DE112015003421T5

DE112015003421T5 - Filterelement mit vielfältigen Filtermedienpaketmerkmalen

Info

Publication number: DE112015003421T5
Application number: DE112015003421.8T
Authority: DE
Inventors: Scott W. Schwartz; Ken Tofsland; Brian W. Schwandt; Barry Mark Verdegan; Mark V. Holzmann; Peter K. Herman; Mark A. Terres; Jeremiah J. Cupery
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-06-01
Also published as: US20170197165A1; CN106573184B; WO2016014549A1; CN110559748A; CN106573184A

Abstract

Ein Filterelement mit einem ersten Filtermedienpaket mit einer Einlassseite und einer Auslassseite und einem zweiten Filtermedienpaket mit einer Einlassseite und einer Auslassseite. Das zweite Filtermedienpaket wird getrennt vom ersten Filtermedienpaket ausgeformt und ist mit dem ersten Filtermedienpaket so verbunden, dass die jeweiligen Einlassseiten und Auslassseiten des ersten und des zweiten Medienpakets nicht überlappen. Das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket enthalten jeweils ein entsprechendes Filtermedienpaket-Merkmal, und das Filtermedienpaket-Merkmal des ersten Filtermedienpakets unterscheidet sich von dem entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des zweiten Filtermedienpakets. Beispielhafte Filtermedienpaket-Merkmale umfassen Länge, Breite, Höhe, Form, Mediendichte, Lagenabstand, Faltenbiegewinkel, Faltendichte und Materialzusammensetzung des ersten und zweiten Filtermedienpakets.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Die Anwendung beansprucht Priorität und den Vorteil der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/029.290, eingereicht am 25. Juli 2014, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Filterelemente mit Medienpaketen.
HINTERGRUND
Viele kompakte Filterelemente mit parallel laufenden Strömungslinien verfügen über Flächenfilter mit gefalteten Medien. Die Flexibilität der Form ist jedoch beschränkt auf eine Standard-Kastenform mit im Allgemeinen parallelen Außenwänden.
Der verfügbare Raum für das Filterelement (z. B. Einbauraum in einem Fahrzeug) eines Luftansaugsystems ist typischerweise beschränkt, verfügt über eine komplexe geometrische Form und wechselt in regelmäßigen Abständen seine Abmessungen. Wegen der geometrischen Beschränkungen innerhalb des Raums, der das Filterelement umgibt, haben die Packungstaschen der Filterelemente oft eine komplexe geometrische Form. Aufgrund der begrenzten Raumflexibilität ist es daher für das Filterelement schwer, die Gesamtheit des verfügbaren Raums innerhalb der Packungstaschen zu nutzen. Die Raumflexibilität wird oft durch die Betriebsmittel und/oder -prozesse beschränkt. Die Modifizierung der Form des Filterelements verlangt beispielsweise eine beträchtliche Menge an zusätzlichen Betriebsmitteln und eine zusätzliche Prozess-Steuerung. Die Modifizierung der Form erhöht darüber hinaus Menge an Medien, die aus dem Filterelement geschnitten und verworfen werden müssen, beträchtlich, was zu einer großen Menge Abfallmaterial führt.
Zum Beispiel sind die Beschränkungen bei der Packung des Ansaugsystems besonders bei schweren Nutzfahrzeugen eine Herausforderung. Der obere Teil des Motors ist relativ parallel zum Boden angebracht, aber die Motorhaube ist geneigt, um die aerodynamischen Eigenschaften zu verbessern, was zu einem trapezförmigen Raum zwischen dem Motor und der Unterseite der Motorhaube führt, der für eine Luftfilterpackung verfügbar ist. Wenn die Fläche des Luftelements beispielsweise kreisförmig, abgerundet oder rechteckig ist, wird der Raum nicht vollständig genutzt.
Obwohl einige Filter über konische Wände verfügen, benötigen sie beträchtlichen offenen Raum, frei von Medien, um einen Luftstrom zu gewährleisten. Eine Beschränkung des Luftfilters beeinträchtigt die Treibstoffeffizienz, und sogar kleine zunehmende Leistungssteigerungen innerhalb der verfügbaren Raumbeschränkungen können hilfreich und für Erstausrüster (original equipment manufacturers = OEM) von Fahrzeugen von Interesse sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen sehen ein Filterelement vor, das ein erstes Filtermedienpaket mit einer ersten Filtermedienpaket-Einlassseite und einer ersten Filtermedienpaket-Auslassseite, und ein zweites Filtermedienpaket mit einer zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite und einer zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite enthält. Das zweite Filtermedienpaket wird getrennt vom erste Filtermedienpaket gebildet und ist mit dem ersten Filtermedienpaket gekoppelt, so dass die erste Filtermedienpaket-Einlassseite und die erste Filtermedienpaket-Auslassseite des ersten Filtermedienpakets nicht mit der jeweils zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite und der jeweils zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite des zweiten Filtermedienpakets überlappen. Das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket enthalten jeweils ein entsprechendes Filtermedienpaket-Merkmal, und das Filtermedienpaket-Merkmal des ersten Filtermedienpakets unterscheidet sich von dem entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des zweiten Filtermedienpakets. Beispielhafte Filtermedienpaket-Merkmale enthalten Länge, Breite, Höhe, Form, Mediendichte, Lagenabstand, Faltenbiegewinkel, Faltendichte und Materialzusammensetzung des ersten und zweiten Filtermedienpakets.
Verschiedene andere Ausführungsformen sehen ein Filterelement für die Filterung eines Fluids vor, das ein erstes Filtermedienpaket mit einer ersten Filtermedienpaket-Einlassseite, einer ersten Filtermedienpaket- Auslassseite und mindestens einer ersten Filtermedienpaket-Seitenfläche enthält, die sich zwischen der ersten Filtermedienpaket-Einlassseite und der ersten Filtermedienpaket-Auslassseite erstreckt, und ein zweites Filtermedienpaket mit einer zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite, einer zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite und mindestens einer zweiten Filtermedienpaket-Seitenfläche, die sich zwischen der zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite und der zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite erstreckt. Das erste Filtermedienpaket definiert einen ersten Strömungsweg, und das zweite Filtermedienpaket definiert einen zweiten Strömungsweg. Das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket werden getrennt voneinander gebildet und sind miteinander gekoppelt, so dass mindestens eine erste Filtermedienpaket-Seitenfläche neben mindestens einer zweiten Filtermedienpaket-Seitenfläche liegt, und der erste Strömungsweg nicht mit dem zweiten Strömungsweg übereinstimmt.
Diese und andere Merkmale sowie die Organisation und Art ihrer Betätigung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
KURZBESCHREIBUNGEN DER DARSTELLUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Filterelements gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Filterelements gemäß einer anderen Ausführungsform.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Medienpakets, das innerhalb des Filterelements in 1 genutzt werden kann.
4A–4H zeigen perspektivische Darstellungen eines Filterelements gemäß verschiedener Ausführungsformen.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Filterelements gemäß einer anderen Ausführungsform.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Filterelements gemäß einer weiteren Ausführungsform.
7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Filterelements gemäß wieder einer anderen Ausführungsform.
8A–8B zeigen jeweils perspektivische Darstellungen und perspektivische Explosionsdarstellungen eines Filterelements gemäß einer noch anderen Ausführungsform.
9A–9C zeigen perspektivische Explosions- und Querschnittsdarstellungen eines Filterelements gemäß einer anderen Ausführungsform.
10 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Filterelements gemäß wieder einer anderen Ausführungsform.
11A–11B zeigen perspektivische Darstellungen eines Filterelements gemäß verschiedener Ausführungsformen.
12A–12B zeigen perspektivische Darstellungen von Filtermedien in zwei verschiedenen Medienpaketen gemäß verschiedener Ausführungsformen.
13 zeigt eine perspektivische Darstellung von Filtermedien in einem Medienpaketen gemäß einer anderen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wenn allgemein Bezug auf die Abbildungen (Figs.) genommen wird, beziehen sich die hierin offengelegten verschiedenen Ausführungsformen auf ein Filterelement, wie z. B. einen Luftfilter, mit mindestens zwei individuellen Filtermedienpaketen, jedes mit eigenen Filtermedienpaket-Merkmalen. Mindestens ein entsprechendes Filtermedienpaket-Merkmal kann zwischen den individuellen Filtermedienpaketen unterschiedlich sein. Die Filtermedienpaket-Merkmale können beispielsweise Mediendichte, Faltendichte, Lagenabstand oder Abmessungen des Filtermedienpakets einschließen. Bestimmte Filtermedienpaket-Merkmale können wahlweise optimiert werden, beispielsweise gemäß der Abmessungen (z. B. Länge, Breite und/oder Höhe) des entsprechenden Filtermedienpakets.
Die Medienpakete können, gemäß der gewünschten Konfiguration, zusammen in jeder allgemeinen Form des Filterelements, wie z. B. in einem Trapez, angeordnet oder platziert werden. Durch Anordnung und Verbinden von mindestens zwei Medienpaketen mit unterschiedlichen Filtermedienpaket-Merkmalen (z. B. unterschiedliche Größe), kann eine einzigartige Filterelement-Form geschaffen werden. Entsprechend kann das Filterelement speziell so entworfen werden, dass es in den festgelegten Raum hineinpasst, der durch den Kunden/Erstausrüster des Fahrzeugs oder Motorsystems bestimmt werden und über eine unregelmäßige oder komplexe Form verfügen kann.
Das Filterelement kann deshalb, wie hierin weiter beschrieben, ein hohes Maß an Formflexibilität aufweisen, und der gesamte Bereich oder Raum, der für die Packung des Luftfilters verfügbar ist, kann verwendet werden, um ein leistungsfähigeres Produkt bereitzustellen. Entsprechend kann die Form des Filterelements dem verfügbaren Raum für den Filter direkt entsprechen und ihn so maximieren. Entsprechend kann das Filterelement auch einen größeren oder maximierten Strömungsbereich innerhalb dieses verfügbaren Raums vorsehen, um die Luftstrombegrenzung auf den Motor zu verringern und die Lebensdauer des Filterelements zu verlängern. Da das Filterelement jede Form annehmen kann, lässt sich das Filterelement darüber hinaus ohne oder mit wenig Materialabfall leicht herstellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Filterelement mindestens zwei Teilkomponenten oder -medienpakete in einer nebeneinanderliegenden Anordnung enthalten, die den Luft- oder Flüssigkeitsstrom durch das Filterelement filtern. Die Medienpakete können über verschiedene Medienpaket-Merkmale verfügen. Die Medienpakete können beispielsweise über verschiedene Größen, z. B. verschiedene Längen, Breiten oder Höhen, verfügen, um dem verfügbaren Raum für das Filterelement zu entsprechen. Die Medienpakete können auch über verschiedene Mediendichten innerhalb jedes der Medienpakete verfügen, um sich den Größenunterschieden zwischen den Medienpaketen anzupassen und den Strom anzugleichen. Die Medienpakte in einigen Ausführungsformen können auch unterschiedliche Typen von Filtermedien verwenden.
Bezugnehmend auf die 1–2: hier wird ein Filterelement 20 einschließlich individueller Teilelemente, Medienblöcke oder Medienpakete verschiedener Größe gezeigt, um den verfügbaren Einbauraum für das Filterelement 20 bestmöglich zu nutzen. Die Medienpakete können aneinander befestigt, gekoppelt oder verbunden sein, um ein einziges Paket oder Element zu bilden (z. B. das Filterelement 20).
Erste und zweite Filtermedienpakete
Wie in 1–2 gezeigt, enthält das Filterelement 20 ein erstes Filtermedienpaket 30 und eine zweites Filtermedienpaket 40. Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können innerhalb des Filterelements 20 getrennt voneinander ausgebildet und aneinander gekoppelt sein. Wie hierin weiter beschrieben, weisen die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 jeweils individuelle Filtermedienpaket-Merkmale auf (einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Größe (z.B. Länge, Breite, Höhe), Form (z. B. individuelle äußere Formen jedes der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40), Mediendichte, Lagen-Abstand, Materialzusammensetzung (z. B. Medientyp), Faltenbiegewinkel und Faltendichte). Mindestens eines der Filtermedienpaket-Merkmale des ersten Medienpakets 30 unterscheidet sich von dem entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des zweiten Medienpakets 40.
Wie in 1–2 gezeigt, enthalten jedes der ersten und die zweiten Medienpakete 30 und 40 Einlässe und Auslässe, die durch die Strömungswege durch jedes der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 definiert werden. Das erste und das zweite Medienpaket 30 und 40 können Strömungsflächen enthalten, wie z. B. eine Einlassseite 22 und eine Auslassseite 24. Das erste Medienpaket 30 und das zweite Medienpaket 40 enthalten beispielsweise jeweils eine vorgelagerte Seite, Einlassende oder Einlassseite 22, so dass das Fluid durchströmen kann (entlang eines Strömungswegs), um entweder in das erste Medienpaket 30 oder in das zweite Medienpaket 40 hineinzuströmen. Das erste Medienpaket 30 und das zweite Medienpaket 40 enthalten jeweils auch eine nachgelagerte Seite, Auslassende oder Auslassseite 24, so dass das Fluid durchströmen kann, um entweder aus dem ersten Medienpaket 30 oder dem zweiten Medienpaket 40 herauszuströmen. Obwohl die Einlassseite 22 und die Auslassseite 24 hierin jeweils als Einlass und Auslass bezeichnet und gezeigt werden, wird vorausgesetzt, dass die Einlassseite 22 einem Auslass entsprechen kann und eine Auslassseite 24 sich auf einen Einlass beziehen kann.
Das erste Medienpaket 30 und das zweite Medienpaket 40 enthalten ferner jeweils mindestens eine Seitenfläche oder Seite 26, die zwischen der Einlassseite 22 und der Auslassseite 24 eine Verbindung oder einen Verlauf bilden kann. Die Seitenfläche 26 kann im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung durch das erste Medienpaket 30 oder das zweite Medienpaket 40 verlaufen. Je nach Konfiguration des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 können das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 einen Fluidstrom durch die Seitenflächen 26 entweder verhindern oder gestatten. Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können miteinander gekoppelt sein, so dass die entsprechenden Seitenflächen 26 des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 nebeneinander oder benachbart liegen (z. B. entlang der Höhen der Seitenflächen 26 und den Höhen der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40) und die entsprechenden Einlassseiten 22 und Auslassseiten 24 von jedem der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 nicht überlappen oder einander abdecken.
Das erste Medienpaket 30 enthält erste Filtermedien 32 und das zweite Medienpaket 40 enthält zweite Filtermedien 42, um die Luft oder das Fluid, das durch das Filterelement 20 strömt, zu filtern. Die entsprechenden ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 können gefaltete, vierflächige, geriffelte, gewellte und/oder gewickelte Pakete an Filtermedien darstellen. Die entsprechenden ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 können beispielsweise vierflächige Luftfiltermedien sein, wie in U.S. Patent Nr. 8,397,920 (dessen Inhalte hiermit durch diese Bezugnahme einbezogen werden) beschrieben und in 12B gezeigt. Solche Filtermedien erstrecken sich zwischen einem vorgelagerten Einlass und einem nachgelagerten Auslass entlang einer Vielzahl sich axial erstreckender Biegelinien, die einen axialen Strömungskanal bilden. Die Biegelinien definieren eine Vielzahl sich axial verlängernder Tetraeder-Kanäle, die einander gegenüber liegen.
Die in 12B illustrierten Filtermedien genauer beschreibend, umfassen die Biegelinien eine erste Gruppe von Biegelinien, die sich vom vorgelagerten Einlass axial bis zum nachgelagerten Auslass erstrecken, und eine zweite Gruppe von Biegelinien, die sich vom nachgelagerten Auslass axial bis zum vorgelagerten Einlass erstrecken. Eine Vielzahl von Wandsegmenten erstreckt sich schlangenlinienförmig zwischen den Biegelinien, wobei sich die Wandsegmente axial erstrecken und so die axial verlängerten Tetraeder-Kanäle dazwischen definieren. Die axial verlängerten Tetraeder-Kanäle verfügen entlang der Querrichtung über eine Höhe, wobei die Querrichtung senkrecht zur Axialrichtung verläuft. Die axial verlängerten Tetraeder-Kanäle verfügen entlang der seitlichen Richtung auch über eine Breite, die in seitlicher Richtung verläuft, wobei die seitliche Richtung senkrecht zur Axialrichtung und senkrecht zur Querrichtung ist. Mindestens einige der Biegelinien verjüngen sich in der Querrichtung, wenn sie sich axial in die Axialrichtung erstrecken.
Die Wandsegmente, die sich schlangenlinienförmig erstrecken, definieren einen sich seitlich erstreckenden geschwungenen Bereich, der ein erstes Wandsegment umfasst, das an ein zweites Wandsegment angrenzt und daran mit einer ersten Biegelinie verbunden ist und in Schlangenlinien entlang des geschwungenen Bereichs zu einem dritten Wandsegment fortgesetzt ist, das seitlich an das zweite Wandsegment angrenzt und sich daran mit einer zweiten Biegelinie verbindet. Diese Anordnung setzt sich entlang des geschwungenen Bereichs fort. Der geschwungene Bereich erstreckt sich entlang der seitlichen Richtung, so dass sich die Verjüngung der Biegelinien in die Querrichtung senkrecht zu dem geschwungenen Bereich in seitlicher Richtung befindet.
Die Wandsegmente umfassen eine erste Gruppe von Wandsegmenten, die am vorgelagerten Einlass abwechselnd miteinander verbunden sind, um eine erste Gruppe von Kanälen zu definieren, die über offene vorgelagerte Ausgänge verfügen, eine zweite Gruppe von Kanälen, die mit der ersten Gruppe von Kanälen verbunden sind und über geschlossene vorgelagerte Ausgänge verfügen, eine zweite Gruppe von Wandsegmenten, die am nachgelagerten Auslass abwechselnd miteinander verbunden sind, um eine dritte Gruppe von Kanälen zu definieren, die über geschlossene nachgelagerte Ausgänge verfügen, und eine vierte Gruppe von Kanälen, die mit der dritten Gruppe von Kanälen verbunden ist und über offene nachgelagerte Ausgänge verfügt. Die erste Gruppe von Biegelinien umfasst eine erste Untergruppe von Biegelinien, die eine erste Gruppe von Kanälen definiert, und eine zweite Untergruppe von Biegelinien, die eine zweite Gruppe von Kanälen definiert. Die zweite Untergruppe der Biegelinien verjüngt sich in Querrichtung, wenn sie sich vom vorgelagerten Einlass axial zum nachgelagerten Auslass erstreckt. Die zweite Gruppe von Biegelinien umfasst eine dritte Untergruppe von Biegelinien, die die dritte Gruppe von Kanälen definiert, und eine vierte Untergruppe von Biegelinien, die die vierte Gruppe von Kanälen definiert. Die vierte Untergruppe der Biegelinien verjüngt sich in Querrichtung, wenn sie sich vom nachgelagerten Auslass axial zum vorgelagerten Einlass erstreckt.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen, und in 12B illustrierten, vierflächigen Filtermedien können die entsprechenden ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 in anderen Umsetzungen auch gerillt sein. Die Ausrichtung der Falten, Rillen, Riffel usw. können in den ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 in bestimmten Ausführungsformen unterschiedlich sein.
Luft- und andere Fluidströme strömen durch das Filterelement 20, um durch mindestens einen der ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 innerhalb des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 gefiltert zu werden. Wie in 1–2 gezeigt, kann das Fluid entlang der Richtung des ersten Strömungswegs 34 strömen, der durch das erste Medienpaket 30 definiert wird, und/oder entlang der Richtung des zweiten Strömungswegs 44, der durch das zweite Medienpaket 40 definiert wird. Wegen der relativen Anordnung der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 stimmen die ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44 nicht miteinander überein. Die ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44 können aus dem gleichen Weg oder verschiedenen Wegen entspringen und/oder dort enden.
In den in 1–2 gezeigten Ausführungsformen verlaufen die ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44 parallel zueinander. In anderen Ausführungsformen müssen die ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44 jedoch nicht parallel zueinander verlaufen, und einer der Strömungswege kann in einem unterschiedlichen Winkel oder in unterschiedlicher Richtung gegenüber dem anderen Strömungsweg verlaufen, abhängig von der relativen Anordnung der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40.
Zusätzlich können nur ein Strömungsweg oder mehr als zwei Strömungswege, gemäß der Menge und relativen Konfiguration der Medienpakete, vorhanden sein. Gemäß einer Ausführungsform können beispielsweise, wie in 11A gezeigt, verschiedene Fluide gleichzeitig oder getrennt durch jede der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40, entlang der entsprechenden ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44, strömen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Fluid, wie in 11B gezeigt, durch das erste Medienpaket 30, entlang des ersten Strömungswegs 34, strömen, dann die Richtung ändern, und anschließend durch das zweite Medienpaket 40, entlang des zweiten Strömungswegs 44, weiterströmen.
Filtermedienpaket-Merkmale
Mindestens eines der Filtermedienpaket-Merkmale von jedem der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 kann sich, gemäß den Konfigurationen des Filterelements 20, von den entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmalen der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 unterscheiden. Die Filtermedienpaket-Merkmale schließen, jedoch ohne darauf zu beschränken, ein: Mediendichte, Faltendichte, Faltenabstand (z. B. Faltenbiegewinkel, Faltenwinkel oder Lagendicke), Filtermedienwinkel, Materialzusammensetzung individuelle Form, individuelle Größe, Lagenabstand, Radienform, Umfang des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 (falls in einer gewickelten oder gewundenen Konfiguration) und/oder andere Merkmale der entsprechenden ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42. Die zahlreichen potentiellen Konfigurationen und Kombinationen von verschiedenen ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40 können das Filterelement 20, gemäß der gewünschten Form und Größe des Filterelements 20, optimieren, um ein Hochleistungsfilterelement bereitzustellen.
Die Filtermedienpaket-Merkmale können durch die gewünschte Nutzung des Filterelements bestimmt werden und/oder von anderen Filtermedienpaket-Merkmalen abhängen (z. B. kann die Mediendichte von der Größe des Medienpakets abhängen). Entsprechend können die individuellen Filtermedienpaket-Merkmale von jedem der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 untereinander einzigartig sein und können so gewählt werden, dass sie eine optimale Leistung und/oder Funktionsfähigkeit für das gesamte Filterelement 20 innerhalb des vorgegebenen Volumens bereitstellen. Durch eine Veränderung der Mediendichte, entsprechend der relativen Größe des Medienpakets, können sich beispielsweise die individuellen ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 im gleichen Tempo füllen, unabhängig von ihrer relativen Größe.
Die Mediendichte (Z. B. die Medienpackungsdichte) kann durch die Anzahl der Lagen von Filtermedien pro Maßeinheit definiert werden und von der Lagen-Dicke 52 abhängen, wie in 12A mit den Medien 36 gezeigt. Genauer gesagt kann die Mediendichte berechnet werden durch: Mediendichte = Anzahl der Schichtrn / Dicke der Schichten = 1 / Schichtdicke
Die Faltendichte kann, wie in 13 gezeigt, vom Faltenabstand 54 und der Länge 56 der Faltenmedien 38 abhängen. Genauer gesagt kann die Faltendichte berechnet werden durch: Faltendichte = Anzahl der Falten / Länge = 1 / Faltenabstand
Das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 können, wie in 13 gezeigt, auch hinsichtlich des Faltenbiegewinkels 48, der der Winkel zwischen den Falten der Filtermedien oder Faltenmedien 38 ist, optimiert werden. Wenn der Faltenbiegewinkel 48 kleiner ist, können die Falten näher zusammen liegen.
Der Filtermedienwinkel 68 kann sich jeweils auf den Winkel der ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 relativ zur Außenkante der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 beziehen; er kann beispielsweise in 1 gezeigt werden und kann gemäß der gewünschten Konfiguration variieren.
Die Materialzusammensetzung (z. B. der Filtermedien-Typ) von jedem der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 kann sich abhängig von der gewünschten Konfiguration des Filterelements 20 und der relativen Größe der ersten und zweiten Medienpakte 30 und 40 unterscheiden. Das erste Filtermedium 32 und das zweite Filtermedium 42 können sich beispielsweise bezüglich Filtermedien oder Material im Typ unterscheiden. Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Filtermedien 32 und die zweiten Filtermedien 42 jeweils aus Polymer mit verschiedenen Faserdurchmessern und/oder Porengrößen bestehen.
Die Form und Größe der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können von Abmessungen und Form des verfügbaren Raums für das gesamte Filterelement 20 abhängen, um es dem Filterelement 20 zu ermöglichen, den gesamten verfügbaren Einbauraum zu nutzen und in ihn hineinzupassen. Entsprechend können sich Form und Größe des ersten Medienpakets 30 von Form und Größe des zweiten Medienpakets 40, innerhalb des gleichen Filterelements 20, unterscheiden.
Die individuellen Formen der ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 können unterschiedlich oder gleich sein, je nach gewünschter Konfiguration des Filterelements 20. Die Form von jeweils dem ersten Medienpaket 30 und dem zweiten Medienpaket 40 kann sich auf die äußere Form und/oder die innere Form von jeweils dem ersten Medienpaket 30 und dem zweiten Medienpaket 40 beziehen. Die ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 können so in jeder beliebigen individuellen Form angeordnet werden, dass sie jeweils die entsprechenden ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 bilden. Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können beispielsweise über eine Vielzahl von dreidimensionalen Formen verfügen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, kastenförmige, zylindrische, ovale, kreisförmige, abgerundete, pyramidenförmige oder polyedrische Formen. Wie in 1 gezeigt, kann mindesten eines der ersten Filtermedien 32 und der zweiten Filtermedien 42 ungefähr als rechteckiges Prisma, eine Kastenform oder als ein „Block“ gebildet werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 als individuelle Lagen zugeschnitten werden und in einem kastenförmigen ersten Medienpaket 30 oder zweiten Medienpaket 40 verbunden sein. Die ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 können so begrenzt sein, dass sie die gewünschte Konfiguration des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 aufrechterhalten. Gemäß einer noch anderen Ausführungsform können, wie in 5–6 gezeigt, eines oder beide der ersten und zweiten Filtermedien 32 und 42 in eine Form mit einem kreisförmigen, länglichen oder ovalen Querschnitt gewunden oder gewickelt werden.
Die individuellen Größen und Abmessungen der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können, wie in 3 gezeigt, jeweils durch die Länge, Breite und Höhe entlang der x-, y- und z-Achse beschrieben werden. Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können im Verhältnis zueinander über jedes Größenverhältnis entlang der x-, y-, und z-Achse verfügen. Entsprechend können das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 (und das Filterelement 20) in den Abmessungen flexibel sein, entsprechend dem verfügbaren Raum für das Filterelement 20. Das zweite Medienpaket 40 kann, wie in 3 gezeigt, als Unterfilter mit kleineren Abmessungen in mehreren Richtungen dienen, während es sich bei dem ersten Medienpaket 30 um den größeren Hauptfilterblock handeln kann.
Die Abmessung entlang der x-Achse kann der Breite entsprechen, die Abmessung entlang der y-Achse kann der Länge entsprechen, und die Abmessung entlang der z-Achse kann der Höhe der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 entsprechen. Die Breite und Länge kann der Größe (z. B. dem Querschnittsbereich) von sowohl den Einlassseiten als auch den Auslassseiten 22 und 24 jeder der Filtermedienpakete 30 und 40 entsprechen. Die Höhe (z. B. die Höhenabmessung) von jeweils dem ersten und zweiten Medienpaket 30 und 40 kann der Fließstrecke der Strömungswege 34 und 44 durch jede der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 (z. B. die Entfernung von der Einlassseite 22 zur Auslassseite 24), und so der Höhe der Seitenflächen 26 der ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40, entsprechen.
Die Größe der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 kann entlang der x-Achse, der y-Achse und/oder der z-Achse variieren, während das Filterelement 20 weiterhin eine gleichmäßige oder im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsverteilung aufrechterhält. Um die Leistung zu verbessern und die Strömung zwischen den ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40 auszugleichen, kann die Medienpackung (z. B. Mediendichte, Lagenabstand oder Faltendichte) von jeder der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 gemäß den spezifischen entsprechenden Medienpaket-Merkmalen (z. B. relative Form und Größe) dieses individuellen Medienpakets, im Vergleich mit dem/den anderen Medienpaket(en) individuell optimiert oder angepasst werden. Dementsprechend kann die Medien- bzw. Faltendichte des ersten Medienpakets 30 von der Medien- bzw. Faltendichte des zweiten Medienpakets 40 in demselben Filterelement 20 unterschiedlich ausfallen, insbesondere wenn das erste und das zweite Medienpaket 30 und 40 eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Beispielsweise kann die Strömung für jeden vorgegebenen Medienschichtabstand eingeschränkt werden, wenn die Höhe (z. B. die Höhendimension, die dem Strömungswegabstand des Fluids entspricht, das durch eines der Medienpakete strömt) des Medienpakets aufgrund des Anstiegs der viskosen Reibung in höheren oder größeren Medienpaketen ansteigt. Der Anstieg der viskosen Reibung muss durch eine Verringerung der Mediendichte ausgeglichen werden (z. B. größere Filtermedienabstände). Daher kann der Schichtabstand eines der Medienpakete erhöht werden (womit die Mediendichte verringert oder gesenkt wird), während die Höhe des Medienpakets erhöht oder vergrößert wird, um die verstärkten Strömungseinschränkungen auszugleichen. Um ein Medienpaket mit einer relativ kürzeren Höhe zu optimieren, kann die Faltendichte durch die Verwendung kleinerer oder engerer Falten oder Filtermedienabstände oder geringerer Riffeldimensionen oder eine geringeren Faltenlücke (im Vergleich zu einem Medienpaket mit einer relativ längeren Medientiefe) erhöht werden. Entsprechend kann das Medienpaket optimiert werden, um die Staubaufnahmekapazität zu maximieren und den Druckabfall zu minimieren. Mit variablem Schichtabstand kann das Filterelement 20 einen gleichmäßigen Strom und optimale Leistung bieten. Ansonsten kann die Leistung des Filterelements 20 nicht optimal sein, da die Luftströmung zu dem einen oder anderen Medienpaket wechseln kann (unter der Annahme, dass alle im Filterelement 20 verwendeten Medienpakete mit den gleichen Dimensionsabständen (z. B. Mediendichte) in jeder Schicht konstruiert sind), was ungleichmäßige Staubladung und suboptimale Leistung verursachen kann, insbesondere wenn die Medienpakete signifikante Höhenunterschiede aufweisen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann beispielsweise das zweite Filtermedienpaket 40 kleiner sein (z. B. eine geringere Höhe haben) als das zweite Filtermedienpaket 30. Entsprechend kann das zweite Filtermedium 42 dichter in dem zweiten Medienpaket 40 angeordnet sein als das erste Filtermedium 32 in dem ersten Medienpaket 30, um einen gleichmäßigen Strom zwischen den beiden Medienpaketen 30 und 40 zu gewährleisten. Entsprechend einer Ausführungsform kann das erste Filtermedium 32 einen Schichtabstand von etwa 3,2 mm und das zweite Filtermedium 42 einen Schichtabstand von etwa 2,8 mm aufweisen, um einen optimalen Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Medienpaket 30 und 40 sowie eine maximierte Gesamtstaubaufnahmekapazität bei einem definierten Abschaltdruckabfallniveau zu bieten.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform können das erste und das zweite Medienpaket 30 und 40 die gleiche Größe oder die gleichen Dimensionen (z. B. Raumumhüllung) aufweisen, jedoch in Bezug auf andere Filtermedienpaket-Merkmale unterschiedlich sein (einschließlich, jedoch nicht nur in Bezug auf Mediendichte, Faltendichte oder Medientyp). Entsprechend einer Ausführungsform kann nur eine der Dimensionen (z. B. Länge, Breite oder Höhe) des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 gleich sein, während die anderen Dimensionen unterschiedlich sein können.
Die miteinander verbundenen ersten und zweiten Medienpakete
Das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 können kombiniert werden, um ein einziges Filterelement 20 zu bilden. Wie in 4A–4H gezeigt, können die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 geschichtet oder angeordnet und zusammengefügt, gekoppelt, verbunden oder in anderer Weise physisch miteinander verbunden werden, um die Einzelstruktur des Filterelements 20 zu bilden. Entsprechend kann es einen Übergang in dem Filterelement 20 zwischen den Merkmalen des ersten Medienpakets 30 zu den Merkmalen des zweiten Medienpakets 40 geben. Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können dauerhaft mittels einer Reihe unterschiedlicher Verfahren verbunden sein, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich mechanischer oder chemischer Verbindungen. Entsprechend einer Ausführungsform, wie weiterhin beschreiben, kann eine Seitenfläche 26 des ersten Medienpakets 30 bündig zu, neben oder mit einer Seitenfläche 26 des zweiten Medienpakets 40 verbunden sein.
Entsprechend einer Ausführungsform, wie in 9C gezeigt, können die Seitenflächen 26 des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 direkt miteinander verbunden werden und direkt aneinander stoßen. Entsprechend einer anderen Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, können die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 nicht direkt verbunden sein oder nicht aneinander stoßen, da es einen kleinen Abstand, eine Trennung oder Lücke 90 zwischen dem ersten und zweiten Medienpaket 30 und 40 geben kann (z. B. zwischen den jeweiligen Seitenflächen 26 des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40). Stattdessen kann ein Rand, eine Dichtung 60 oder ein Rahmen 70 das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 aneinander fügen, koppeln oder verbinden. Der Rahmen 70 kann den Strom des Fluids durch eine separate Strömungspassage verhindern (z. B. durch Umgehung des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40) und kann sich optional auch entlang der Einlassseite 22, der Auslassseite 24 und/oder der Seitenfläche 26 des ersten Medienpakets 30 und/oder des zweiten Medienpakets 40 erstrecken.
Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können in einer Gesamtform angeordnet werden, die am besten für den für das Filterelement 20 verfügbaren Platz geeignet ist, wodurch eine einzigartige oder benutzerdefinierte Form des Filterelements 20 entsteht. Die räumlichen Positionen zwischen den ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40 sind nur dadurch begrenzt, dass das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 direkt oder indirekt miteinander verbunden oder gekoppelt sind. Entsprechend einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 das andere Medienpaket nicht einschließen, umschließen oder in sonstiger Weise enthalten.
Die 4A–4H, 5 und 6 zeigen eine Reihe von Beispielanordnungen zwischen den ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40, um das Filterelement 20 zu bilden. Das erste Filtermedium 32 und das zweite Filtermedium 42 können in einem beliebigen Winkel relativ zueinander angeordnet werden. Wie in 4A gezeigt, kann das zweite Medienpaket 40 mit dem ersten Medienpaket 30 so verbunden werden, dass die gefalteten, geriffelten oder tetraederförmigen Schichten des zweiten Filtermediums 42 des zweiten Medienpakets 40 senkrecht zu dem des ersten Filtermediums 32 des ersten Medienpakets 30 verlaufen und sich auf der gleichen Ebene befinden (z. B. können die jeweilige Einlassseite 22 und/oder die Auslassseite 24 des ersten und zweiten Filtermediums 30 und 40 auf der gleichen Ebene oder Stufe ausgerichtet sein). Wie jedoch in 4B gezeigt, kann sich die gefaltete, geriffelte oder tetraederförmige Schicht des zweiten Filtermediums 42 parallel zu der des ersten Filtermediums 32 und entlang der gleichen Ebene befinden. Es ist ebenso vorgesehen, dass das erste und zweite Filtermedium 32 und 42 relativ zueinander in einem Winkel auf der x-, y- bzw. z-Achse ausgerichtet sind. Wie untenstehend weiter beschrieben und entsprechend einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 mindestens ein unterschiedliches Filtermedienpaket-Merkmal aufweisen.
Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können nebeneinander entlang ihrer jeweiligen Seitenflächen 26 in einer relativen Ausrichtung angeordnet und weiterhin optional direkt über ihre jeweiligen Seitenflächen 26 miteinander verbunden werden. Das zweite Medienpaket 40 kann relativ zu einer Oberfläche des ersten Medienpakets 30 verbunden oder positioniert werden, wie der Einlassseite 22, der Auslassseite 24 und/oder einer der Seitenflächen 26. Entsprechend können die Einlassseiten 22 und/oder die Auslassseiten 24 des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 parallel oder in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Alternativ oder darüber hinaus können das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 miteinander mit oder über den Filterelementrahmen 70 oder die Dichtung 60 verbunden sein.
Entsprechend einer Ausführungsform, wie in 4C gezeigt, kann eine Seitenfläche 26 des ersten Medienpakets 30 mit einer Seitenfläche 26 des zweiten Medienpakets 40 verbunden oder dort positioniert sein (z. B. nebeneinander) und die Strömungsflächen (z. B. die Einlassseiten 22 und/oder die Auslassseiten 24) können parallel zu einander verlaufen. Entsprechend können die Einlassseiten 22 und/oder die Auslassseiten 24 des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 auf jeweils unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein.
Entsprechend einer Ausführungsform, wie in 4D gezeigt, kann eine Seitenfläche 26 des ersten Medienpakets 30 mit einer Seitenfläche 26 des zweiten Medienpakets 40 verbunden oder dort positioniert sein, und die Strömungsflächen (z. B. die Einlassseiten 22 und/oder die Auslassseiten 24) können in einem Winkel zu einander angeordnet sein.
Entsprechend einer noch anderen Ausführungsform können mehrere Medienpakete mit unterschiedlicher Länge, Höhe und/oder Breite übereinander geschichtet werden, um eine Gesamteinlassseite zu bilden, die größer oder kleiner ist als die Gesamtauslassseite, wodurch ein konischer Umfang des Medienpakets entsteht. Beispielsweise kann die Einlassseite 22 des zweiten Medienpakets 40 mit der Auslassseite 24 des ersten Medienpakets 30 so verbunden sein, dass die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 übereinander gestapelt sind. Die Einlassseiten 22 und/oder die Auslassseiten 24 des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 können unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. In dem Filterelement 20 kann eine beliebige Anzahl von Medienpaketen verwendet werden. Wie in 1 und 2 gezeigt, werden zwei Medienpakete (z. B. das erste und zweite Medienpaket 30 und 40) miteinander verbunden, um das Filterelement 20 zu bilden. Mit der steigenden Anzahl von Medienpaketen in dem Filterelement 20 steigt ggf. auch die Komplexität der Form des Filterelements 20. Es versteht sich, dass das Filterelement 20 drei, vier, fünf oder mehr Medienpakete umfassen kann, die in dem einen Filterelement 20 zusammengefügt sind.
Wie in 4E gezeigt, werden drei Medienpakete 30, 40 und 50 verbunden, um das Filterelement 20 zu bilden. Das zusätzliche dritte Filtermedienpaket 50 wird separat von den ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40 gebildet und kann mit dem ersten Medienpaket 30 und/oder dem zweiten Medienpaket 40 verbunden oder gekoppelt sein. Das dritte Medienpaket 50 kann einen dritten Strömungsweg definieren, der nicht an dem ersten oder zweiten Strömungsweg 34 oder 44 ausgerichtet ist. Das dritte Medienpaket 50 kann auch mindestens ein anderes Filtermedienpaket-Merkmal aufweisen, das sich von einem entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des ersten Medienpakets 30 und/oder des zweiten Medienpakets 40 unterscheidet. Beispielsweise kann das dritte Medienpaket 50 unterschiedliche Dimensionen als das erste Medienpaket 30 und/oder das zweite Medienpaket 40 und/oder das Filtermedium 52 mit anderen Merkmalen aufweisen als die des ersten Filtermediums 32 und 42.
Die einzelnen Formen der ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 (die identisch sein oder sich voneinander unterscheiden können) können auch die Gesamtform des Filterelements 20 ändern. Beispielsweise ist entsprechend einer Ausführungsform, wie in 4F gezeigt, das erste Medienpaket 30 ein rechteckiges Prisma (z. B. haben die Einlassseite 22 und die Auslassseite 24 einen rechteckigen Querschnitt) und das zweite Medienpaket 40 hat eine konische Form (z. B. haben die Einlassseite 22 und die Auslassseite 24 einen rechteckigen Querschnitt mit einer zulaufenden Ecke oder Seite). Entsprechend einer anderen Ausführungsform, wie in 4G gezeigt, verfügen sowohl das erste wie das zweite Medienpaket 30 und 40 über konische Formen. Entsprechend einer noch anderen Ausführungsform wie beispielsweise in 4H gezeigt, hat das erste Medienpaket 30 eine konische Form und das zweite Medienpaket 40 ist ein rechteckiges Prisma. Entsprechend einer noch anderen Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, hat das zweite Medienpaket 40 eine abgerundete Form (z. B. haben die Einlassseite 22 und die Auslassseite 24 einen länglichen, kreisförmigen oder ovalen Querschnitt), während es sich bei dem ersten Medienpaket 30 um ein rechteckiges Prisma handelt. Entsprechend einer noch anderen Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, sind das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 beide abgerundet geformt, haben jedoch ggf. jeweils unterschiedliche Dimensionen, wobei das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 nebeneinander angeordnet sind (z. B. liegen die Seitenflächen 26 aneinander oder nebeneinander), wobei die jeweiligen Drehachsen parallel zueinander verlaufen. Es ist jedoch vorgesehen, dass eine große Bandbreite anderer Formkombinationen verwendet werden kann, um die gewünschte Gesamtform des Filterelements 20 zu erzielen. In jeder der Konfigurationen können die Strömungswege 34 und 44 nebeneinander und parallel zueinander verlaufen, sodass das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 im Tandem filtern. Alternativ kann einer der Strömungswege 34 oder 44 in den anderen Strömungsweg 34 oder 44 strömen, sodass das erste und das zweite Medienpaket 30 und 40 nacheinander filtern.
Die Dichtung
Entsprechend einer Ausführungsform, wie in 5–8B gezeigt, kann das Filterelement 20 eine oder mehrere Dichtungen 60 umfassen. Die Dichtung(en) 60 kann/können dazu dienen, die vor- und nachgeordneten Bereiche des Fluids oder der zu filternden Luft zu isolieren, und/oder den Strom durch das erste Medienpaket 30 von dem Strom durch das zweite Medienpaket 40 zu isolieren. Die Dichtung 60 kann mindestens einen Teil des Umfangs der zusammengefügten ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 umfassen oder sich um sie herum erstrecken (z. B. um das gesamte Filterelement 20 oder einen Teil des Filterelements 20).
Die Dichtung 60 kann eine integrale-radiale oder axiale Dichtung sein und aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien konstruiert werden. Beispielsweise kann es sich bei der Dichtung um eine Elastomer- oder Polyurethan-Dichtung handeln. Eine Polyurethan-Dichtung kann beispielsweise um den Umfang einer einzigartigen Form des Filterelements 20 in bekannten Herstellungsprozessen modelliert werden.
Entsprechend einer Ausführungsform kann sich die Dichtung 60 entlang oder über eine Linie, Naht oder einen Abschnitt erstrecken, die/der das erste und das zweite Medienpaket 30 und 40 verbindet, um den Fluidstrom in mindestens zwei unterschiedliche Strömungswege 34 und 44 zu teilen. Beispielsweise kann die Dichtung 60 entsprechend einer Ausführungsform, wie in 11A gezeigt, das Filterelement 20 in Abschnitte unterteilen, indem sie das erste Medienpaket 30 und das zweite Medienpaket 40 trennt. Entsprechend können die ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44 zwischen Luft- und Kurbelgehäuseentlüftung (Crankcase Ventilation – CV) getrennt werden. Beispielsweise kann Luft durch das erste Medienpaket 30 strömen, während die Kurbelgehäuseentlüftung gleichzeitig im Tandem durch das zweite Medienpaket 40 strömen kann.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform, wie in 11B gezeigt, kann die Dichtung 60 verwendet werden, um den Fluidstrom zwischen die ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40 zu lenken. Beispielsweise kann das Fluid durch das erste Medienpaket 30 entlang des ersten Strömungswegs 34 in einer Richtung strömen (Stufe 1), der Fluidstrom kann sich umkehren oder die Richtung ändern (beispielsweise durch ein Gehäuse oder eine Hülle um das erste und zweite Filtermedium 30 und 40), und dann kann das Fluid weiter entlang des zweiten Strömungswegs 44 in einer anderen Richtung durch das zweite Medienpaket 40 strömen (Stufe 2). Der erste Strömungsweg 34 kann in den zweiten Strömungsweg 44 strömen und die ersten und zweiten Strömungswege 34 und 44 können in im Wesentlichen gegenläufige Richtungen strömen. Entsprechend kann das Fluid zweimal gefiltert werden, indem es einmal durch das erste Medienpaket 30 und einmal durch das zweite Medienpaket 40 strömt.
Die Dichtung 60 kann entsprechend der Formen oder Querschnittsflächen des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 entsprechend der gewünschten Konfiguration konfiguriert und geformt werden. Entsprechend einer anderen Ausführungsform, wie in 5–6 gezeigt, kann sich die Dichtung 60 in unterschiedlichem Ausmaß über eine Außenkante des Filterelements 20 hinaus (z. B. über eine Außenkante der miteinander verbundenen ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 hinaus) um den Umfang des Filterelements 20 erstrecken. Entsprechend kann sich die Dichtung 20 weiterhin von einer Kante des Filterelements 20 in bestimmten Bereichen des Umfangs erstrecken (im Vergleich zu anderen Bereichen des Umfangs), um eine Einlass- oder Auslassseite des Filterelements 20 oder einen Bereich für die Verbindung mit dem Filterelement 20 zu bilden. Entsprechend einer anderen Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, kann sich die Dichtung 60 ungefähr gleichmäßig über eine Außenkante des Filterelements 20 um den Umfang des Filterelements 20 herum erstrecken.
Die Dichtung 60 kann an einer beliebigen Stelle am Filterelement 20 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Dichtung 60 um die Einlassseite 22 bzw. die Auslassseite 24 sowohl des ersten wie des zweiten Medienpakets 30 und 40 herum positioniert oder dort befestigt werden.
Der Verstärkungsrahmen
Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann das Filterelement 20 weiterhin einen Stütz- oder Verstärkungsrahmen 70 umfassen, der bestimmte Bereiche des Filterelements 20, wie in 8A–8B gezeigt, verstärken kann. Die Dichtung 60 kann optional mit dem Rahmen 70 verwendet werden, um den Fluidstrom zwischen dem ersten und zweiten Medienpaket 30 und 40 zu teilen oder zu lenken. Der Verstärkungsrahmen 70 kann weiterhin mindestens eine Fläche des Filterelements 20 (z. B. die Einlassseite 22 und/oder der Auslassseite 24) in unterschiedliche Bereiche oder Abschnitte entsprechend der gewünschten Konfiguration und/oder als zusätzliche Stütze teilen.
Mindestens eines der ersten und zweiten Medienpakete 30 oder 40 kann an den Verstärkungsrahmen 70 angefügt oder eingefügt werden. Wie in 8A–8B gezeigt, kann der Verstärkungsrahmen 70 zwischen der Dichtung 60 und den Einlassseiten 22 und/oder den Auslassseiten 24 oder dem ersten und zweiten Medienpaket 30 und 40 positioniert werden. Der Außenumfang des Verstärkungsrahmens 70 kann im Allgemeinen dem Außenumfang der Dichtung 60 und dem gemeinsamen Außenumfang des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 folgen. Es ist jedoch vorgesehen, dass der Verstärkungsrahmen 70, abhängig von der gewünschten Konfiguration, an einer beliebigen Stelle am Filterelement 20 positioniert werden kann, die ggf. nicht direkt dem Anbringungsort der Dichtung 60 entspricht.
Der Verstärkungsrahmen 70 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann das Material des Verstärkungsrahmens 70 ein Polymer sein.
Das Gehäuse
Entsprechend einer noch anderen Ausführungsform, wie in 9A–9C gezeigt, kann das Filterelement 20 einen Rahmen oder ein Gehäuse 80 umfassen, um strukturelle Integrität um das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 bereitzustellen. Das Gehäuse 80 kann zu besonderen Formen geformt werden, um dem ersten und zweiten Medienpaket 30 und 40 zu entsprechen und diese zu enthalten, und in die verfügbaren Räume des Gesamtfilterelements 20 zu passen.
Das Gehäuse 80 kann eine Kammer 84 umfassen, zur Aufnahme mindestens eines Teils des ersten und zweiten Medienpakets 30 und 40 sowie eines Deckels 82 zum Abdichten des Gehäuses 80 und zur Lenkung des Stroms. Das Gehäuse 80 kann auch mindestens einen Einlass 86 und mindestens einen Auslass 88 umfassen, damit die Luft oder das Fluid hindurch und so in die und aus den ersten und zweiten Medienpaketen 30 und 40 strömen kann (obwohl vorgesehen ist, dass der Einlass 86 und der Auslass 88 umgekehrt werden können). Wie in 9C gezeigt, kann das Gehäuse 80 an einem Abschnitt der Dichtung 60 (oder des Verstärkungsrahmens 70) angebracht werden.
Das Gehäuse 80 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Material für das Gehäuse 80 um ein Polymergehäuse 80 handeln.
Entsprechend einer Ausführungsform, wie in 11A und 9C gezeigt, können die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 in dem Gehäuse 80 so positioniert werden, dass der erste Strömungsweg 34 und der zweite Strömungsweg 44 voneinander nach dem Strömen oder Eintreten durch den Einlass 86 des Gehäuses 80 abweichen können, um jeweils durch das erste Medienpaket 30 und das zweite Medienpaket 40 zu strömen.
Anschließend können sich der erste und zweite Strömungsweg 34 und 44 vereinen, bevor sie durch den Auslass 88 des Gehäuses 80 strömen oder austreten.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform können das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 in einer Konfiguration ähnlich der in 11B angeordnet werden. Entsprechend können die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 in dem Gehäuse 80 so positioniert werden, dass das Fluid durch den Einlass 86 des Gehäuses 80 und direkt in das erste Filtermedium 30 entlang des ersten Strömungswegs 34 strömt. Anschließend kann das Fluid die Richtung ändern (beispielsweise aufgrund einer Wand des Gehäuses 80) und durch das zweite Filtermedium 40 entlang des zweiten Strömungswegs 44 strömen. Das Fluid kann anschließend durch den Auslass 88 des Gehäuses 80 strömen.
Um das Filterelement 20 zu konstruieren oder zu erstellen, können das erste und das zweite Medienpaket 30 und 40 als einzelne Module produziert und zusammengebaut werden. Die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 können dann in der gewünschten Konfiguration relativ zueinander angeordnet werden. Nachdem die ersten und zweiten Medienpakete 30 und 40 ordnungsgemäß angeordnet sind, können das erste und zweite Medienpaket 30 und 40 mit der Dichtung 60 zu einem Block versiegelt werden (z. B. zu dem Filterelement 20). Durch diese Konstruktionsweise kann die Herstellung vereinfacht, Abfall reduziert und das Abschneiden oder Entfernen eines Teils des Medienpakets vermieden bzw. erheblich reduziert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass die verschiedenen Komponenten, Konfigurationen und Funktionen der verschiedenen Ausführungsformen des Filterelements 20 entsprechend der erwünschten Verwendung und Konfiguration miteinander kombiniert werden können.
Die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen bedeuten im hierin verwendeten Sinne das direkte oder indirekte Verbinden zweier Elemente miteinander. Diese Verbindung kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander integral als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-“, „Unter-“, „oben“, „unten“ usw.) beschreiben lediglich die Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren. Es gilt zu beachten, dass die Ausrichtung unterschiedlicher Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann, und dass solche Variationen durch die vorliegende Offenlegung abgedeckt sein sollen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenlegung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt beim Lesen dieser Offenlegung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Abschnitten der verschiedenen Elemente, Parameterwerte, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als angeformt dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Verfahrens- oder Prozessschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu geordnet werden. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls in der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Ein Filterelement, umfassend: ein erstes Filtermedienpaket mit einer ersten Filtermedienpaket-Einlassseite und einer ersten Filtermedienpaket-Auslassseite; und ein zweites Filtermedienpaket mit einer zweiten Medienpaket-Einlassseite und einer zweiten Medienpaket-Auslassseite, wobei das zweite Filtermedienpaket separat vom ersten Filtermedienpaket ausgebildet wird und mit dem ersten Filtermedienpaket so verbunden ist, dass die erste Medienpaket-Einlassseite und die erste Medienpaket-Auslassseite mit der zweiten Medienpaket-Einlassseite und der zweiten Medienpaket-Auslassseite jeweils nicht überlappen, wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket jeweils ein entsprechendes Filtermedienpaket-Merkmal umfassen, und wobei sich das Filtermedienpaket-Merkmal des ersten Filtermedienpakets vom entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des zweiten Filtermedienpakets unterscheidet.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal mindestens eine der Angaben einer Länge, Breite und Höhe des ersten Filtermedienpakets und des zweiten Filtermedienpakets umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal eine Form der ersten und der zweiten Filtermedienpakete umfasst.
Filterelement nach Anspruch 3, wobei sich die Form des jeweils ersten und zweiten Filtermediums auf eine äußere Form des jeweiligen ersten und zweiten Filtermediums bezieht.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal eine Mediendichte des ersten Filtermedienpakets und des zweiten Filtermedienpakets umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal einen Schichtabstand des ersten Filtermedienpakets und des zweiten Filtermedienpakets umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal eine Materialzusammensetzung eines ersten Filtermediums des der ersten Filtermedienpakets und eines zweiten Filtermediums des zweiten Filtermedienpakets umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal einen Faltenbiegewinkel des ersten Filtermedienpakets und des zweiten Filtermedienpakets umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das entsprechende Filtermedienpaket-Merkmal eine Faltendichte des ersten Filtermedienpakets und des zweiten Filtermedienpakets umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das erste Filtermedienpaket eine größere Höhe und eine geringere Mediendichte aufweist als das zweite Medienpaket.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket sich in einer Seite an Seite-Konfiguration befinden.
Filterelement nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein drittes Filtermedienpaket, das unabhängig vom ersten Medienpaket und dem zweiten Medienpaket ausgeformt wird, wobei das dritte Filtermedienpaket mit dem ersten Medienpaket und/oder dem zweiten Medienpaket verbunden ist und ein entsprechendes Filtermedienpaket-Merkmal für das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket umfasst, wobei sich das Filtermedienpaket-Merkmal des dritten Filtermedienpakets vom entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des ersten Filtermedienpakets und/oder des zweiten Filtermedienpakets unterscheidet.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei eine erste Filtermedienpaket-Seitenfläche des ersten Filtermedienpakets und eine zweite Filtermedienpaket-Seitenfläche des zweiten Filtermedienpakets direkt aneinander angrenzen.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei ein Rahmen und/oder eine Dichtung das erste Filtermedienpakets und das zweite Filtermedienpaket miteinander verbinden.
Filterelement nach Anspruch 14, wobei ein erster Strömungsweg des ersten Filtermedienpakets und ein zweiter Strömungsweg des zweiten Filtermedienpakets durch den Rahmen und/oder die Dichtung voneinander getrennt werden.
Filterelement nach Anspruch 14, weiterhin umfassend eine Lücke zwischen einer ersten Filtermedienpaket-Seitenfläche des ersten Filtermedienpakets und einer zweiten Filtermedienpaket-Seitenfläche des zweiten Filtermedienpakets.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei das erste Filtermedienpaket mindestens eine erste Filtermedienpaket-Seitenfläche umfasst, die sich zwischen der ersten Filtermedienpaket-Einlassseite und der ersten Filtermedienpaket-Auslassseite erstreckt und einen ersten Strömungsweg definiert, wobei das zweite Filtermedienpaket mindestens eine zweite Filtermedienpaket-Seitenfläche umfasst, die sich zwischen der zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite und der zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite erstreckt und einen zweiten Strömungsweg definiert, wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket so miteinander verbunden sind, dass mindestens eine erste Filtermedienpaket-Seitenfläche neben mindestens einer zweiten Filtermedienpaket-Seitenfläche angeordnet ist und der erste Strömungsweg nicht an dem zweiten Strömungsweg ausgerichtet ist.
Filterelement aus Anspruch 17, wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket gemeinsam in einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass angeordnet sind, wobei der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg nach dem Einlass voneinander abweichen und vor dem Auslass zusammenströmen.
Filterelement nach Anspruch 17, wobei der erste Strömungsweg in den zweiten Strömungsweg strömt, wobei der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg in im Wesentlichen gegensätzlichen Richtungen verlaufen.
Filterelement, das zum Filtern eines Fluids konfiguriert ist, umfassend: ein erstes Filtermedienpaket mit einer ersten Filtermedienpaket-Einlassseite, einer ersten Filtermedienpaket-Auslassseite und mindestens einer ersten Filtermedienpaket-Seitenfläche, die sich zwischen der ersten Filtermedienpaket-Einlassseite und der ersten Filtermedienpaket-Auslassseite erstreckt, wobei das erste Filtermedienpaket einen ersten Strömungsweg definiert; und ein zweites Filtermedienpaket mit einer zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite, einer zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite und mindestens einer zweiten Filtermedienpaket-Seitenfläche, die sich zwischen der zweiten Filtermedienpaket-Einlassseite und der zweiten Filtermedienpaket-Auslassseite erstreckt, wobei das zweite Filtermedienpaket einen zweiten Strömungsweg definiert; wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket getrennt voneinander ausgeformt sind und so miteinander verbunden sind, dass mindestens eine erste Filtermedienpaket-Seitenfläche neben mindestens einer zweiten Filtermedienpaket-Seitenfläche des zweiten Filtermedienpakets angeordnet ist, und der erste Strömungsweg nicht an dem zweiten Strömungsweg ausgerichtet ist.
Filterelement nach Anspruch 20, wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket jeweils ein entsprechendes Filtermedienpaket-Merkmal umfassen, und wobei sich das Filtermedienpaket-Merkmal des ersten Filtermedienpakets vom entsprechenden Filtermedienpaket-Merkmal des zweiten Filtermedienpakets unterscheidet.
Filterelement nach Anspruch 20, wobei das erste Filtermedienpaket und das zweite Filtermedienpaket gemeinsam in einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass angeordnet sind, wobei der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg nach dem Einlass voneinander abweichen und vor dem Auslass zusammenströmen.
Filterelement nach Anspruch 20, wobei der erste Strömungsweg in den zweiten Strömungsweg strömt, wobei der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg in im Wesentlichen gegensätzlichen Richtungen verlaufen.