DE112017005542T5

DE112017005542T5 - Tetraedrische Filtermedien

Info

Publication number: DE112017005542T5
Application number: DE112017005542.3T
Authority: DE
Inventors: Ming Ouyang; Miao Li
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US20200078721A1; CN110072605B; CN110072605A; US11376541B2; WO2018111822A1

Abstract

Es werden Filtermedien mit im Allgemeinen tetraedrisch geformten Strömungskanälen beschrieben. Das Filtermedium wird im Allgemeinen durch eine flache Filterlage und eine geformte Lage gebildet. Die geformte Lage kann durch Kurven und/oder Falten in der Lage gebildet werden. Die Kurven und/oder Falten bilden die Tetraeder-Kanäle. An den durch die Kurven und/oder Falten gebildeten Kämmen sind Prägungen, wie beispielsweise Vertiefungen, vorgesehen. Die Prägungen helfen, den Abstand zwischen benachbarten Schichten des Filtermediums aufrechtzuerhalten, wodurch die Staubhaltekapazität erhöht wird und der Druckabfall gegenüber ähnlich konfigurierten Filtermedien, die die Prägungen nicht aufweisen, verringert wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/434,726 , eingereicht am Donnerstag, 15. Dezember 2016, deren Inhalt hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Filtermedien.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen im Allgemeinen eine Mischung aus Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel, Erdgas usw.) und Luft. Viele oder alle Fluide, die durch den Verbrennungsmotor laufen, werden gefiltert, um Schwebstoffe und Verunreinigungen aus den Fluiden zu entfernen, bevor sie in den Verbrennungsmotor eintreten. Bevor beispielsweise Ansaugluft in den Motor gelangt, wird sie üblicherweise durch ein Filterelement geleitet, um Verunreinigungen (z. B. Feinstaub, Staub, Wasser usw.) aus der Ansaugluft zu entfernen, bevor diese zum Motor geleitet werden. Das Filtermedium des Filterelements fängt und entfernt Partikel aus der das Filtermedium durchlaufenden Ansaugluft. Während das Filtermedium die Verunreinigungen einfängt und entfernt, nimmt die Begrenzung des Filtermediums zu. Das Filtermedium weist eine Staubhaltekapazität auf, die definiert ist als die Menge an Teilchen, die das Filtermedium ohne die Notwendigkeit eines Wechsels auffangen kann. Nachdem die Staubhaltekapazität des Filtermediums erreicht ist, kann das Filterelement einen Wechsel erfordern.
KURZDARS TELLUNG
Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf Filtermedien, Filterelemente, die das Filtermedium enthalten, und Filtersysteme mit den Filterelementen, wobei ein solches Filtermedium eine erste Lage Filtermedien mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite umfasst. Die erste Lage wird an einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende gebildet, um eine Mehrzahl von Kurven aufzuweisen, die einem wellenförmigen Muster folgen. Das wellenförmige Muster bildet eine Mehrzahl von abgerundeten Tetraeder-Strömungskanälen, die abwechselnd auf der ersten Seite gegeneinander abgedichtet sind, um Folgendes zu definieren: einen ersten Satz von abgerundeten Tetraeder-Kanälen mit offenen ersten Enden und einen zweiten Satz von abgerundeten Tetraeder-Kanälen, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen ineinander greifen und geschlossene erste Enden aufweisen. Das Filtermedium umfasst ferner eine zweite Lage des Filtermediums, die sich über die erste Lage des Filtermediums erstreckt, wobei die zweite Lage des Filtermediums eine flache Lage des Filtermediums ist.
Ein weiterer Satz von beispielhaften Ausführungsformen betrifft ein Filtermedium. Das Filtermedium beinhaltet eine gekrümmte Lage/Blatt von Filtermedien, entlang einer Mehrzahl von Kurven gefaltet, die einem wellenförmigen Muster folgen, wobei das wellenförmige Muster eine Mehrzahl von abgerundeten Tetraeder-Strömungskanälen bildet. Die gekrümmte Lage des Filtermediums hat eine Mehrzahl von Prägungen. Die Mehrzahl der Prägungen ist an den Kämmen (Wellenkämmen) des abgerundeten Tetraeder-Kanals angeordnet.
Ein weiterer Satz von beispielhaften Ausführungsformen betrifft ein Filtersystem. Das Filtersystem beinhaltet einen Gehäusekörper. Der Gehäusekörper schließt einen Gehäuseauslass, einen Gehäuseeinlass und ein mittleres Abteil ein. Ein Filterelement ist im mittleren Abteil installiert. Das Filterelement schließt ein Filtermedium ein. Das Filtermedium schließt eine erste Lage Filtermedium / ein erstes Blatt Filtermedium mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite ein. Die erste Lage wird an einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende gebildet, um eine Mehrzahl von Kurven aufzuweisen, die einem wellenförmigen Muster folgen. Das wellenförmige Muster bildet eine Mehrzahl von abgerundeten Tetraeder-Strömungskanälen, die abwechselnd auf der ersten Seite gegeneinander abgedichtet sind, um Folgendes zu definieren: einen ersten Satz von abgerundeten Tetraeder-Kanälen mit offenen ersten Enden und einen zweiten Satz von abgerundeten Tetraeder-Kanälen, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen ineinander greifen und geschlossene erste Enden aufweisen. Das Filtermedium umfasst ferner eine zweite Lage Filtermedium / zweites Blatt Filtermedium, das sich über die erste Lage Filtermedium erstreckt.
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.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer gefalteten Filtermedien-Lage eines Filtermediums gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2, 3 und 4 zeigen jeweils eine unterschiedliche perspektivische Ansicht des Filtermediums aus 1.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer geformten Lage eines Filtermediums gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Filtersystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird allgemein beschrieben, dass Filtermedien mit im Allgemeinen tetraedrisch geformten Strömungskanälen verwendet werden. Das Filtermedium wird im Allgemeinen aus einer flachen Lage von Filtermedien und einer geformten Lage von Filtermedien gebildet. Die geformte Lage hat eine Mehrzahl von Kämmen, die durch eine Kurve und/oder Falte in der Lage gebildet werden. Die Mehrzahl von Kämmen bildet Tetraeder-Kanäle zwischen der geformten Lage und der flachen Lage. An den durch die Kurven und/oder Falten gebildeten Kämmen sind Prägungen, wie beispielsweise Vertiefungen, vorgesehen. Die Prägungen helfen, den Abstand zwischen benachbarten Schichten des Filtermediums (d. h. zwischen der geformten Lage und der flachen Lage) zu erhalten, wodurch die Staubhaltekapazität erhöht und der Druckabfall gegenüber ähnlich konfigurierten Filtermedien ohne die Prägungen gesenkt wird.
Unter Bezugnahme auf 1-4 werden unterschiedliche Ansichten eines Filtermediums 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer gefalteten (d. h. plissierten) Filtermedium-Lage 102 des Filtermediums 100. 2, 3 und 4 zeigen jeweils eine unterschiedliche perspektivische Ansicht des Filtermediums 100. Wie unten beschrieben, enthält das Filtermedium 100 eine Mehrzahl von Strömungskanälen 36, die eine tetraedrische Form aufweisen. Weitere Einzelheiten zu dem Filtermedium 100 sind im US-Patent Nr. 8,397,920 beschrieben, das hierin durch Verweis in seiner Gesamtheit und für alle Zwecke aufgenommen ist. Das Filtermedium 100 wird als die Grundstruktur der vorgesehenen Filtermedien der vorliegenden Anmeldung bereitstellend beschrieben. Wie im Folgenden in Bezug auf 5 näher beschrieben, ist das vorgesehene Filtermedium 500 ähnlich wie das Filtermedium 100 angeordnet, jedoch weist das Filtermedium 500 eine geformte Lage 502 auf, welche Kurven statt Biegungen und auch Prägungen beinhaltet.
Zurückkehrend zu 1-4, weist das Filtermedium 100 einen stromaufwärtigen Einlass 22 auf, der ankommendes verschmutztes Fluid aufnimmt, wie mit den Pfeilen 23 dargestellt, und einen stromabwärtigen Auslass 24, der sauberes gefiltertes Fluid abgibt, wie mit den Pfeilen 25 dargestellt. In einigen Anordnungen ist der stromaufwärtige Einlass 22 eine erste Seite des Filtermediums 100 und der stromabwärtige Auslass 24 eine zweite Seite des Filtermediums 100. In anderen Anordnungen ist der stromaufwärtige Einlass 22 eine zweite Seite des Filtermediums 100 und der stromabwärtige Auslass 24 eine erste Seite des Filtermediums 100. Das Filtermedium 100 besteht aus einer gefalteten Filtermedium-Lage 102, die entlang einer Mehrzahl von Biegelinien 26 gefaltet ist. Die Biegelinien erstrecken sich axial entlang einer axialen Richtung 28 (z. B. wie in den 2-4 am besten dargestellt) und beinhalten einen ersten Satz Biegelinien 30, die sich vom stromaufwärtigen Einlass 22 zum stromabwärtigen Auslass 24 erstrecken, und einen zweiten Satz Biegelinien 32, die sich vom stromabwärtigen Auslass 24 axial zum stromaufwärtigen Einlass 22 erstrecken. Das Filtermedium 100 umfasst eine Mehrzahl von Wandsegmenten 34, die sich in serpentinenförmiger Weise zwischen den Biegelinien erstrecken. Die Wandsegmente 34 erstrecken sich axial und definieren dazwischen axiale Strömungskanäle 36. Die Strömungskanäle 36 weisen eine Höhe 38 entlang einer Querrichtung 40 auf, wobei die Querrichtung 40 senkrecht zur Axialrichtung 28 ist (z. B. wie in 2 dargestellt). Die Strömungskanäle 36 haben eine seitliche Breite 42 entlang einer seitlichen (z. B. longitudinalen) Richtung 44. Die seitliche Richtung ist senkrecht zur Axialrichtung 28 und senkrecht zur Querrichtung 40. Wie unten beschrieben, verjüngen sich mindestens einige der erwähnten Biegelinien in der erwähnten Querrichtung, wenn sie sich axial in die erwähnte Axialrichtung erstrecken.
Die Wandsegmente 34 umfassen einen ersten Satz von Wandsegmenten 46 (z. B. wie in den 2 und 3 dargestellt), die abwechselnd am stromaufwärtigen Einlass 22 (z. B. durch Klebstoff 48 oder dergleichen) gegeneinander abgedichtet sind, um einen ersten Satz von Kanälen 50 mit offenen stromaufwärtigen Enden zu definieren, und einen zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 52, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 50 ineinander greifen und geschlossene stromaufwärtige Enden aufweisen. Die Wandsegmente 34 umfassen einen zweiten Satz von Wandsegmenten 54 (z. B. wie in den 3 und 4 dargestellt), die abwechselnd am stromabwärtigen Auslass 24 (z. B. durch Klebstoff 56 oder dergleichen) gegeneinander abgedichtet sind, um einen dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 58 mit geschlossenen stromabwärtigen Enden zu definieren, und einen vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 60 (z. B. wie in 4 dargestellt) mit offenen stromabwärtigen Enden. Der erste Satz von Biegelinien 30 umfasst eine erste Teilmenge von Biegelinien 62, die den ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 50 definiert, und eine zweite Teilmenge von Biegelinien 64, die den zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 52 definiert. Die zweite Teilmenge der Biegelinien 64 verjüngt sich in Querrichtung 40, wenn sie sich vom stromaufwärtigen Einlass 22 axial zum stromabwärtigen Auslass 24 erstrecken (z. B. wie in den 3 bis 6 dargestellt). Der zweite Satz von Biegelinien 32 umfasst eine dritte Teilmenge von Biegelinien 66, die den dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 58 definiert, und eine vierte Teilmenge von Biegelinien 68, die den vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 60 definiert. Die vierte Teilmenge der Biegelinien 68 verjüngt sich in Querrichtung 40, wenn sie sich vom stromabwärtigen Auslass 24 axial zum stromaufwärtigen Einlass 22 erstreckt (z. B. wie in den 3 bis 6 dargestellt). Der zweite Satz von Tetraeder-Kanälen 52 weist eine abnehmende Querkanalhöhe 38 entlang der Querrichtung 40 auf, während sich der zweite Satz von Tetraeder-Kanälen 52 axial entlang der Axialrichtung 28 in Richtung des stromabwärtigen Auslasses 24 erstreckt. Die Verjüngung der zweiten Teilmenge der Biegelinien 64 in Querrichtung 40 ergibt die abnehmende Querkanalhöhe 38 des zweiten Satzes der Tetraeder-Kanäle 52. Der vierte Satz von Tetraeder-Kanälen 60 weist eine abnehmende Querkanalhöhe entlang der Querrichtung 40 auf, während sich der vierte Satz von Tetraeder-Kanälen 60 axial entlang der Axialrichtung 28 zum stromaufwärtigen Einlass 22 erstreckt. Die Verjüngung der vierten Teilmenge der Biegelinien 68 in Querrichtung 40 ergibt die abnehmende Querkanalhöhe 38 des vierten Satzes der Tetraeder-Kanäle 60.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1-4 strömt das zu filternde einströmende schmutzige Fluid (dargestellt durch die Pfeile 23) entlang der Axialrichtung 28 in offene Tetraeder-Kanäle 50 am stromaufwärtigen Einlass 22 und durchläuft seitlich und/oder quer die Filtermedienwandsegmente des plissierten Filterelements und strömt dann axial entlang der Axialrichtung 28 als sauberes gefiltertes Fluid durch offene Tetraeder-Kanäle 60 am stromabwärtigen Auslass 24. Eine zweite Teilmenge von Biegelinien 64 sorgt für eine seitliche Querströmung entlang der Querrichtung 44 zwischen den jeweiligen Kanälen stromabwärts des stromaufwärtigen Einlasses 22. Eine vierte Teilmenge von Biegelinien 68 sorgt für eine seitliche Querströmung entlang der Querrichtung 44 zwischen den jeweiligen Kanälen stromaufwärts des stromabwärtigen Auslasses 24. Die zweiten und vierten Teilmengen der Biegelinien 64 und 68 weisen axial überlappende Abschnitte 70 auf, und die erwähnte seitliche Querströmung wird zumindest an axial überlappenden Abschnitten 70 bereitgestellt.
Die zweite Teilmenge der Biegelinien 64 verjüngt sich zu den jeweiligen Abschlusspunkten 72 (z. B. wie in den 3 und 4 dargestellt) und stellt an diesen Abschlusspunkten die minimale Querkanalhöhe 38 des zweiten Satzes von Tetraeder-Kanälen 52 bereit. Die vierte Teilmenge der Biegelinien 68 verjüngt sich zu den jeweiligen Abschlusspunkten 74 und stellt an solchen Abschlusspunkten die minimale Querkanalhöhe 38 des vierten Satzes von Tetraeder-Kanälen 60 bereit. Die Abschlusspunkte 72 der zweiten Teilmenge der Biegelinien 64 sind axial stromabwärts der Abschlusspunkte 74 der vierten Teilmenge der Biegelinien 68. Dadurch ergeben sich die erwähnten axial überlappenden Abschnitte 70. Die Abschlusspunkte 72 der zweiten Teilmenge der Biegelinien 64 befinden sich am stromabwärtigen Auslass 24 in einer Ausführungsform und in anderen Ausführungsformen axial stromaufwärts vom stromabwärtigen Auslass 24. Die Abschlusspunkte 74 der vierten Teilmenge der Biegelinien 68 befinden sich am stromaufwärtigen Einlass 22 in einer Ausführungsform und in anderen Ausführungsformen axial stromabwärts vom stromaufwärtigen Einlass 22.
Ein erster Satz von Wandsegmenten 46, die abwechselnd durch den Klebstoff 48 am stromaufwärtigen Einlass 22 gegeneinander abgedichtet sind, definieren einen ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 50 mit offenen stromaufwärtigen Enden und einen zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 52, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 50 ineinander greifen und geschlossene stromaufwärtige Enden aufweisen. Ein zweiter Satz von Wandsegmenten 54, die abwechselnd am Klebstoff 56 am stromabwärtigen Auslass 24 abgedichtet sind, definieren einen dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 58 mit geschlossenen stromabwärtigen Enden und einen vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 60, die mit dem dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 58 ineinander greifen und offene stromabwärtige Enden aufweisen. Der erste Satz von Biegelinien 30 schließt die erste Teilmenge von Biegelinien 62, die den ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 50 definiert, und die zweite Teilmenge von Biegelinien 64, die den zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 52 definiert, ein. Die zweite Teilmenge der Biegelinien 64 verjüngt sich in Querrichtung 40, wenn sie sich vom stromaufwärtigen Einlass 22 axial zum stromabwärtigen Auslass 24 erstrecken. Der zweite Satz von Biegelinien 32 schließt die dritte Teilmenge von Biegelinien 66, die den dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 58 definiert, und die vierte Teilmenge von Biegelinien 68, die den vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 60 definiert, ein. Die vierte Teilmenge der Biegelinien 68 verjüngt sich in Querrichtung 40, wenn sie sich vom stromabwärtigen Auslass 24 axial zum stromaufwärtigen Einlass 22 erstreckt.
Die ersten und zweiten Sätze der Tetraeder-Kanäle 50 und 52 stehen den dritten und vierten Sätzen der Tetraeder-Kanäle 58 und 60 gegenüber. Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 50, 52, 58, 60 ist in Axialrichtung 28 verlängert. Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 50, 52, 58, 60 weist eine Querschnittsfläche entlang einer Querschnittsebene auf, die durch die Quer- und seitlichen Richtungen 40 und 44 definiert ist. Die Querschnittsflächen der ersten und zweiten Sätze der Tetraeder-Kanäle 50 und 52 nehmen ab, wenn sich die ersten und zweiten Sätze der Tetraeder-Kanäle 50 und 52 entlang der Axialrichtung 28 vom stromaufwärtigen Einlass 22 zum stromabwärtigen Auslass 24 erstrecken. Die Querschnittsflächen der dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 58 und 60 nehmen ab, während sich die dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 58 und 60 entlang der Axialrichtung 28 vom stromabwärtigen Auslass 24 zum stromaufwärtigen Einlass 22 erstrecken. In einigen Anordnungen werden die Biegelinien 26 in einem spitzen Winkel gebogen (z. B. wie bei 80 in 2 dargestellt). In anderen Anordnungen werden die Biegelinien 26 entlang eines gegebenen Radius gerundet (z. B. wie in der gestrichelten Linie bei 82 in 2 dargestellt).
Die länglichen Tetraeder-Kanäle 58 und 60 ermöglichen eine Querströmung zwischen benachbarten Kanälen. In Luftfilterimplementierungen ermöglicht diese Querströmung eine gleichmäßigere Staubbelastung auf der stromaufwärtigen Seite des Mediums. In einer Ausführungsform sind die länglichen Tetraeder-Kanäle so geformt, dass sie bewusst mehr stromaufwärtiges Hohlraumvolumen als stromabwärtiges Hohlraumvolumen ermöglichen, um die Filterkapazität zu erhöhen. Verschiedene Fluide können gefiltert werden, einschließlich Luft oder andere Gase, und auch Flüssigkeiten.
Das Filterelement ist ferner mit einer im Wesentlichen flachen Lage 84 versehen, die sich seitlich über die Biegelinien erstreckt. In einer Ausführungsform ist die flache Lage 84 aus Filtermedienmaterial gebildet, welches das gleiche Filtermedienmaterial sein kann wie die gefaltete Filtermedium-Lage 102. In einer anderen Anordnung wird die flache Lage 84 aus einem anderen Filtermedium gebildet als die gefaltete Filtermedium-Lage 102. Die flache Lage 84 erstreckt sich axial über die gesamte axiale Länge entlang der Axialrichtung 28 zwischen dem stromaufwärtigen Einlass 22 und dem stromabwärtigen Auslass 24 und erstreckt sich seitlich entlang der gesamten seitlichen Breite entlang der seitlichen Richtung 44 quer und dichtet die Kanäle ab, um zu verhindern, dass schmutzige stromaufwärtige Luft zur reinen stromabwärtigen Luft gelangt, ohne ein Wandsegment 34 zu durchströmen und von diesem gefiltert zu werden. In einigen Anordnungen verläuft die flache Lage 84 im Allgemeinen im rechten Winkel entlang einer Ebene, die durch die Axialrichtung 28 und die Querrichtung 44 definiert ist.
In einigen Anordnungen wird der Durchfluss durch das Filtermedium 100 gegenüber der oben beschriebenen Strömungsrichtung umgekehrt. So kann beispielsweise die zu filternde Luft in die entgegengesetzte Richtung strömen, als durch die Pfeile 23 und 25 definiert, so dass die zu filternde Luft in das, was als stromabwärtiger Auslass 24 dargestellt ist, hineinströmt, das Filtermedium 100 durchströmt und aus dem, was als stromaufwärtiger Einlass 22 dargestellt ist, hinausströmt. Bei solchen Anordnungen bleibt die Struktur des Filtermediums 100 gleich (d. h. die Art und Weise, wie sich die Leitungen in Bezug auf den stromaufwärtigen Einlass 22 und den stromabwärtigen Auslass 24 verjüngen), aber der Fluss durch das Medium wird umgekehrt. Es leuchtet ein, dass die Filtermedien aufgrund der Ausrichtung und des Fluidströmungspfades eine Verbesserung der Kapazität gegenüber alternativen Anordnungen bewirken können.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine perspektivische Ansicht einer geformten Lage 502 des Filtermediums 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die geformte Lage 502 ist ähnlich der gefalteten Filtermedium-Lage 102 des Filtermediums 100. In einigen Anordnungen wird die geformte Lage 502 zwischen flachen Lagen des Filtermediums 500 in der gleichen Weise positioniert, wie vorstehend in Bezug auf das Filtermedium 100 beschrieben. In einigen Anordnungen hat die geformte Lage 502 eine Dicke von fünfzehn Tausendstel Zoll. In weiteren Anordnungen weist die geformte Lage 502 eine Dicke von elf Tausendstel Zoll auf, was eine höhere Packungsdichte als bei Anordnungen mit fünfzehn Tausendstel Zoll dicken Materialien ermöglicht. Das Filtermedium 500 weist eine stromaufwärtige Seite 504 und eine stromabwärtige Seite 506 auf (bezogen auf das Fluid durch das Filtermedium 500). In einigen Ausführungsformen wird der Durchfluss durch das Filtermedium 500 gegenüber der oben beschriebenen Strömungsrichtung umgekehrt. So kann beispielsweise die zu filternde Luft in die entgegengesetzte Richtung strömen, als durch die Pfeile 23 definiert, so dass die zu filternde Luft in das, was als stromabwärtige Seite 506 dargestellt ist, hineinströmt, das Filtermedium 500 durchströmt und aus dem, was als stromaufwärtige Seite 504 dargestellt ist, hinausströmt. Bei solchen Anordnungen bleibt die Struktur des Filtermediums 500 gleich (d. h. die Art und Weise, wie sich die Leitungen in Bezug auf die stromaufwärtige Seite 504 und die stromabwärtige Seite 506 verjüngen), aber der Fluss durch das Medium wird umgekehrt. Es leuchtet ein, dass ein Filtermedium mit einem gegenüber dem Filtermedium 500 umgekehrten Strömungspfad aufgrund der Ausrichtung und des Fluidströmungspfades eine Verbesserung der Kapazität gegenüber alternativen Anordnungen bewirken kann.
Im Gegensatz zur gefalteten Filtermedium-Lage 102 des Filtermediums 100 beinhaltet die geformte Lage 502 anstelle von Falten oder Faltungen die Kurven 508 (d. h. nicht scharfe, abgerundete Biegungen). In einigen Anordnungen folgen die Kurven 508 einem wellenförmigen Muster. Das wellenförmige Muster verleiht der geformten Lage 502 strukturelle Festigkeit. Die Kurven 508 können in der geformten Lage 502 durch einen Präge- oder Pressvorgang geformt werden. Die Kurven 508 bilden ineinandergreifende abgerundete Tetraeder-Strömungskanäle 510 (im Gegensatz zu den Tetraeder-Kanälen 50 und 52 des Filtermediums 100). Jeder der abgerundeten Tetraeder-Strömungskanäle 510 verjüngt sich in Breite und Höhe von einem offenen Ende zu einem Punkt, der am oder vor dem gegenüberliegenden Ende endet. Angrenzende, ineinandergreifende Tetraeder-Strömungskanäle 510 werden an gegenüberliegenden Enden in gleicher Weise wie vorstehend in Bezug auf das Filtermedium 100 beschrieben abgedichtet.
Das Filtermedium 500 besteht aus einer geformten Filtermedium-Lage 502, die entlang einer Mehrzahl von gekrümmten Biegelinien 526 gekrümmt ist. Die gekrümmten Biegelinien 526 erstrecken sich axial entlang einer Axialrichtung 28 und beinhalten einen ersten Satz Biegelinien 532, die sich von der stromaufwärtigen Seite 504 zur stromabwärtigen Seite 506 axial erstrecken, und einen zweiten Satz Biegelinien 530, die sich von der stromabwärtigen Seite 506 axial zur stromaufwärtigen Seite 504 erstrecken. Das Filtermedium 500 umfasst eine Mehrzahl von Filtermedienwandsegmenten 534, die sich in serpentinenförmiger Weise zwischen den gekrümmten Biegelinien 526 erstrecken. Die Wandsegmente 534 erstrecken sich axial und definieren dazwischen axiale abgerundete Tetraeder-Strömungskanäle 510. Die abgerundeten Tetraeder-Strömungskanäle 510 weisen eine Höhe 538 entlang einer Querrichtung 40 auf, wobei die Querrichtung 40 senkrecht zur Axialrichtung 28 ist (z. B. wie in 5 dargestellt). Die abgerundeten Tetraeder-Strömungskanäle 510 haben eine seitliche Breite 542 entlang einer seitlichen Richtung 44. Die seitliche Richtung 44 ist senkrecht zur Axialrichtung 28 und senkrecht zur Querrichtung 40. Wie unten beschrieben, verjüngen sich mindestens einige der erwähnten gekrümmten Biegelinien in gekrümmter Weise in der erwähnten Querrichtung 40, wenn sie sich axial in die erwähnte Axialrichtung 28 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Wandsegmente 534 einen ersten Satz von Wandsegmenten 554, die abwechselnd an der stromaufwärtigen Seite 504 (z. B. durch Klebstoff 556 oder dergleichen) gegeneinander abgedichtet sind, um einen ersten Satz von Kanälen 560 mit offenen stromaufwärtigen Enden zu definieren, und einen zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 558, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 560 ineinander greifen und geschlossene stromaufwärtige Enden aufweisen. Es leuchtet ein, dass der erste Satz von Tetraeder-Kanälen 560 und der zweite Satz von Tetraeder-Kanälen 558 beide offen, beide geschlossen, oder einer offen und der andere geschlossen sein können, um die Last und die gewünschten Filtereigenschaften anzupassen. Der erste Satz von Biegelinien 532 umfasst eine erste Teilmenge von Biegelinien 568, die den ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 560 definiert, und eine zweite Teilmenge von Biegelinien 566, die den zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 558 definiert. Die erste Teilmenge der Biegelinien 568 verjüngt sich in gekrümmter Weise in Querrichtung 40, wenn sie sich von der stromaufwärtigen Seite 504 axial zur stromabwärtigen Seite 506 erstrecken. Der erste Satz von Tetraeder-Kanälen 560 weist eine abnehmende Querkanalhöhe entlang der Querrichtung 40 auf, während sich der erste Satz von Tetraeder-Kanälen 60 axial entlang der Axialrichtung 28 zur stromabwärtigen Seite 506 erstreckt. Die Verjüngung der ersten Teilmenge der Biegelinien 68 in gekrümmter Weise in Querrichtung 40 ergibt die abnehmende Querkanalhöhe 38 des ersten Satzes der Tetraeder-Kanäle 560.
In einigen Ausführungsformen definiert ein zweiter Satz von Wandsegmenten 546, die abwechselnd mit Klebstoff an der stromabwärtigen Seite 506 abgedichtet sind, einen vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 550 mit geschlossenen stromabwärtigen Enden und einen dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 552, die mit dem vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 550 ineinander greifen und offene stromabwärtige Enden aufweisen. Es leuchtet ein, dass der vierte Satz von Tetraeder-Kanälen 550 und der dritte Satz von Tetraeder-Kanälen 552 beide offen, beide geschlossen, oder einer offen und der andere geschlossen sein können, um die Last und die gewünschten Filtereigenschaften anzupassen. Der zweite Satz von Biegelinien 530 schließt die vierte Teilmenge von Biegelinien 562, die den vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 550 definiert, und die dritte Teilmenge von Biegelinien 564, die den dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 552 definiert, ein. Die dritte Teilmenge der Biegelinien 564 verjüngt sich in gekrümmter Weise in Querrichtung 40, wenn sie sich von der stromabwärtigen Seite 506 axial zur stromaufwärtigen Seite 504 erstrecken. Der zweite Satz von Biegelinien 530 umfasst eine vierte Teilmenge von Biegelinien 562, die den vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 550 definiert, und eine dritte Teilmenge von Biegelinien 564, die den dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 552 definiert. Die dritte Teilmenge der Biegelinien 564 verjüngt sich in gekrümmter Weise in Querrichtung 40, wenn sie sich von der stromabwärtigen Seite 506 axial zur stromaufwärtigen Seite 504 erstrecken. Der dritte Satz von Tetraeder-Kanälen 552 weist eine abnehmende Querkanalhöhe 38 entlang der Querrichtung 40 auf, während sich der dritte Satz von Tetraeder-Kanälen 552 axial entlang der Axialrichtung 28 zur stromaufwärtigen Seite 504 erstreckt. Die Verjüngung der dritten Teilmenge der Biegelinien 564 in gekrümmter Weise in Querrichtung 40 ergibt die abnehmende Querkanalhöhe 38 des dritten Satzes der Tetraeder-Kanäle 552.
Die ersten und zweiten Sätze der Tetraeder-Kanäle 560 und 558 stehen den dritten und vierten Sätzen der Tetraeder-Kanäle 552 und 550 jeweils gegenüber. Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 560, 558, 552, 550 ist in Axialrichtung 28 verlängert. Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 560, 558, 552, 550 weist eine gekrümmte Querschnittsfläche entlang einer Querschnittsebene auf, die durch die Quer- und seitlichen Richtungen 40 und 44 definiert ist.
Die Querschnittsflächen der ersten und zweiten Sätze der Tetraeder-Kanäle 560 und 558 nehmen ab, wenn sich die ersten und zweiten Sätze der Tetraeder-Kanäle 560 und 558 entlang der Axialrichtung 28 von der stromaufwärtigen Seite 504 zur stromabwärtigen Seite 506 erstrecken. Die Querschnittsflächen der dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 552 und 50 nehmen ab, während sich die dritten und vierten Sätze der Tetraeder-Kanäle 552 und 550 entlang der Axialrichtung 28 von der stromabwärtigen Seite 506 zu der stromaufwärtigen Seite 504 erstrecken. In einigen Anordnungen sind die gekrümmten Biegelinien 526 entlang eines gegebenen Radius abgerundet.
Das Filterelement ist ferner mit einer im Wesentlichen flachen Lage (nicht dargestellt, aber ähnlich der flachen Lage 84 der 2-4) versehen, das sich seitlich über die Biegelinien erstreckt. In einer Ausführungsform wird die flache Lage aus Filtermedienmaterial gebildet, welches das gleiche Filtermedienmaterial sein kann wie die geformte Filtermedium-Lage 502. In einer anderen Anordnung wird die flache Lage aus einem anderen Filtermedium gebildet als die geformte Filtermedium-Lage 502. Die flache Lage erstreckt sich axial über die gesamte axiale Länge entlang der Axialrichtung 28 zwischen der stromaufwärtigen Seite 504 und der stromabwärtigen Seite 506 und erstreckt sich seitlich entlang der gesamten seitlichen Breite entlang der seitlichen Richtung 44 quer und dichtet die Kanäle ab, um zu verhindern, dass schmutzige stromaufwärtige Luft zur reinen stromabwärtigen Luft gelangt, ohne ein Wandsegment 534 zu durchströmen und von diesem gefiltert zu werden. In einigen Anordnungen verläuft die flache Lage im Allgemeinen im rechten Winkel entlang einer Ebene, die durch die Axialrichtung 28 und die Querrichtung 44 definiert ist. In anderen Anordnungen wird die flache Lage ähnlich den gekrümmten Biegelinien 526 der geformten Filtermedium-Lage 502 gekrümmt.
Die verlängerten Tetraeder-Kanäle 550 und 552 ermöglichen eine Querströmung zwischen den Nachbarkanälen 558 und 560. In Luftfilterimplementierungen ermöglicht diese Querströmung eine gleichmäßigere Staubbelastung auf der stromaufwärtigen Seite 504 des Mediums 500. In einer Ausführungsform sind die länglichen Tetraeder-Kanäle so geformt, dass sie bewusst mehr stromaufwärtiges Hohlraumvolumen 504 als stromabwärtiges Hohlraumvolumen 506 ermöglichen, um die Filterkapazität zu erhöhen. Verschiedene Fluide können gefiltert werden, einschließlich Luft oder andere Gase, und auch Flüssigkeiten. In einigen Ausführungsformen strömt das zu filternde einströmende schmutzige Fluid 23 entlang der Axialrichtung 28 in offene Tetraeder-Kanäle 560 an der stromaufwärtigen Seite 504 und durchläuft seitlich und/oder quer die Filtermedienwandsegmente des abgerundeten Filterelements und strömt dann axial entlang der Axialrichtung 28 als sauberes gefiltertes Fluid durch offene Tetraeder-Kanäle 550 an der stromabwärtigen Seite 506. Eine dritte Teilmenge von Biegelinien 564 sorgt für eine seitliche Querströmung entlang der Querrichtung 44 zwischen den jeweiligen Kanälen stromabwärts der stromaufwärtigen Seite 504. Eine erste Teilmenge von Biegelinien 568 sorgt für eine seitliche Querströmung entlang der Querrichtung 44 zwischen den jeweiligen Kanälen stromaufwärts der stromabwärtigen Seite 506. In einigen Anordnungen weisen die ersten und dritten Teilmengen der Biegelinien 568 und 564 axial überlappende Abschnitte oder Kämme auf (d. h. über der Linie 514), und die erwähnte seitliche Querströmung wird zumindest an axial überlappenden Abschnitten bereitgestellt.
Es leuchtet ein, dass die zu filternde Luft in die entgegengesetzte Richtung strömen kann, als durch die Pfeile 23 definiert, so dass die zu filternde Luft in das, was als stromabwärtige Seite 506 dargestellt ist, hineinströmt, das Filtermedium 500 durchströmt und aus dem, was als stromaufwärtige Seite 504 dargestellt ist, hinausströmt. Bei solchen Anordnungen bleibt die Struktur des Filtermediums 500 gleich (d. h. die Art und Weise, wie sich die Leitungen in Bezug auf die stromaufwärtige Seite 504 und die stromabwärtige Seite 506 verjüngen), aber der Fluss durch das Medium wird umgekehrt. Beispielsweise strömt das Gefilterte entlang der Axialrichtung 28 in offene Tetraeder-Kanäle 550 an der Seite 506 und läuft seitlich und/oder quer durch den zweiten Satz der Filtermedienwandsegmente 546 des gefalteten Filterelements und strömt dann axial entlang der Axialrichtung 28 als sauberes gefiltertes Fluid durch offene Tetraeder-Kanäle 560 an der Seite 504. Eine zweite Teilmenge von Biegelinien 564 sorgt für eine seitliche Querströmung entlang der Querrichtung 44 zwischen den jeweiligen Kanälen stromabwärts der Seite 506. Eine vierte Teilmenge von Biegelinien 568 sorgt für eine seitliche Querströmung entlang der Querrichtung 44 zwischen den jeweiligen Kanälen stromaufwärts der Seite 504. Die zweiten und vierten Teilmengen der Biegelinien 564 und 568 weisen axial überlappende Abschnitte auf, und die erwähnte seitliche Querströmung wird zumindest an axial überlappenden Abschnitten bereitgestellt. Wie bereits erwähnt, ermöglichen die verlängerten Tetraeder-Kanäle 550 und 552 eine Querströmung zwischen den benachbarten Kanälen 558 und 560. In einigen Ausführungsformen von Luftfilterimplementierungen könnten die Kanäle so geformt sein, dass die Querströmung zwischen den Kanälen eine gleichmäßigere Staubbelastung auf der stromabwärtigen Seite 506 des Mediums 502 ermöglicht. In einer Ausführungsform sind die länglichen Tetraeder-Kanäle so geformt, dass sie bewusst mehr stromabwärtiges Hohlraumvolumen 506 als stromaufwärtiges Hohlraumvolumen 504 ermöglichen, um die Filterkapazität zu erhöhen.
Die geformte Lage 502 beinhaltet eine Mehrzahl von Prägungen 512. In einigen Anordnungen sind die Prägungen 512 entlang der Kämme der abgerundeten Tetraeder-Strömungskanäle 510 angeordnet. Die Prägungen ermöglichen es der geformten Lage 502, den richtigen Abstand zur flachen Lage einzuhalten (z. B. in der in 2 dargestellten Anordnung). So können beispielsweise die Prägungen 512 entlang der Linie 514 (z. B. eine Kontaktleitung) positioniert werden, die den Kontaktpunkt der flachen Lage mit der geformten Lage 502 darstellt. Die Prägungen 512 dienen auch dazu, die Kontaktfläche zwischen der geformten Lage 502 und der flachen Lage zu reduzieren, wodurch die Materialmaskierung des Filtermediums 500 reduziert wird und eine Querströmung über die Kämme (d. h. über die Linie 514) ermöglicht wird. In einigen Anordnungen weisen die Prägungen 512 eine Höhe zwischen 5 und 50 Tausendstel Zoll auf. In einigen Anordnungen werden Prägungen 512 an Stellen entlang der geformten Lage 502 positioniert, an denen die geformte Lage 502 die flache Lage zunächst nicht berührt (z. B. die Prägungen, die nicht entlang der Linie 514 positioniert sind). In einigen Anordnungen sind die Prägungen 512 um mindestens 50 Tausendstel Zoll voneinander entfernt.
Die Prägungen 512 dienen der zusätzlichen strukturellen Festigkeit bei ungleichmäßigen Belastungsbedingungen. Die Prägungen 512 können in einem einheitlichen Muster über die geformte Lage 502 oder in einem Muster, das vom stromaufwärtigen bis zum stromabwärtigen Ende des Filtermediums 500 variiert, vorgesehen werden. In einigen Anordnungen ragen die entlang eines Kammes angeordneten Prägungen in die gleiche Richtung wie der Kamm heraus. Dementsprechend ragen aus der Perspektive von 5 die Prägungen entlang der Linie 514 nach unten (d. h. in das Papier) und die Prägungen, die der Linie benachbart sind, die zum stromaufwärtigen Ende 504 verläuft, ragen nach außen (d. h. aus dem Papier). Mit anderen Worten ragen die Prägungen entlang der Linie 514 entgegen der Querrichtung 40 nach unten, und die Prägungen neben der Linie 514 zum stromaufwärtigen Ende 504 ragen entlang der Querrichtung 40 nach oben. Wie in der in 5 dargestellten Ausführungsform dargestellt, können die Prägungen 512 in Form von Vertiefungen und im Wesentlichen kreisförmig sein, obwohl die Prägungen 512 auch nicht runde Formen aufweisen können. Die Prägungen 512 können auf dem ersten Satz von Wandsegmenten 554, dem zweiten Satz von Wandsegmenten 546 oder sowohl dem ersten Satz von Wandsegmenten 554 als auch dem zweiten Satz von Wandsegmenten 546 angeordnet sein. Zusätzlich können Prägungen 512 auf dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen 560, dem zweiten Satz von Tetraeder-Kanälen 558, dem dritten Satz von Tetraeder-Kanälen 552 und dem vierten Satz von Tetraeder-Kanälen 550 angeordnet sein.
Die Kombination aus den Prägungen 512 und den Kurven 508 bietet dem Filtermedium 500 Vorteile gegenüber dem Filtermedium 100. Das Filtermedium 500 weist einen geringeren Anfangsdruckabfall als das Filtermedium 100 auf, da mehr offene Fläche und weniger Begrenzung für den stromabwärtigen Fluidstrom vorhanden sind, was durch die Prägungen 512 entsteht, die den Abstand zwischen der geformten Lage 502 und der flachen Lage aufrechterhalten. Das Filtermedium 500 hat auch eine längere Lebensdauer durch die größere offene Fläche im Vergleich zum Filtermedium 100. Die Prägungen 512 und die Kurven 508 verleihen dem Filtermedium 500 ebenfalls zusätzliche Festigkeit. Dementsprechend ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Filtermedium 500 unter extremen Bedingungen lokale Verformungen oder globale Verformungen oder einen Kollaps erfährt, wesentlich geringer als das beim Filtermedium 100 der Fall ist. Bei Verformung oder Kollaps reduzieren die Prägungen 512 die Kontaktfläche zwischen der geformten Lage 502 und der flachen Lage. In Anordnungen, in denen das Filtermedium 500 aus dem dünneren Medium (d. h. dem elf Tausendstel Zoll dicken Medium) gebildet wird, sind diese Vorteile noch größer. So kann beispielsweise die Lebensdauerverlängerung gegenüber dem Filtermedium 100 etwa 10-20 % betragen.
Unter Bezugnahme auf 6 ist eine Querschnittsansicht eines Luftfiltersystems 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das System 600 filtert Luft und liefert saubere Luft an ein Gerät, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor. Das System 600 wird mit einem oberen Teil 602 gezeigt, das an einem Gehäuse 604 befestigt ist. Das obere Teil 602 ist durch eine Mehrzahl von Verbindungen, die zwischen dem oberen Teil 602 und dem Gehäuse 604 gebildet sind, entfernbar an dem Gehäuse 604 befestigt. Die Verbindungen werden durch eine beliebige geeignete mechanische Verbindung gebildet, wie beispielsweise Einrastverbindungen (beispielsweise gebildet durch ineinander passende Arretierungen an dem Gehäuse 604 und dem oberen Teil 602), Schrauben, Bolzen oder dergleichen. In einigen Anordnungen ist das obere Teil 602 ein Einlassgitter. Das obere Teil 602 beinhaltet eine Einlassöffnung 608 und das Gehäuse 604 beinhaltet eine Auslassöffnung 610. Die Einlassöffnung 608 und der Auslass 610 sind im Wesentlichen so ausgerichtet, dass eine gemeinsame Achse durch die Mitten der Einlassöffnung 608 und der Auslassöffnung 610 führt. Luft, die von dem System 600 zu filtern ist, tritt in das Gehäuse 604 durch die Einlassöffnung 608 ein, fließt durch das Gehäuse 604 und tritt aus dem Gehäuse 604 durch die Auslassöffnung 610 aus. Wie unten detaillierter beschrieben ist, beinhaltet das Gehäuse 604 ein Filterelement 704, das zwischen der Einlassöffnung 608 und der Auslassöffnung 610 angeordnet ist, sodass die Luft, die durch das Gehäuse 604 fließt, durch das Filterelement 704 gefiltert wird. Obwohl das obere Teil 602 bestimmte Abschnitte des Filterelements 704 kontaktieren kann, ist das obere Teil 602 nicht an dem Filterelement 704 befestigt, sodass das obere Teil 602 von dem Filterelement 704, das mit den Ersatzfilterelementen verwendet wird, entfernt werden kann. Da das obere Teil 602 mit Ersatzfilterelementen wiederverwendbar ist, können Ersatzfilterelemente zu geringeren Kosten hergestellt werden als Ersatzfilterelemente, die einen einstückig mit ihnen ausgebildeten Deckelabschnitt aufweisen. Das wiederverwendbare obere Teil 602 reduziert auch Abfall bei jedem Filterelementaustausch-Service im Vergleich zu Ersatzfilterelementen, die einen einstückig mit ihnen ausgebildeten Deckelabschnitt aufweisen.
Das Gehäuse 604 beinhaltet ein mittleres Abteil 702, das zwischen der Einlassöffnung 608 und der Auslassöffnung 610 angeordnet ist. Wie in 6 dargestellt, ist das Filterelement 704 im mittleren Abteil 702 des Gehäuses 604 positioniert. Das Filterelement 704 befindet sich in einer installierten Position (d. h. das Filterelement 704 wird in dem Abteil 702 aufgenommen und das obere Teil 602 ist an dem Gehäuse 604 befestigt). Das Filterelement 704 ist ein Axialströmungs-Filterelement. Das Filterelement 704 beinhaltet eine mittige Röhre 706 und ein Filtermedium 708, das die mittige Röhre 706 umgibt. In einigen Anordnungen besteht die mittige Röhre 706 aus Pappe, was kostengünstiger und umweltfreundlicher als Kunststoff sein kann. In einer Ausführungsform ist die mittige Röhre 706 nicht perforiert oder porös, obwohl andere Ausführungsformen Perforationen und/oder einen gewissen Grad an Porosität aufweisen können. Ein Abschnitt der mittigen Röhre 706 erstreckt sich in eine Öffnung in dem oberen Teil 602, wenn das Filterelement 704 in dem Gehäuse 604 in der installierten Position aufgenommen wird. In einer alternativen Anordnung erstreckt sich die mittige Röhre 706 nicht in das obere Teil 602 und beinhaltet eine Kappe, um den oberen Abschnitt der mittigen Röhre 706 abzudichten. Das Filtermedium 708 beinhaltet eine Einlassfläche 710, die im Wesentlichen an die Einlassöffnung 608 des oberen Teils 602 angrenzend ist. Das Filtermedium 708 beinhaltet eine Auslassfläche 712, die im Wesentlichen an die Auslassöffnung 610 angrenzend ist. Die Einlassfläche 710 ist von der Auslassfläche 712 beabstandet. Die Einlassfläche 710 ist im Wesentlichen parallel zu der Auslassfläche 712. In einer alternativen Anordnung beinhaltet das Filterelement 704 unter Umständen keine mittige Röhre. In einer solchen Anordnung kann das Filtermedium 708 um einen entfernbaren Kern gewickelt sein.
Das Filtermedium 708 beinhaltet das Filtermedium 500, das mindestens die gebildete Lage 502 und eine flache Lage umfasst. Das Filtermedium 708 kann um die mittige Röhre 706 gewickelt sein. Die mittige Röhre 706 ist an beiden Enden geschlossen. Ein oberes Ende der mittigen Röhre 706 wird durch das obere Teil 602 geschlossen. In manchen Anordnungen wird ein unteres Ende der mittigen Röhre 706 von einer Kappe 714 verschlossen. Es ist jedoch möglich, dass eine solche Kappe 714 verwendet wird, um das obere Ende der mittigen Röhre 706 zu schließen, entweder anstelle der oder zusätzlich zu der Verwendung einer Kappe 714 am unteren Ende der mittigen Röhre 706.
Das Filterelement 704 beinhaltet einen oberen Stützring 716. Der obere Stützring 716 umfasst das Filtermedium 708 angrenzend an die Einlassfläche 710. Der obere Stützring 716 kann aus Kunststoff, einem Polymer oder dergleichen bestehen. In einigen Anordnungen wird der obere Stützring 716 an dem Filtermedium 708 mit einem Klebstoff befestigt. Bei anderen Anordnungen wird der obere Stützring 716 an dem Filtermedium 708 mit Reibpassung befestigt. Der obere Stützring 716 beinhaltet eine obere Dichtung 718. Die obere Dichtung 718 kann eine Flachdichtung sein. Die obere Dichtung 718 kann eine elastomere Dichtung sein. In einigen Anordnungen ist die obere Dichtung 718 eine Polyurethan-Formdichtung. Wenn das Filterelement 704 innerhalb des Gehäuses 604 aufgenommen wird, liegt die obere Dichtung 718 an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 604 an. Das obere Teil 602 drückt die obere Dichtung 718 gegen das Gehäuse 604 und bildet eine axiale Dichtung zwischen dem oberen Stützring 716 und dem Gehäuse 604. Dementsprechend wird, wenn das Filterelement 704 in einer installierten Position in dem Gehäuse 604 aufgenommen wird, Luft, die durch das System 600 (d. h. von der Einlassöffnung 608 zu der Auslassöffnung 610) strömt, gezwungen, durch das Filtermedium 708 zu strömen. Zusätzlich verhindert die obere Dichtung 718 auch Staubablagerungen an den Innenwänden des Gehäuses 604 während des Betriebs.
Die obere Dichtung 718 wird durch eine axiale Dichtkraft zusammengedrückt. Die Kraft des oberen Teils 602, das nach unten auf das Filterelement 704 drückt, wenn das Filterelement 704 innerhalb des Gehäuses 604 aufgenommen wird, unterstützt die Herstellung der oberen Dichtung. In einigen Anordnungen ist der Kompressionsabstand für die obere Dichtung 718, die durch das obere Teil 602 bewirkt wird, auf etwa fünfzehn bis vierzig Prozent der oberen Dichtung 718 begrenzt. Da jedoch die obere Dichtung mit einer axialen Dichtkraft hergestellt wird, unterstützt der Druckunterschied, der von dem Filterelement zwischen der Einlassfläche 710 und der Auslassfläche 712 bewirkt wird, auch das Drücken der oberen Dichtung 718 gegen das Gehäuse 604. Dementsprechend sind, wenn ein Techniker das obere Teil 602 nicht vollständig auf das Gehäuse 604 festzieht, normale Betriebskräfte, die durch die Luftdruckdifferenz über das Filterelement 704 bewirkt werden, ausreichend, um die obere Dichtung herzustellen.
In einigen Anordnungen beinhaltet das Filterelement 704 einen unteren Stützring 720. Der untere Stützring 720 umfasst das Filtermedium 708 angrenzend an die Auslassfläche 712. Der untere Stützring 720 kann aus Kunststoff, einem Polymer oder dergleichen bestehen. In einigen Anordnungen wird der untere Stützring 720 an dem Filtermedium 708 mit einem Klebstoff befestigt. Bei anderen Anordnungen wird der untere Stützring 720 an dem Filtermedium 708 mit Reibpassung befestigt. Der untere Stützring beinhaltet ein unteres Stützelement 722. Das untere Stützelement 722 kann ein ringförmiges Stützelement sein, das aus einem porösen und verformbaren Material besteht. In einigen Anordnungen ist das untere Stützelement eine durchlässige Mediendichtung. In einigen Anordnungen besteht das untere Stützelement 722 aus einem offenen Schaum, einem hoch-durchlässigen Meltblown-Medium oder Filz. Wenn das Filterelement 704 innerhalb des Gehäuses 604 in einer installierten Position aufgenommen wird, liegt das untere Stützelement 722 an einer abgewinkelten Oberfläche 724 des Gehäuses 604 an. In einigen Anordnungen drückt die Befestigung des oberen Teils 602 an das Gehäuse 604 das untere Stützelement 722 gegen die abgewinkelte Oberfläche 224, wenn das Filterelement 704 innerhalb des Gehäuses 604 in einer installierten Position aufgenommen wird. Das untere Stützelement 722 unterstützt das Positionieren und Befestigen des Filterelements 704 während der Installation des Filterelements 704 in das Gehäuse 604. Nach dem Einbau in die installierte Position hilft das untere Stützelement 722, das Filterelement 704 in der installierten Position zu halten und hilft, Vibrationen des Filterelements 704 während der Verwendung zu reduzieren. Ferner reduziert das untere Stützelement 722 das Risiko, dass das Filterelement 704 während der Verwendung des Filterelements 704 gegen das Gehäuse 604 vibriert, was als „Rattern“ bezeichnet wird. Zusätzlich reduziert das untere Stützelement 722 die Oberflächenreibung zwischen dem Filterelement 704 und dem Gehäuse 604 über eine Polyurethan-Dichtung erheblich. In einigen Anordnungen beinhaltet der untere Stützring 720 kein unteres Stützelement 722. In solchen Anordnungen ist die obere Dichtung 718 die primäre Tragfläche zwischen dem Gehäuse 604 und dem Filterelement 704, wenn das Filterelement 704 in dem Gehäuse 604 aufgenommen wird. Bei anderen Anordnungen beinhaltet das Filterelement keinen unteren Stützring 720.
Es sollte beachtet werden, dass der hierin verwendete Begriff „beispielhaft“ zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anzeigen soll, dass derartige Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein derartiger Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass derartige Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele 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 sollte beachtet werden, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann und die vorliegende Offenbarung derartige Varianten umfasst.
Der hierin verwendete Begriff „verbunden“ und dergleichen bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen 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 einstückig als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, 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 einstückig geformt 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. Darüber hinaus können Merkmale aus bestimmten Ausführungsformen mit Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden, was dem Fachmann klar sein dürfte. Weitere Ersetzungen, Abwandlungen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls bezüglich der Konstruktion, der Betriebsbedingungen und der Anordnung der diversen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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

US 62434726 [0001]
US 8397920 [0009]

Claims

Filtermedium, umfassend: eine erste Lage des Filtermediums, die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Lage an einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Kurven aufzuweisen, die einem wellenförmigen Muster folgen, wobei das wellenförmige Muster mehrere abgerundete Tetraeder-Strömungskanäle bildet, die abwechselnd miteinander an der ersten Seite abgedichtet sind, um Folgendes zu definieren: einen ersten Satz abgerundeter Tetraeder-Kanäle mit offenen ersten Enden, und einen zweiten Satz abgerundeter Tetraeder-Kanäle, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen ineinandergreifen und geschlossene erste Enden aufweisen, und eine zweite Lage des Filtermediums, die sich über die erste Lage des Filtermediums erstreckt, wobei die zweite Lage des Filtermediums eine flache Lage des Filtermediums ist.
Filtermedium nach Anspruch, 1 wobei die erste Lage des Filtermediums Prägungen umfasst, die an den Kämmen der gerundeten Tetraeder-Strömungskanäle angeordnet sind.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei die Prägungen entlang einer Linie positioniert sind, die eine Kontaktlinie zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage darstellt.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei die Prägungen in einem einheitlichen Muster über die erste Lage hinweg bereitgestellt werden.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei die Prägungen eine erste Mehrzahl von Prägungen und eine zweite Mehrzahl von Prägungen beinhalten, wobei die erste Mehrzahl von Prägungen entlang einer Linie positioniert ist, die eine Kontaktlinie zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage darstellt und entgegen einer Querrichtung nach unten ragt, und wobei die zweite Mehrzahl von Prägungen benachbart zur Linie ist und entlang der Querrichtung nach oben ragt.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei die zweite Lage des Mediums eine gekrümmte Lage des Filtermediums ist und wobei die Prägungen so angeordnet sind, dass sie mit der zweiten Lage des Filtermediums interagieren.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der abgerundeten Tetraeder-Strömungskanäle ein erster Satz von Wandsegmenten ist, die auf der ersten Seite abwechselnd miteinander abgedichtet sind, und ferner einen zweiten Satz von Wandsegmenten umfasst, die auf der zweiten Seite abwechselnd miteinander abgedichtet sind, um Folgendes zu definieren: einen dritten Satz von Tetraeder-Kanälen, die geschlossene zweite Enden aufweisen, und einen vierten Satz von Tetraeder-Kanälen, die mit dem dritten Satz von Tetraeder-Kanälen ineinandergreifen und offene zweite Enden aufweisen.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die erste Seite das stromaufwärtige Ende umfasst, das konfiguriert ist, um das zu filternde Fluid aufzunehmen, und wobei die zweite Seite das stromabwärtige Ende umfasst, das konfiguriert ist, um das gefilterte Fluid auszugeben.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die zweite Seite das stromaufwärtige Ende umfasst, das konfiguriert ist, um zu filterndes Fluid aufzunehmen, und wobei die erste Seite das stromabwärtige Ende umfasst, das konfiguriert ist, um gefiltertes Fluid auszugeben.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die erste Seite einen im Wesentlichen gekrümmten Einlass umfasst, wobei eine gekrümmte Einlasshöhe einen Abstand von einem unteren Ende des gekrümmten Einlasses zu einem oberen Ende des gekrümmten Einlasses entlang einer Achse aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer longitudinalen Länge des Filtermediums verläuft.
Filterelement, umfassend das Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Filtermedium, umfassend: ein gekrümmtes Blatt an Filtermedium, welches entlang einer Mehrzahl von Kurven gefaltet ist, die einem wellenförmigen Muster folgen, wobei das wellenförmige Muster eine Mehrzahl von abgerundeten Tetraeder-Strömungskanälen bildet, wobei das gekrümmte Blatt des Filtermediums eine Mehrzahl von Prägungen umfasst, die an Kämmen der abgerundeten Tetraeder-Strömungskanäle angeordnet sind.
Filtermedium nach Anspruch 12, wobei mindestens eine der Prägungen eine erhöhte Oberfläche bildet, die einen Trennungsabstand zwischen einem zweiten Blatt des Filtermediums und dem gekrümmten Blatt des Filtermediums hält, wobei sich das zweite Blatt des Filtermediums über das gekrümmten Blatt des Filtermediums erstreckt.
Filtermedium nach Anspruch 12, wobei die Mehrzahl von Prägungen entlang einer Linie positioniert ist, die eine Kontaktlinie zwischen dem ersten Blatt und einem zweiten Blatt des Filtermediums darstellt, wobei sich das zweite Blatt des Filtermediums über dem gekrümmten Blatt des Filtermediums erstreckt.
Filtermedium nach Anspruch 12, wobei die Prägungen eine erste Mehrzahl von Prägungen und eine zweite Mehrzahl von Prägungen umfassen, wobei die erste Mehrzahl von Prägungen entlang einer Linie positioniert ist, die eine Kontaktlinie zwischen dem ersten Blatt und dem zweiten Blatt darstellt und entgegen einer Querrichtung nach unten ragt, und wobei die zweite Mehrzahl von Prägungen benachbart zur Linie ist und entlang der Querrichtung nach oben ragt.
Filtermedium nach Anspruch 12, wobei die Prägungen in einem einheitlichen Muster über das erste Blatt hinweg bereitgestellt sind.
Filtersystem, umfassend: einen Gehäusekörper, wobei der Gehäusekörper aufweist: einen Gehäuseauslass, einen Gehäuseeinlass und ein mittleres Abteil; und ein Filterelement, das in dem mittleren Abteil installiert ist, wobei das Filterelement ein Filtermedium umfasst, das Filtermedium umfassend: ein erstes Blatt des Filtermediums, welches eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei das erste Blatt des Filtermediums an einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Kurven aufzuweisen, die einem wellenförmigen Muster folgen, wobei das wellenförmige Muster mehrere abgerundete Tetraeder-Strömungskanäle bildet, die abwechselnd miteinander an der ersten Seite abgedichtet sind, um Folgendes zu definieren: einen ersten Satz abgerundeter Tetraeder-Kanäle mit offenen ersten Enden, und einen zweiten Satz abgerundeter Tetraeder-Kanäle, die mit dem ersten Satz von Tetraeder-Kanälen ineinandergreifen und geschlossene erste Enden aufweisen, und ein zweites Blatt des Filtermediums, welches sich über das erste Blatt des Filtermediums erstreckt.
Filtersystem nach Anspruch 17, wobei das erste Blatt des Filtermediums Prägungen umfasst, die an Kämmen der gerundeten Tetraeder-Strömungskanäle angeordnet sind.
Filtersystem nach Anspruch 17, ferner umfassend: ein oberes Element, das abnehmbar an dem Gehäusekörper befestigt ist, wobei das obere Element eine Einlassöffnung aufweist, die mit dem Gehäuseeinlass ausgerichtet ist, wobei ein Abschnitt des Filterelements das obere Element berührt.
Filtersystem nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen oberen Stützring, der mit der ersten Seite des Filtermediums gekoppelt ist, wobei der obere Stützring das Filtermedium angrenzend an die erste Seite umschreibt.