DE19509825A1 - Luftfilteranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfilteranordnung, um beispielsweise Luft, die in einen Fahrzeugmotor oder in ein Ventilationssystem für einen Fahrgastraum eines Fahr­ zeugs eingeleitet wird, zu filtern.

Der Gebrauch von Luftfiltern zur Filterung von in einen Fahrzeugmotor zugeführter Luft wird, insbesondere infolge des Gebrauchs von elektronischen Motorsteuerungssystemen, zunehmend wichtig.

Es wird mit der Zunahme des Ausmaßes und der Genauigkeit der Verfahrenstechnik von Verbrennungsvorgängen in dem Motor, zunehmend wichtig, eine sehr wirksame Filterung von in den Motor einzuleitender Luft, zu haben.

Um eine stark gefilterte Luft zu erhalten ist es notwendig Filter zu verwenden, die in der Lage sind mehr als ungefähr 99,5% der Partikel im eintretenden Luftstrom zu entfernen.

Eine derartige Filterung erfordert es, daß das Filtermedium mit kleinen Luftdurchgängen ausgebildet ist, was das Ein­ fangen von großen und kleinen Partikeln erlauben kann.

Es gibt andererseits gegenwärtig Bestrebungen, den Zeitraum zwischen Fahrzeugwartungen zu vergrößern. Jedoch neigen bestehende Filter mit einer starken Filterungswirksamkeit dazu, wegen der Bildung einer Partikellage auf der stromauf­ wärtigen Seite des Filtermediums, relativ schnell zu verstop­ fen. Infolgedessen gibt es einen Kompromiß zwischen der Rein­ heit der in den Motor eingeleiteten Luft und der Filterle­ bensdauer, um den Wartungserfordernissen gerecht zu werden.

Die vorliegende Erfindung will eine verbesserte Filter­ anordnung zu schaffen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Luft­ filteranordnung zur Filterung von durch eine Fahrzeugluft­ einlaßleitung eingeleiteter Luft vorgesehen mit einem ersten Filterelement und einem Vorfilter zur Filterung von Luft vor der Filterung durch das erste Filterelement, worin das erste Filterelement gefaltet ist, das Vorfilter an den Scheiteln der Falten des ersten Filterelements auf der einen Seite des ersten Filterelements anhaftet und worin eine elastomere Dichtung um die Peripherie der anderen Seite des ersten Filterelements herum vorgesehen ist.

Das Vorfilter ist so entworfen, daß es Partikel sammelt und festhält, die sonst das erste Filterelement verstopfen würden. Auf diese Weise ist es durch den Gebrauch eines sehr feinen Filterelements möglich, eine sehr wirksame Filterung von Luft zu schaffen, während die Betriebslebensdauer der Filteranordnung aufrechterhalten wird und in manchen Fällen wesentlich zunimmt. Dies ist wegen des Vorfilters möglich, das einen wesentlichen Anteil der Partikel einfängt und fest­ hält, die sonst dazu beitragen würden das erste Filter­ element zu verstopfen. In Versuchen wurde herausgefunden, daß die Filteranordnung eine Betriebslebensdauer besitzen kann, die bis zu dem rund Vierfachen der Betriebslebensdauer eines herkömmlichen Luftfilters betragen kann. In manchen Fällen kann die Filteranordnung bis zu rund 100 000 Kilome­ ter Nutzungsdauer des Fahrzeugs halten.

Vorzugsweise besitzt das Vorfilter die Form eines Filter­ kissens mit einer Dicke in dem Bereich von im wesentlichen 3 bis 40 Millimeter.

Es wurde herausgefunden, daß dieser Aufbau eines Vorfilters, teilweise infolge der Filtertiefe, eine relativ starke Partikeleinfangwirksamkeit aufweist, und daß es seine Permeabilität für einen wesentlichen Zeitraum erhalten kann.

In der bevorzugten Ausführungsform besitzt das Vorfilter einen Rückhaltegrad (Arrestanz) von im wesentlichen 60 bis 80%. Das Vorfilter kann aus einer geblasenen Polyesterfaser ausgebildet sein. Es wurde herausgefunden, daß ein Vorfilter mit einer derartigen Charakteristik eine optimale Vorfilte­ rung eintretender Luft liefert.

Das erste Filterelement kann aus einem Zellulosepapier, Kunstseide oder einem Mikrofaserfiltermedium ausgebildet sein.

Die Filteranordnung kann gewöhnlich als eine einzige Einheit behandelt werden, wodurch die Benutzungsfreundlichkeit verbessert und die Gesamtkosten reduziert werden.

In einer Ausführungsform ist das Vorfilter unter dem ersten Filterelement angeordnet. Wenn das Vorfilter unter dem ersten Filterelement angeordnet ist kann die Betriebslebens­ dauer der Filteranordnung verlängert werden. Das hängt davon ab, wie sich Partikel schließlich innerhalb der Filteranord­ nung absetzen, und an welcher Stelle in der Filteranordnung die Partikel eingefangen und festgehalten werden.

Die Fahrzeuglufteinlaßleitung kann ein Teil eines Lufteinlas­ ses zu einem Fahrzeugmotor sein. Alternativ kann die Fahr­ zeuglufteinlaßleitung ein Teil eines Ventilationssystems zur Versorgung des Fahrgastraumes eines Fahrzeuges mit Luft sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Luftfilters;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des auseinander­ genommenen Luftfilters von Fig. 1; und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht nach Linie III-III von Fig. 1.

Nach den Fig. 1 und 2 ist die gezeigte Ausführungsform der Luftfilteranordnung 10 zur Anordnung in dem Lufteinlaß­ durchgang, der zu den Zylindern eines Fahrzeugmotors führt, bestimmt. Die Luftfilteranordnung 10 entfernt Partikel aus der durch das Einlaßsystem zugeführten atmosphärischen Luft, die sonst die Motorleistung beeinträchtigen würden.

Die Luftfilteranordnung 10 weist eine im allgemeinen recht­ eckige Form auf und ist aus drei Teilen ausgebildet, einem gefalteten Filterblatt oder ersten Filterelement 12, einer Dichtung 14 aus elastomerem Material und einem Vorfilter 16. Das Filterblatt 12 ist aus jedem geeigneten gewobenen oder nicht gewobenen Filtermedium einer dem Fachmann bekannten Sorte, z. B. ein Zellulosepapier, ein Material auf Kunstsei­ debasis, ein Material auf Polyesterbasis oder jede Kombina­ tion derartiger Materialien ausgebildet. Ein geeignetes Material kann Toyobo Elitolon Grade EFU-60p (Handelsname) sein, das durch die Mitsubishi Corporation (UK) Ltd in Bow Bells House, Bread Street, Cheapside, London (GB) importiert wird. Eine bevorzugte Anordnung ist Zellulosefaserpapier mit einer Phenolharzbeschichtung.

Das Filtermaterial ist in im wesentlichen parallele Falten 20 (Fig. 3) gefaltet, die sich entlang einer transversalen Achse des Filterelements erstrecken, so daß zwei gegenüber­ liegende Kantenwände 22 des Filterelements durch die Falten­ enden ausgebildet sind, während jede der zwei gegenüber­ liegenden Endwände 24 des Filterelements 12 durch eine der Falten ausgebildet ist.

Anhaftend an den Scheiteln 26 der Falten 20 auf der einen Seite 28 des Filterelements 12 befindet sich das Vorfilter 16, das aus einer Masse verschlungener Fasern ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist das Vorfilter aus einem gebla­ senen Polyesterfaserkissen, z. B. Lockertex LT105 (Handels­ name) ausgebildet, und weist eine Dicke von ungefähr 3 bis 40 Millimeter und vorzugsweise im wesentlichen 20 Millimeter auf. Die Eigenschaften und insbesondere die Filterungswirk­ samkeit des Filters 16 sind durch seine Tiefe, seine Permea­ bilität und die Sorte und den Durchmesser seiner Fasern bestimmt. Vorzugsweise ist das Vorfilter 16 so gewählt, daß eine relativ starke Filterung der Partikel, die das Filter­ element 12 verstopfen würden, erfolgt, während dem Luftstrom nur ein geringer Widerstand entgegengebracht wird. In diesem Beispiel besitzt das Vorfilter 16 einen nach B56540/DIN 24185 gemessen Rückhaltegrad zwischen ungefähr 60 und 95% und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 93%. Das bevorzugte Filtermedium besitzt eine Filterklassifikation von EU4 und eine Staubhaltekapazität von ungefähr 699 g/m².

Das Vorfilter 16 ist benachbart zum Filterelement 12, so daß im wesentlichen die ganze zugeordnete Seite 28 des Filter­ elements 12 bedeckt ist.

Die vorzugsweise aus einem Urethanschaum abgeformte Dichtung 14 erstreckt sich um die Peripherie der Seite 30 des Filter­ elements 12 von dem Vorfilter 16 entfernt herum, so daß sich die Form eines Rahmens entsprechend zu der Seite 30 des Fil­ terelements 12 ergibt und ist daran auf jede geeignete Weise befestigt. In dem gezeigten Beispiel umfaßt die Dichtung 14 vier Rahmenelemente 18, die in der Form des Rahmens aneinan­ der gekoppelt sind. Jedes Rahmenelement 18 ist aus zwei im wesentlichen senkrechten Wänden 32, 34 ausgebildet, wobei die eine Wand 32 sich über einen Teil der Seite 30 des Fil­ terelements 12 erstreckt, die andere Wand 34 sich über eine Kante oder Endwand 22, 24 des Filterelements 12 erstreckt.

Die Dichtung 14 ist so aufgebaut, daß eine Halterung für das Filterelement 12 vorgesehen ist, und daß eine Dichtung zum Abdichten der Kanten und Enden des Filters 10 an dem Gehäuse des Fahrzeuglufteinlaßdurchgangs vorgesehen ist.

Der Luftstrom durch das Filter 10 weist in der Richtung der in Fig. 1 gezeigten Pfeile A. Die Luft wird zuerst durch das Vorfilter 16 gefiltert, und dann zu dem gefalteten Filter­ element 12 geleitet und durch dieses gefiltert, bevor sie zu dem Fahrzeugmotor geleitet wird. Durch den Vorzug seiner wirksamen Filterungstiefe und die Struktur und Sorte seiner Fasern fängt und hält das Vorfilter 16 einen wesentlichen Anteil der Partikel in dem Luftstrom, die sonst dazu beitra­ gen würden, das Filterelement 12 zu verstopfen. Das Filter­ element 12 vervollständigt dann die Filterung der eintreten­ den Luft, um den gewünschten Luftreinheitsgrad zu schaffen.

In einem Beispiel umfaßt eine Filteranordnung 10 des oben beschriebenen Aufbaus ein Filterelement 12 aus Zellulose­ papier mit 106 Falten und einer wirksamen Filterungsfläche von 16748 cm². Ein Vorfilter 16 aus Lockertex LT105 (Handels­ name) mit einer Dicke von 20 mm und einer wirksamen Fläche von 600 cm² war an dem Filterelement 12 durch Anhaften an die Scheitel 26 befestigt. Bei einer Versuchs-Luftstromrate von 5 m³/min wurde herausgefunden, daß die Filteranordnung 10 darüber einen Druckabfall von 9,0 mm Wassersäule (WG) erzeugte. Dann wurde Luft, die einen groben Versuchsstaub mit einer Konzentration von 1000 mg/m³ enthielt, durch die Filteranordnung 10 geleitet, bis der Druckabfall über die Filteranordnung 10 um 200 mm WG angestiegen war. Während des Versuchs wies die Filteranordnung 10 eine Filterungswirksam­ keit von 99,94% auf. Beim Wiegen der Filteranordnung 10 nach dem Versuch wurde herausgefunden, daß sie 535,72 g Staub aufgefangen hatte. Dies entspricht einer Staubbeladung von 0,032 g/cm² des Filterelements 12, was das Mehrfache der Staubbeladung eines Filters ohne das Vorfilter 16 ist.

In Versuchen wurde herausgefunden, daß die oben beschriebene Filteranordnung 10 eine starke Filterungswirksamkeit besit­ zen kann, während sie eine Filterlebensdauer aufweist, die bis zu der Vierfachen derjenigen eines Filters beträgt, das keinen Vorfilter 16 umfaßt.

In einem vollständigen Versuch wurde die Filteranordnung 10 in einem Fahrzeug so plaziert, daß das Vorfilter 16 unter dem Filterelement 12 lag und daß die eintretende Luft aufwärts durch die Filteranordnung 10 geleitet wurde. Durch diese Anordnung wird die Betriebslebensdauer des Filters vergrößert.

In alternativen Ausführungsformen kann das Vorfilter 16 in einer Kabinenfilteranordnung verwendet werden, die entworfen ist, um die in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs eingeleitete Luft zu filtern. In derartigen Ausführungsformen kann das Filterelement aus Zellulosepapier, Kunstseide oder einem Mikrofiltermedium bestehen.

Claims (7)

1. Luftfilteranordnung (10) zur Filterung von Luft, die durch eine Fahrzeuglufteinlaßleitung geleitet wird mit einem ersten Filterelement (12) und einem Vorfilter (16) zur Filterung von Luft vor der Filterung durch das erste Filterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Filterelement gefaltet ist, daß der Vorfil­ ter an den Scheiteln (26) der Falten (20) des ersten Fil­ terelements auf der einen Seite (28) des ersten Filterele­ ments anhaftet und daß eine elastomere Dichtung (14) um die Peripherie der anderen Seite (30) des ersten Filter­ elements herum vorgesehen ist.

2. Luftfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorfilter (16) die Form eines Filterkissens mit einer Dicke im Bereich von im wesentlichen 3 bis 40 Millimeter aufweist.

3. Luftfilteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorfilter (16) einen Rückhaltegrad von im wesent­ lichen 60 bis 80% aufweist.

4. Luftfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorfilter (16) aus einer geblasenen Polyester­ faser ausgebildet ist.

5. Luftfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Filterelement (12) aus einem Zellulosepapier, Kunstseide oder einem Mikrofaserfiltermedium ausgebildet ist.

6. Luftfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuglufteinlaßleitung Teil eines Lufteinlasses zu einem Fahrzeugmotor ist.

7. Luftfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuglufteinlaßleitung Teil eines Ventilationssystems zur Versorgung eines Fahrgastraumes eines Fahrzeuges mit Luft ist.