DE102023101829A1 - Filter mit Spulenanordnung und Filteranordnung mit solchem Filter - Google Patents

Filter mit Spulenanordnung und Filteranordnung mit solchem Filter Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Filter und eine Filteranordnung mit solchem Filter. Der Filter (10) dient zum Filtern eines Fluidstroms (L), wobei der Filter (10) ein Filterelement (3) mit einem Faltenbalg (1) aus einem plissierten Filtermedium (7) besitzt. Erfindungsgemäß ist eine Spulenanordnung (4) in das Filterelement (3) integriert zum Induzieren einer elektrischen Spannung. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Filter und eine Filteranordnung geschaffen, welche einen dauerhaft konstant hohen Partikelabscheidegrad gewährleisten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Filter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Filteranordnung mit solchem Filter gemäß Anspruch 10.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Filter bekannt, welche in der Luftfiltration zum Einsatz kommen. Bei der Luftfiltration für Fahrzeugkabinen kommen Filter mit plissierten Filtermedien zum Einsatz. Die Filtermedien können dabei verschiedene Lagen aufweisen, z.B. elektrisch leitfähige Lagen. Auch kann eine Lage mit einer elektrostatischen Lage versehen sein, welche den Abscheidegrad des Filters erhöht.
  • Aus der WO 2010/049 052 A1 ist ein Filterelement bekannt, welches als sogenannter Kombifilter ausgestaltet ist. Ein solches Filterelement filtert Partikel und adsorbiert Gase. Filterelemente dieser Art können verwendet werden, um Fahrgasträume von schädlichen Stoffen weitgehend frei zu halten.
  • Es besteht die Anforderung, eine besonders hohe Filtrationsleistung zu bewirken und nur sehr gut gesäuberte Luft in den Fahrgastraum einzulassen. Mit altbekannten Filtermedien ist dieser Anforderung nur schwer gerecht zu werden. Besonders das Nachlassen der Filtrationsleistung und insbesondere des Abscheidegrads im Lauf der Zeit bereitet Probleme.
  • In der EP 1 913 990 A1 wird eine Filterkartusche beschrieben, welche über eine Spulenanordnung verfügt. Mittels der Spulenanordnung kann die Filterkartusche unter Anwendung von elektromagnetischer Induktion mit elektrischer Energie versorgt werden. Dazu ist in einem Gehäuse der Filterkartusche eine weitere Spulenanordnung vorgesehen. Die elektrische Energie kann in der Filterkartusche gespeichert und verwendet werden, z.B. für einen sich dort befindlichen Sensor.
  • Aufgabenstellung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Filter und eine Filteranordnung zu schaffen, mit einem guten Partikelabscheidegrad über einen längeren Nutzungszeitraum.
  • Technische Lösung
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Filter mit den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Erfindungsgemäß wurde als vorteilhaft erkannt, das Filterelement mit einer Spulenanordnung zu versehen, sodass eine Spannung im Filterelement induziert werden kann:
    • Der erfindungsgemäße Filter dient zum Filtern eines Fluidstroms, insbesondere eines Luftstroms, wobei der Filter ein Filterelement mit einem Faltenbalg aus einem plissierten Filtermedium besitzt. Das Filterelement kann des Weiteren auch noch Kantenstreifen aufweisen - alternativ als Kantenbänder bezeichnet - welche den Faltenbalg begrenzen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Spulenanordnung in das Filterelement integriert zum Induzieren einer elektrischen Spannung. Dies ermöglicht eine sogenannte induktive Energieübertragung bzw. induktive Kopplung. Die Spulenanordnung kann auch als Sekundärspule oder Empfängerspule bezeichnet werden. Die in der Spulenanordnung induzierte Spannung kann genutzt werden, um die elektrostatische Ladung des Filterelements zu erhöhen und so den Partikelabscheidegrad zu erhöhen.
    Da sich die Spulenanordnung direkt integriert in oder auf dem Filterelement befindet, ist eine besonders einfach Fertigung des Filters möglich. Eine komplizierte Anbindung einer Spulenanordnung wird vermieden.
  • Die Spulenanordnung mit ihren leitfähigen Elementen kann unterschiedlichste geometrische Ausgestaltungen aufweisen, solange Sie die Funktion einer elektrischen Spule erfüllen kann. So sind gitterartige oder sepentinenförmige oder mäanderförmige Spulengeometrien denkbar.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist die Oberfläche des Filterelements mit der Spulenanordnung versehen.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsvariante des Filters handelt es sich bei der Oberfläche mit Spulenanordnung um die rohgasseitige Oberfläche, d.h. die in Strömungsrichtung des Fluidstroms stromaufwärtig gelegene Oberfläche des Faltenbalgs.
  • Die Spulenanordnung kann sich dabei über einen Teil der Oberfläche des Faltenbalgs erstrecken und auf der Oberfläche angebracht sein.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante des Filters weist das Filterelement mindestens einen Kantenstreifen auf und der mindestens eine Kantenstreifen ist an dem Faltenbalg befestigt. In vorteilhafter Weise handelt es sich bei der Oberfläche mit Spulenanordnung um eine Oberfläche des Kantenstreifens, insbesondere um eine außenliegende Oberfläche.
  • In einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Weiterbildung des Filters wird die Spulenanordnung durch einen Aufdruck auf das Filterelement gebildet. Der Aufdruck kann mit einer elektrisch leitfähigen Farbe bzw. Paste erfolgen, entweder auf das Filtermedium, bevor dieses plissiert wird, oder auf den Kantenstreifen.
  • In einer alternativen Ausgestaltung des Filters wird die Spulenanordnung durch eine Vliesstofflage des Filtermediums bzw. des Kantenstreifens gebildet, welche mit metallischen Fasern oder mit metallischen Partikeln versehen ist.
  • In Weiterbildung des Filters wird die Spulenanordnung durch konzentrische Linien auf dem Filterelement, d.h. dem Faltenbalg oder Kantenband gebildet.
  • In einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Weiterbildung des Filters ist die Oberfläche des Filterelements mit Leitelementen versehen, welche elektrisch leitend mit der Spulenanordnung verbunden oder Teil der Spulenanordnung sind. Dies bezweckt, dass die Spulenanordnung von einer Gegenspule Spannung induziert bekommen kann, und dann Ladung über die Leitelemente auf der Oberfläche des Faltenbalgs verteilt. Die Leitelemente bilden eine leitfähige Lage des Filtermediums, welche idealerweise auf der Anströmseite des Filters liegt. So kann durch die Induktion zusätzlicher Ladung der Partikelabscheidegrad besonders gut erhöht werden. Alternativ ist auch eine Anordnung auf der Abströmseite denkbar. Dies erscheint insbesondere bei einem progressiven Aufbau des Filtermediums vorteilhaft.
  • Das Filtermedium kann gebildet werden aus Vliesstoff, mehrlagigem Vliesstoff, mehrlagigem Vliesstoff mit Mikrofaser, mehrlagigem Vliesstoff mit Aktivkohlelage, mehrlagigem Vliesstoff mit funktionaler Ausrüstung gegen Allergene und mikrobiologische Substanzen oder aus mehrlagigem Vliesstoff mit Aktivkohlelage und mit funktionaler Ausrüstung gegen Allergene und mikrobiologische Substanzen
    Die Spulenanordnung kann gebildet werden aus metallischen Fasern oder aus Fasern mit metallischen Partikeln oder aus einer Paste mit elektrisch leitfähigen Partikeln, z.B. Graphene bzw. Graphenoxide oder Metallpartikel oder andere elektrisch leitfähigen Partikel.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Filteranordnung umfassend einen wie vorstehend beschriebenen Filter und ein Gehäuse, in welchem der Filter aufgenommen ist. Das Gehäuse kann auch als Rahmen, Schacht o.ä. ausgestaltet sein.
    Erfindungsgemäß ist das Gehäuse mit einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes ausgestattet, wobei die Spulenanordnung als Primärspule oder Sendespule bezeichnet werden kann. Die Spulenanordnung des Gehäuses und die Spulenanordnung des Filterelements sind derart zueinander positioniert, dass eine Erzeugung einer Induktionsspannung in der Spulenanordnung des Filterelements ermöglicht wird. D.h. es erfolgt keine direkte stromleitende Kontaktierung der Spulenanordnungen und diese sind voneinander beabstandet, bevorzugt weniger als 2cm. Dann wird eine besonders gute induktive Energieübertragung ermöglicht.
  • In Weiterbildung der Filteranordnung wird die erzeugte Induktionsspannung in der Spulenanordnung des Filterelements durch ein Leitungssystem mit Leitelementen auf der Oberfläche des Faltenbalgs verteilt, so dass eine erhöhte elektrische Ladung auf der Oberfläche des Faltenbalgs erzeugt wird, welche den Partikelabscheidegrad erhöht. Insbesondere wird dadurch die Partikelabscheiderate gemäß DIN 71460-1 für NaCl Partikel um mindestens 20% gegenüber dem Zustand ohne Spulenanordnung erhöht. In einer Weiterbildung wird der Partikelabscheidegrad um mindestens 30% erhöht, indem Hochspannung erzeugt wird.
  • Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer wie zuvor beschriebenen Filteranordnung als Innenraumluftfilter für die Kabine eines Kraftfahrzeugs.
  • Die beschriebene Erfindung und die beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander - soweit dies technisch sinnvoll ist - vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und in konstruktiver und funktioneller Hinsicht vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren verwiesen.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung soll anhand beigefügter Figuren noch näher erläutert werden. Einander entsprechende Elemente und Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit der Figuren wurde auf eine maßstabsgetreue Darstellung verzichtet. Es zeigen in schematischer Darstellung
    • 1 eine perspektivische Ansicht eines Filters
    • 2a eine Draufsicht auf ein Filterelement
    • 2b eine Ansicht eines Kantenstreifes
    • 2c-d alternative Spulenformen
    • 3 eine schematische Ansicht einer Filteranordnung
    • 4a-c Querschnitte durch Filtermedien mit mehreren Lagen
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filters. Der Filter 10 dient zum Filtern eines Luftstroms L, wobei der Filter 10 ein Filterelement 3 mit einem Faltenbalg 1 aus einem plissierten Filtermedium 7 besitzt, und das Filterelement 3 zwei Kantenstreifen 2 aufweist und die Kantenstreifen 2 an dem Faltenbalg 1 befestigt sind.
  • Die Oberfläche des Filterelements 3 ist mit einer Spulenanordnung 4 versehen (nicht dargestellt) zum Induzieren einer elektrischen Spannung. Die Spulenanordnung 4 kann auf der rohgasseitigen 101 Oberfläche des Faltenbalgs 1 angebracht sein (Position 5) oder auf einer Oberfläche des Kantenstreifens 2 (Position 6).
  • 2a zeigt eine Draufsicht auf ein Filterelement. Die Spulenanordnung 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch konzentrische Linien auf dem Faltenbalg 1 des Filterelements 3 gebildet. In der Variante von 2c durch eine gitterartige Geometrie.
  • 2b zeigt eine Ansicht eines Kantenstreifes. Die Spulenanordnung 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch konzentrische Linien auf einem Kantenband 2 des Filterelements 3 gebildet. In der Variante von 2d durch eine reduzierte Mäanderform.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Filteranordnung. Die Filteranordnung 1000 umfasst einen Filter 10 und ein Gehäuse 20, in welchem der Filter 100 aufgenommen ist. Das Gehäuse 20 ist mit einer Spulenanordnung 21 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes ausgestattet und die Spulenanordnung 21 des Gehäuses 20 und die Spulenanordnung 4 des Filterelements 3 (nicht dargestellt) sind derart zueinander positioniert, dass eine Erzeugung einer Induktionsspannung in der Spulenanordnung 4 des Filterelements ermöglicht wird.
  • 4a zeigt einen Querschnitt durch ein Filtermedium mit mehreren Lagen. Die Spulenanordnung 4 wird durch einen Aufdruck auf das Filtermedium 7 gebildet.
    Die oberste Lage des Filtermediums 7 und damit die Oberfläche des Filtermediums 7 ist mit Leitelementen versehen, welche elektrisch leitend mit der Spulenanordnung 4 verbunden sind.
    Dadurch kann die erzeugte Induktionsspannung in der Spulenanordnung 4 des Filterelements durch ein Leitungssystem mit Leitelementen auf der Oberfläche des Faltenbalgs 1 verteilt werden, so dass eine erhöhte elektrische Ladung auf der Oberfläche des Faltenbalgs 1 erzeugt wird, welche den Partikelabscheidegrad erhöht.
  • Das dargestellte Filtermedium 7 wird gebildet aus einem mehrlagigen Vliesstoff mit einer mittigen Aktivkohlelage
  • In der Variante von 4b ist die Spulenanordnung 4 auf der reingasseitigen Oberfläche des Filtermediums 7 angebracht. Das Filtermedium 7 kann dabei einen progressiven Aufbau aufweisen. Dies meint, dass die Lagen des Filtermediums - in Durchströmungsrichtung des Luftstroms L - immer feiner werden.
  • In der Variante von 4c ist die Spulenanordnung 4 auf der Oberfläche einer Lage 8 des Filtermediums 7 angebracht, wobei es sich bei der Lage 8 um eine innenliegende Lage des Filtermediums 7 handelt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung einer Filteranordnung könnte die Ladung der Oberfläche des Filterelements auch erzeugt werden, indem Leitelemente des Filterelements mit einer Hochspannung beaufschlagt werden. Die Übertragung kann durch leitungstechnische Verbindung wie z.B. Kupferkabel erfolgen. Unter Hochspannung wird hier eine elektrische Spannung größer 5kV, insbesondere um die 10 kV verstanden bei geringer Stromstärke von unter 10mA.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Faltenbalg aus plissiertem Filtermedium
    2
    Kantenstreifen
    3
    Filterelement
    4
    Spulenanordnung (des Filterelements)
    5
    mögliche Position der Spulenanordnung auf dem Faltenbalg
    6
    mögliche Position der Spulenanordnung auf dem Kantenstreifen
    7
    Filtermedium mit mehreren Lagen
    8
    Lage mit aufgebrachter Spulenanordnung
    9
    -
    10
    Filter
    20
    Gehäuse
    21
    Spulenanordnung (des Gehäuses)
    101
    Rohgasseite
    102
    Reingasseite
    1000
    Filteranordnung
    L
    Luftstrom
  • 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
    • WO 2010049052 A1 [0003]
    • EP 1913990 A1 [0005]

Claims (15)

  1. Filter (10) zum Filtern eines Fluidstroms (L), insbesondere eines Luftstroms, wobei der Filter (10) ein Filterelement (3) mit einem Faltenbalg (1) aus einem plissierten Filtermedium (7) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spulenanordnung (4) in das Filterelement (3) integriert ist.
  2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Filterelements (3) mit einer Spulenanordnung (4) versehen ist zum Induzieren einer elektrischen Spannung.
  3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Oberfläche mit Spulenanordnung (4) um die rohgasseitige (101) Oberfläche des Faltenbalgs (1) handelt.
  4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (4) auf die Oberfläche des Faltenbalgs (1) aufgebracht ist.
  5. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) mindestens einen Kantenstreifen (2) aufweist und der mindestens eine Kantenstreifen (2) an dem Faltenbalg (1) befestigt ist und, dass es sich bei der Oberfläche mit Spulenanordnung (4) um eine Oberfläche des Kantenstreifens (2) handelt.
  6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (7) mindestens eine Lage (8) aufweist und die Spulenanordnung (4) auf der Oberfläche der mindestens einen Lage (8) angeordnet ist.
  7. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (4) durch einen Aufdruck auf das Filterelement (3) gebildet wird.
  8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (4) durch eine Vliesstofflage gebildet wird, welche mit metallischen Fasern oder mit leitfähigen, insbesondere metallischen Partikeln oder mit einer leitfähigen Paste oder mit Graphenen oder Graphenoxiden versehen ist.
  9. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (4) durch konzentrische Linien auf dem Filterelement (3) gebildet wird.
  10. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Filterelements (3) mit Leitelementen versehen ist, welche elektrisch leitend mit der Spulenanordnung (4) verbunden sind.
  11. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (7) gebildet wird aus Vliesstoff, mehrlagigem Vliesstoff, mehrlagigem Vliesstoff mit Mikrofaser, mehrlagigem Vliesstoff mit Aktivkohlelage, mehrlagigem Vliesstoff mit funktionaler Ausrüstung gegen Allergene und/oder mikrobiologische Substanzen oder aus mehrlagigem Vliesstoff mit Aktivkohlelage und mit funktionaler Ausrüstung gegen Allergene und/oder mikrobiologische Substanzen und/oder, dass die Spulenanordnung (4) gebildet wird aus metallischen Fasern oder aus Fasern mit leitfähigen, insbesondere metallischen Partikeln oder aus einer Paste mit elektrisch leitfähigen Partikeln oder aus Graphenen oder Graphenoxiden.
  12. Filteranordnung (1000) umfassend einen Filter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche und ein Gehäuse (20), in welchem der Filter (100) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mit einer Spulenanordnung (21) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes ausgestattet ist und die Spulenanordnung des Gehäuses (21) und die Spulenanordnung des Filterelements (4) derart zueinander positioniert sind, dass eine Erzeugung einer Induktionsspannung in der Spulenanordnung des Filterelements (4) ermöglicht wird.
  13. Filteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Induktionsspannung in der Spulenanordnung des Filterelements (4) durch ein Leitungssystem mit Leitelementen auf der Oberfläche des Faltenbalgs (1) verteilt wird, so dass eine erhöhte elektrische Ladung auf der Oberfläche des Faltenbalgs (1) erzeugt wird, welche die Partikelabscheiderate erhöht.
  14. Verwendung einer Filteranordnung (1000) nach Anspruch 12 oder 13 als Innenraumluftfilter für die Kabine eines Kraftfahrzeugs.
  15. Verfahren zum Erhöhen der elektrostatischen Ladung eines Filters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Filteranordnung (1000) nach Anspruch 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1913990A1 (de) 2006-10-17 2008-04-23 Millipore Corporation Mit elektrischer Energie versorgte Kartuschen und andere Geräte in Gehäusen
WO2010049052A1 (de) 2008-10-31 2010-05-06 Carl Freudenberg Kg Filtermedium zur partikelfiltration

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EP1913990A1 (de) 2006-10-17 2008-04-23 Millipore Corporation Mit elektrischer Energie versorgte Kartuschen und andere Geräte in Gehäusen
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