennen, dass die Zwischenwand 14 in mehrere Resonatorkammern 22 eingreift, wodurch eine Resonatorkammer 22 in wenigstens zwei Resonatorteilkammern 23 aufgeteilt ist. Dadurch können die akustischen Eigenschaften des Filterelements 1 noch besser eingestellt und optimiert werden.
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In der 5 ist in einer perspektivischen Ansicht ein nicht näher bezeichnetes Zwischenbauteil des Filterelements 1 dargestellt. Es umfasst die Zwischenwand 14 sowie die Außenwand 5 und eine dazwischen ausgebildete Resonatoreinrichtung 21. Die Zwischenwand 14, die ringsum an der Außenwand 5 stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig angeordnet ist, hat nach innen hin einen freien Zwischenplatten-Randbereich 40, der im Betrieb des Filterelements 1 am Filterkörper 6 berührend und relativ dicht anliegt. Am Zwischenplatten-Randbereich 40 der Zwischenplatte 14 ist ein Randvorsprung 20 angeordnet, der beispielsweise nach oben und untenhin, jeweils orthogonal zur Großfläche der Zwischenplatte 14 vor die Zwischenplatte 14 absteht, um sozusagen einen Randwulst zu bilden. Zweckmäßigerweise liegt der Randvorsprung 20 im Betrieb des Filterelements 1 am Filterkörper 6 berührend und relativ dicht an. An der Zwischenwand 14 ist ferner eine Strömungsleitrippenanordnung 26 zum Leiten von Fluid vorgesehen, die aus mindestens einer Strömungsleitrippe 27 besteht. In den 5 sind zwei Strömungsleitrippen 27, gemäß 3 eine einzige und gemäß 2 sogar vier Strömungsleitrippen 27 zu erkennen. Die Strömungsleitrippen 27 haben, wie die Zwischenwand 14, den Zweck, das durch den Rohfluideinlassstutzen 37 einströmende Rohfluid aufzuteilen und zu leiten.
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Durch die Vielzahl an Strömungsleitrippen 27 und die Zwischenwand 14 ergeben sich gemäß 4 exemplarisch vier Rohfluidteilströme 28, 29, 30, 31, die ausgehend von dem Rohfluideinlassstutzen 37 entlang von vier angedeuteten Rohluftteilkanälen 16, 17, 41, 42 durch den Rohluftkanal 10 hindurch zur anströmseitigen Filterbeladungsfläche 13 des Filterkörper 6 strömen. Die Vielzahl von Rohluftteilkanälen 16, 17, 41, 42 teilt die Filterbeladungsfläche 13 in eine relativ gro-ße Anzahl von Teilfilterbeladungsflächenabschnitte 32, 33, 34, 35. Dadurch wird eine relativ ausgeglichene und gleichförmige Fluiddruckbeladung der Filterbeladungsfläche 13 realisiert.
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In der 6 ist zuletzt in einer perspektivischen Ansicht das Filterelement 1 aus 1 zu erkennen, wobei es in einer Einbaulage dargestellt und eine Endscheibe 2 des Filterelements 1 zwecks besserer Erkennbarkeit transparent gestaltet ist. An dem Rohfluideinlassstutzen 37 und dem Reinfluidauslassstutzen 38 sind beispielsweise jeweils Fluidschläuche angeordnet, durch die das Fluid am Filterelement 1 bereitstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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