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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere
auf ein Filterelement zur Filterung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs,
sowie auf ein Filtermodul.
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Technischer Hintergrund der
Erfindung
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Ein
solches Filterelement dient der Filterung von Fluidströmungen oder
gasförmigen
Medien, beispielsweise zur Filterung einer Luftströmung, die dem
Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs zugeführt wird. Obwohl auf beliebige
Filterelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die
ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf ein
Filterelement zur Filterung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs
beschrieben. Solche Filter werden nachfolgend auch kurz als Kfz-Innenraumluftfilter
bezeichnet.
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Die
zunehmende Luftverunreinigung, insbesondere in Großstädten, in
Verbindung mit dem Einsatz moderner Klimaanlagen macht es wünschenswert
und auch erforderlich, die von außen in den Innenraum eines
Kraftfahrzeuges geleitete und aufbereitete bzw. klimatisierte Luft
mittels geeigneter Filter zu filtern. Hierfür kommen beispielsweise Partikelfilter
oder Geruchsfilter oder alternativ auch kombinierte Partikel- und
Geruchsfilter in Betracht, die in der Luft enthaltene Partikel und
inhärente
Gerüche
aus der Umgebungsluft möglichst
gut herausfiltern sollen. Solche Filter zur Filterung von Luft für den Innenraum eines
Kraftfahrzeuges sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen und Varianten
allgemein bekannt, so dass auf deren Aufbau und Funktionsweise nachfolgend
nur kurz eingegangen wird.
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Da
die Wirksamkeit von Filtern insbesondere von der Größe der von
der Luft durchströmten
Oberfläche
des Filters abhängig
ist, kommen für
Kfz-Innenraumluftfilter überwiegend
zick-zack-förmig
gefaltete Filtermedien, häufig
auch als plissierte Filtermedien bezeichnet, zum Einsatz. Durch
die Faltung des verwendeten Filtermediums kann auf diese Weise abhängig von
der Faltungshöhe
und dem Faltungsabstand der verschiedenen Faltabschnitte des Filtermediums
eine effektive Vergrößerung der
von dem Luftstrom durchströmten
Filterfläche
ermöglicht
werden. Um solche Filterelemente mit zick-zack-förmig gefalteten Filtermedien
insbesondere montagetechnisch besser handhaben zu können, sind
Armierungselemente (Seitenbänder)
vorgesehen. Diese Armierungselemente dienen der seitlichen Fixierung und
Stabilisierung des zick-zack-förmigen
Filtermediums und sind mittels eines geeigneten Klebers an den seitlichen
Kanten des zick-zack-förmigen
Filtermediums angebracht und in Längsrichtung des Filtermediums
verlaufend ausgerichtet. Das Filterelement mit an den gefalteten
Längsseiten
streifenförmig
angebrachten Armierungen kann auf diese Weise montagetechnisch einfach
in ein Gehäuse
eines Filtermoduls oder einer entsprechenden Ausformung, beispielsweise
in die Innenverkleidung eines Kraftfahrzeuges, eingefügt werden.
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Werden
solche Filterelemente als Kfz-Innenraumluftfilter verwendet, dann
besteht der zusätzliche
Bedarf, dass diese unter montagetechnisch schwierigen Verhältnissen
in eigens dafür
vorgesehene Ausnehmungen im Innenraum des Kraftfahrzeuges ohne allzu
großen
Aufwand eingebaut werden. Dies macht es erforderlich, dass diese
Filterelemente flexibel sind, da sie teilweise in bogenförmige Aufnahmen
oder Gehäuseteilen
eingelegt werden müssen.
Dies macht es ferner erforderlich, dass die Seitenbänder der
Filterelemente einerseits in einer Richtung (Querrichtung) druck-
und zugflexibel ausgebildet sind, um passend und dichtend in die
entsprechend geformte Aufnahme eingelegt werden zu können, und
andererseits in der jeweils anderen Richtung (Längsrichtung) möglichst
steif ausgebildet sind.
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Ein
weiterer Bedarf besteht natürlich
auch darin, dass diese Filterelemente neben der einfachen montagetechnischen
Handhabbarkeit möglichst auch
kostengünstig
sein sollten und damit insbesondere auch herstellungstechnisch möglichst
einfach zu produzieren sind.
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Aufgabenstellung
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein besseres und insbesondere auch ein flexibleres und
dennoch stabiles Filterelement bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe
besteht darin, hierzu ein möglichst
einfach herstellbares Filterelement bereitzustellen.
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Zusammenfassung und Vorteile
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird zumindest
eine der genannten Aufgaben durch ein Filterelement mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Filtermodul mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
Ein
Filterelement, insbesondere Filterelement zur Filterung von Luft
für den
Innenraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem als Filtermedium fungierenden
Filtereinsatz mit zumindest einem Seitenband, welches dichtend und
zumindest teilweise rahmenförmig
um seitliche Ränder
des Filtereinsatzes angeordnet ist, wobei das Seitenband zur dichtenden
Verbindung mit dem Filtereinsatz auf der Seite des Filtereinsatzes eine
Klebeschicht aufweist, wobei die Klebeschicht zumindest einen sich
in einer Längsrichtung
des Seitenbandes erstreckenden, streifenförmigen ersten Abschnitt aufweist,
der eine gegenüber
den übrigen, zweiten
Abschnitten der Klebeschicht höhere Schichtdicke
aufweist.
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Ein
Filtermodul, insbesondere Partikel und/oder Geruchsfilter, mit einem
Filtergehäuse,
mit zumindest einem erfindungsgemäßen Filterelement, welches
in das Filtergehäuse
dichtend eingefügt
ist.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
die jeweiligen Seitenbänder
eines Filterelementes, welche zur Fixierung des Filtermediums vorgesehen
sind, einerseits in einer Querrichtung flexibel und andererseits
in deren Längsrichtung
möglichst
steif auszubilden. Hierzu wird die Klebeschicht, die auf dem Seitenband
typischerweise auf der Seite des Filtereinsatzes aufgebracht ist
und über
welche das Seitenband an dem Filtermedium befestigt ist, mit unterschiedlichen Schichtendicken
entlang einer Querrichtung ausgestattet. Auf diese Weise erhält das Seitenband
eine Verstärkung
in Längsrichtung
in der Form einer gewissermaßen
stabilen Faser, die sich im Wesentlichen entlang der Längsausdehnung
des Seitenbandes, also in Längsrichtung,
erstreckt. In der Folge bedeutet dies eine signifikant verbesserte
Stabilität
des gesamten Seitenbandes und damit des Filterelements und gleichermaßen ein
hohes Maß an
Flexibilität
in Querrichtung, was insbesondere für den Einbau des Filterelementes
in ein entsprechend ausgebildetes Filtermodul wesentlich und vorteilhaft
ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Seitenband in seiner
Querrichtung eine vorzugsweise signifikant höhere Flexibilität bezüglich einer Zugkraft
und/oder einer Druckkraft auf als in seiner Längsrichtung. Die Längsrichtung
des Seitenbandes entspricht im Wesentlichen der Längsrichtung
des Filtereinsatzes, d.h. die Richtung, in der der vorzugsweise
zick-zack-förmig
ausgebildete Filtereinsatz flexibel ausgebildet ist. Die Querrichtung
des Seitenbandes ist senkrecht zu dessen Längsrichtung und verläuft im Wesentlichen
entlang der vertikalen Ausrichtung des zick-zack-förmigen Filtereinsatzes.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Filtereinsatz in seiner
Längsrichtung
zumindest teilweise flexibel und/oder elastisch ausgebildet. Vorzugsweise
ist dabei der Filtereinsatz entlang seiner Querrichtung, die typischerweise
senkrecht zur Längsrichtung
ausgerichtet ist, ziehharmonikaförmig oder
zick-zack-förmig
gefaltet. Man spricht hier auch von einem so genannten plissierten
Filtereinsatz. Alternativ wäre
auch denkbar, dass der Filtereinsatz entlang seiner Querrichtung
etwa wellenförmig
ausgebildet ist.
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Typischerweise
ist das Seitenband zumindest an gefalteten seitlichen Kanten des
Filtereinsatzes mittels der Klebeschicht an dem Filtereinsatz befestigt,
was insgesamt eine Fixierung des Filtereinsatzes bewirkt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung erstrecken sich die ersten Abschnitte
der Klebeschicht streifenförmig
entlang der Längsrichtung
des Seitenbandes. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang,
wenn sich die ersten Abschnitte streifenförmig und zugleich durchgehend
entlang der Längsrichtung
des Seitenbandes erstrecken. Auf diese Weise wird eine durchgehende,
gewissermaßen neutrale
stabile Faser innerhalb der Klebeschicht realisiert, die insgesamt
eine signifikante Verbesserung der Stabilität des Seitenbandes in seiner
Längsrichtung
bewirkt.
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Vorzugsweise
weisen die ersten Abschnitte eine um 20 % bis 500 % größere Schichtdicke
als die zweiten Abschnitte der Klebeschicht auf. Bei einer bevorzugten
Dimensionierung weisen die ersten Abschnitte eine um 100 % bis 300
% größere Schichtdicke
als die zweiten Abschnitte auf. Typische Schichtdicken für die ersten
Abschnitte der Klebeschicht liegen im Bereich zwischen 1 mm und
3 mm und für
die zweiten Abschnitte der Klebeschicht zwischen 0,3 mm und 1 mm.
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Bevorzugterweise
wird die Flexibilität
des Seitenbandes im Wesentlichen durch die Schichtdicke der ersten
Abschnitte der Klebeschicht bestimmt. Dies bedeutet, dass die übrigen Bereiche
des Seitenbandes eine relativ geringe bis gar keine Flexibilität oder Elastizität im Vergleich
zu der Flexibilität
bzw. Elastizität
der Klebeschicht aufweisen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten Abschnitte
bezogen auf die Querrichtung des Seitenbandes mittig auf der filtereinsatzseitigen
Oberfläche
des Seitenbandes angeordnet. Denkbar wäre natürlich auch eine andere Ausgestaltung,
insbesondere wenn mehrere erste Abschnitte vorgesehen sind, die
in Querrichtung, d.h. lateral voneinander beabstandet sind. In diesem
Falle ist es zweckmäßig, wenn
die jeweils mehreren, lateral beabstandeten ersten Abschnitte entlang
der gesamten Längsrichtung
einen gleichen Abstand zueinander aufweisen und somit parallel zueinander verlaufen.
Die Verwendung mehrerer erster Abschnitte ist dann von Vorteil,
wenn die laterale Ausdehnung in Querrichtung der Seitenbänder relativ groß ist. Zudem
ist die Verwendung von Klebeschichten mit mehreren ersten Abschnitten
geringer Breite, die voneinander beabstandet sind, anstelle eines
einzigen, relativ breiten ersten Abschnittes von Vorteil, da hier
unter Umständen
mit weniger Materialeinsatz für
die ersten Abschnitte der Klebeschicht dieselbe Stabilität in Längsrichtung
realisiert werden kann.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung
sind die zweiten Abschnitte durchgehend gleichmäßig dick. Vorzugsweise weisen
auch die ersten Abschnitte vorzugsweise eine gleiche Schichtdicke
auf, wobei darunter auch zu verstehen ist, dass geringe Variationen,
die herstellungstechnisch bedingt sind, natürlich in Kauf genommen werden
und auch die jeweiligen ersten Abschnitte an den seitlichen Übergängen zu
den zweiten Abschnitten herstellungsbedingt nicht abrupt abfallen,
sondern mehr oder weniger kontinuierlich die Schichtdicke verringern.
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In
einer typischen Ausgestaltung weist die Klebeschicht im verfestigten
Zustand eine geringere Flexibilität und/oder eine geringere Elastizität als im noch
nicht vollständig
verfestigten Zustand auf.
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Als
Klebeschicht kann beispielsweise ein Heißkleber, wie beispielsweise
ein Hotmeltkleber, zum Einsatz kommen.
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In
einer typischen Ausgestaltung steht ein jeweiliges Seitenband in
der Querrichtung geringfügig über die
seitlichen Kanten des Filtereinsatzes über. Auf diese Weise ist einerseits
gewährleistet,
dass der Filtereinsatz durch das Seitenband optimal fixiert ist. Darüber hinaus
wird der Filtereinsatz selbst durch das Überstehen der Seitenbänder insbesondere beim
Einbau des Filtereinsatzes, aber auch beim späteren Einsatz geschützt, was
insbesondere bei sehr großflächigen Filtereinsätzen von
besonderem Vorteil ist.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtermoduls weist das
Filtergehäuse
des Filtermoduls einen runden oder einen ovalen Querschnitt auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Filterelement des Filtermoduls
als Geruchsfilter, als Partikelfilter oder als kombinierter Geruchs-
und Partikelfilter ausgebildet. Denkbar wäre selbstverständlich auch
ein anderer Einsatz bzw. eine andere Verwendung.
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Inhaltsangabe der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements;
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2 einen
Ausschnitt einer Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Filterelements
aus 1;
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3 eine
perspektivische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Seitenbandes des erfindungsgemäßen Filterelementes aus 1;
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4 eine
perspektivische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Seitenbandes des erfindungsgemäßen Filterelementes aus 1;
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5 ein
Filtermodul.
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In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Komponenten,
Elemente und Merkmale – sofern
nichts Anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements. Das Filterelement
ist in 1 mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Es
sei angenommen, dass das Filterelement 10 hier als Luftfilter
und insbesondere als Kfz-Innenraumluftfilter ausgebildet ist. Das
Filterelement 10 ist als flexibles Filterelement ausgebildet
und weist zu diesem Zweck ein als Filtermedium fungierenden Filtereinsatz 12 auf.
Wie die Schnittdarstellung in 2 zeigt, ist
der Filtereinsatz 12 zick-zack-förmig ausgebildet. Der zick-zack-förmige Filtereinsatz 12 ist
in dem Filterelement 10 mittels streifenförmiger Seitenbänder 14 fixiert.
Der Filtereinsatz 12 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung 20 und
ist – ohne
die Fixierung mittels der Seitenbänder 14 – entlang
dieser Längsrichtung 20 flexibel
ausgebildet. Im Beispiel in 1 sind zwei
streifenförmige
Seitenbänder 14 vorgesehen,
die an seitliche Kanten 16 des Filtereinsatzes anschließen und
die somit den Filtereinsatz 12 gewissermaßen sandwichartig
zwischen den Seitenbändern 14 einschließen. Für die Fixierung
des Filtereinsatzes 12 weisen die Seitenbänder 14 eine
Klebeschicht 18 auf der Seite des Filtereinsatzes 12 auf. Diese
Seitenbänder
dienen der Armierung des Filtereinsatzes 12.
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Jedes
der beiden Seitenbänder 14 weist
eine laterale Abmessung 22 auf, die vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise, größer ist
als eine Höhenabmessung 24 des
Filtereinsatzes 12. Die streifenförmigen Seitenbänder 14 stehen
somit sowohl anströmseitig
als auch abströmseitig
jeweils mit einem mehr oder wenigen großen Überstand 26 in lateraler
Richtung über
den Filtereinsatz 12 über.
Diese Überstände 26 sind
vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, frei von der Klebeschicht 18.
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Die
Seitenbänder 14 weisen
eine Längsrichtung 30 auf,
die im Wesentlichen der Längsrichtung 20 des
Filtereinsatzes 12 entspricht. Ferner ist eine Querrichtung 32 der
Seitenbänder 14 durch
die laterale Ausdehnung der Seitenbänder 14 definiert.
In allen Figuren sind die jeweiligen Längsrichtungen 30, 32 und
Querrichtungen 32 mit entsprechenden Doppelpfeilen angedeutet.
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Erfindungsgemäß weisen
die beiden streifenförmigen
Seitenbänder 14 in
ihrer Längsrichtung 30 eine
geringere Dehnbarkeit bzw. Elastizität auf, als in ihrer Querrichtung 32.
Dies wird erfindungsgemäß durch
eine spezielle Ausgestaltung der Seitenbänder 14 und dabei
insbesondere der auf den Seitenbändern 14 aufgebrachten
Klebeschicht 18 realisiert. Dies sei nachfolgend anhand
der 3 und 4 erläutert.
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Die 3 und 4 zeigen
perspektivische Schnittdarstellungen zweiter Ausführungsbeispiele eines
Seitenbandes 14, wie es für das Filterelement 10 in 1 verwendet
werden kann. Das Seitenband 14 weist hier ein Substrat 40,
beispielsweise aus Kunststoff, auf.
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Auf
der Oberfläche 42 des
Substrats 40 ist die Klebeschicht 18 aufgebracht.
Die Oberfläche 42 bezeichnet
dabei die filtereinsatzseitige Oberfläche 42.
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Erfindungsgemäß weist
die Klebeschicht 18 zwei unterschiedlich dicke Klebeschichtabschnitte 44, 46 auf.
Ein erster Klebeschichtabschnitt 44 weist eine signifikant
größere Schichtdicke
als die übrigen, zweiten
Klebeschichtabschnitte 46 auf. Die ersten Klebeschichtabschnitte 44 erstrecken
sich entlang der Längsrichtung 30 des
jeweiligen Seitenbandes 40. Vorzugsweise erstrecken sich
die ersten Klebeschichtabschnitte 44 durchgehend entlang
der Längsrichtung 30.
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Im
Ausführungsbeispiel
in der 3 ist lediglich ein einziger, durchgehender Klebeschichtabschnitt 44 vorgesehen,
der mehr oder weniger mittig auf dem Substrat 40 des Seitenbandes 14 angeordnet
ist. Im Unterschied hierzu sind in dem Ausführungsbeispiel in der 4 zwei
Klebeschichtabschnitte 44 – vorzugsweise gleicher Schichtdicke – vorgesehen,
die sich ebenfalls entlang der Längsrichtung 30 erstrecken
und die entlang dieser Längsrichtung 30 voneinander
beabstandet sind und somit parallel zueinander verlaufen.
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Die
Schichtdicke der ersten Klebeschichtabschnitte 44 ist mit
D1 und die Schichtdicke der zweiten Klebeschichtabschnitte ist mit
D2 bezeichnet. Die jeweiligen Schichtdicken D1, D2 sind vorzugsweise entlang
der Längsrichtung 30 konstant,
d.h. es gilt:
D1 ≈ const.
D2 ≈ const.
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Ferner
gilt:
D1 > D2
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Vorzugsweise
gilt:
D1 >> D2
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Es
versteht sich von selbst, dass die angegebenen Dimensionierungen
und Darstellungen in den 3 und 4 lediglich
beispielhaft zur Erläuterung
der Erfindung zu verstehen sind und das insbesondere die jeweiligen
Dicken D1, D2 im Vergleich zu der jeweiligen Dicke D3 des Substrates 40 sehr
viel kleiner ausgebildet sind.
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Für eine gleiche
Stabilität
des Seitenbandes 14 in dem Ausführungsbeispiel der 4 gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
in der 3 reicht es aus, wenn die jeweiligen Breiten B2
der ersten Klebeschichtabschnitte 44 der 4 (insgesamt)
kleiner sind als die Breite B1 des ersten Klebeschichtabschnitts
B1 in der 3.
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5 zeigt
eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Filtermoduls. Das Filtermodul
ist in der 5 mit Bezugszeichen 50 bezeichnet.
Das Filtermodul 50 weist ein Filtergehäuse 52 auf, welches
entsprechende anströmseitige
und abströmseitige Öffnungen 54, 56 enthält. In dem
in etwa zylinderförmig
ausgebildeten Filtermodul 50, welches somit gewissermaßen einen
runden oder zumindest ovalen Querschnitt aufweist, ist ein erfindungsgemäßes Filterelement 10 angeordnet,
welches sich an den inneren Wänden
des Gehäuses 52 anschmiegt und
die innere Oberfläche
des Filtermoduls 50 bedeckt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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So
sei die Erfindung insbesondere nicht auf die in den obigen Ausführungsbeispielen
beschriebenen Ausführungsformen
und Varianten sowie die darin angegebenen Dimensionierungen beschränkt. Auch
sei die Erfindung nicht auf die vorstehenden Zahlenangaben beschränkt, die
lediglich bevorzugte Bereiche angeben, die dem besseren Verständnis der
Erfindung dienen sollen, die jedoch nicht die Erfindung dahingehend
einschränken
sollten. Auch die angegebenen geometrischen Abmessungen sollen lediglich
beispielhaft zu verstehen sein, jedoch die Erfindung nicht dahingehend
einschränken.
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Insbesondere
sei die Erfindung auch nicht nur auf Filter zur Filterung von gasförmigen Medien beschränkt, sondern
lässt sich
sehr vorteilhaft auch für
Filter zur Filterung von Flüssigkeiten
einsetzen. Auch ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf Filter
für den
Kraftfahrzeugbereich beschränkt,
sondern lässt
sich bei beliebigen Anwendungen ebenfalls vorteilhaft einsetzen.
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Es
versteht sich auch von selbst, dass in 1 lediglich
ein Ausschnitt eines Filterelements angegeben ist, der selbstverständlich auch
entsprechend an den vorderen und hinteren Seiten geschlossen, also
ebenfalls mit Seitenbändern
versehen, ausgebildet sein kann.
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Filtereinsatz
und Filtermedium wurden in der vorliegenden Patentanmeldung für jeweils
gleiche Elemente verwendet. Das Gleiche gilt für Seitenbänder und Armierungselemente.