-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung, insbesondere
zur Filtration von Luft in Fahrzeugen, beispielsweise von Verbrennungsluft
in Brennkraftmaschinen oder Fahrzeuginnenraumluft, nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
-
Stand der Technik
-
In
der
WO 2005/095783
A1 wird ein Ansaugluftfilter für eine Brennkraftmaschine beschrieben, der
die angesaugte und dem Motor zuzuführende Verbrennungsluft einer
Filtrierung unterzieht. Der Luftfilter umfasst mehrere Filterschläuche, die
im Motorraum angeordnet und von einer Abdeckung überdeckt sind. Die Filterschläuche bestehen
aus einem flexiblen Filtervlies und werden von der Verbrennungsluft
aus der Umgebung radial von außen
nach innen durchströmt,
so dass die Außenseite
der Filterschläuche
die Rohseite und der Innenraum die Reinseite darstellt, über den
die gereinigte Verbrennungsluft den Zylindereinlässen der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Die Filterschläuche
sind mit einer ihrer beiden axialen Stirnseiten an eine Luftsammelbox angeschlossen,
die mit den Zylindereinlässen
kommuniziert.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine einfach aufgebaute, robuste und gegen äußere Einwirkungen
geschützte
Filtereinrichtung zu schaffen, die sich durch eine hohe Filtrationsleistung
auszeichnet und deren Filterelement in einfacher Weise ausgetauscht
werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
-
Die
erfindungsgemäße Filtereinrichtung,
die zur Filtration von insbesondere gasförmigen Fluiden wie der Verbrennungsluft
in Brennkraftmaschinen ausgebildet ist, wobei gegebenenfalls auch
eine Filtration von Flüssigkeiten
in Betracht kommt, umfasst ein boxartiges Gehäuse, in welchem mindestens
ein, insbesondere aber mehrere Filterelemente enthalten sind, die
jeweils als Filterschläuche
ausgebildet sind. Vorteilhaft weist das Filtergehäuse zum
einen einen Filterschlauchraum auf, in welchem der mindestens ein
Filterschlauch aufgenommen ist, und zum andern einen Fluidaufnahmeraum,
der gegenüber
dem Filterschlauchraum über
eine Trennwand separiert ist. Entsprechend der Anzahl der im Filterschlauchraum aufgenommenen
Filterschläuche
sind in diese Trennwand Verbindungsöffnungen zwischen den Räumen eingebracht,
an die jeweils ein Filterschlauch angeschlossen ist. Über weitere
Strömungsöffnungen
in den Außenwänden sowohl
des Filterschlauchraumes als auch des Fluidaufnahmeraumes ist eine Kommunikation
mit der Umgebung bzw. weiteren Gehäuseteilen oder Verbindungsrohren
möglich.
Die Trennwand zwischen Filterschlauchraum und Fluidaufnahmeraum
separiert die Roh- von der Reinseite, wobei je nach Ausführung jeder
der beiden Räume
die Rohseite und der jeweils andere Raum die Reinseite darstellen
kann.
-
Da
die Filterschläuche
in dem Filterschlauchraum eingeschlossen sind, sind diese vor äußeren Einwirkungen,
insbesondere vor mechanischen Beschädigungen und vor Verschmutzung
sowie Nässe geschützt. Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
bildet der Filterschlauchraum die Rohseite, in den das zu reinigende
Fluid über
die Strömungsöffnung in
der Außenwand
eingeführt
wird. Das ungereinigte Fluid breitet sich im Filterschlauchraum
aus und durchdringt die Filterwandungen der Filterschläuche radial von
außen
nach innen. Das Innere der Filterschläuche stellt in dieser Ausführung die
Reinseite dar, die über
die stirnseitige Öffnung
im Filterschlauch und die Verbindungsöffnung in der Trennwand mit
dem Fluidaufnahmeraum kommuniziert, der ebenfalls Bestandteil der
Reinseite der Filtereinrichtung ist. Sind mehrere Filterschläuche vorgesehen,
wird das gereinigte Fluid von sämtlichen
Filterschläuchen
in dem Fluidaufnahmeraum gesammelt und anschließend über die außenseitige Strömungsöffnung zur
weiteren Verwendung abgeleitet.
-
Zusätzlich zu
dem Schutz vor mechanischen und Witterungseinflüssen bietet die erfindungsgemäße Filtereinrichtung
den Vorteil eines modularen Aufbaus. Für den Fall, dass mehrere Filterschläuche in dem
Filtergehäuse
aufgenommen sind, können
einzelne oder sämtliche
Filterschläuche
für Wartungszwecke
ausgetauscht werden, wofür
lediglich der Filterschlauchraum geöffnet und ein oder mehrere
der Filterschläuche
entnommen werden müssen.
Die Filterschläuche
stellen einzelne Module innerhalb der gesamten Filtereinrichtung
dar.
-
Ein
weiterer Vorteil liegt in der hohen Filtrationsleistung. Das in
den Filterschlauchraum eingeleitete Rohfluid breitet sich gleichmäßig aus
und kann die Wandungen der Filterschläuche gleichmäßig radial
von außen
nach innen durchdringen. In dem Filterschlauchraum können eine
Vielzahl derartiger Filterschläuche
vorgesehen sein.
-
Der
Vorteil der hohen Reinigungsleistung bleibt auch bei einer Durchströmung in
Gegenrichtung erhalten, bei der das Rohfluid durch den Fluidaufnahmeraum
eingeleitet und von dort in das Innere der Filterschläuche einströmt, von
wo aus sich das Fluid radial durch die Filterwandungen nach außen ausbreitet
und gefiltert wird. In diesem Fall stellt der Fluidaufnahmeraum
die Rohseite und der Filterschlauchraum die Reinseite dar, in der
das gereinigte Fluid gesammelt und über die Strömungsöffnung in der Außenwand
abgeleitet wird.
-
Ein
weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, Gleichteile
verwenden zu können.
Beispielsweise wird die Gesamtreinigungsleistung durch die Anzahl der
Filterschläuche
bestimmt, die sich in der Filtereinrichtung befinden, wobei die
Filterschläuche
untereinander gleichartig ausgebildet sein können.
-
Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass bei einer Wartung der Filtereinrichtung
keine versehentliche Verschmutzung der Reinseite zu befürchten ist.
Für Wartungszwecke
werden die Filterschläuche
aus dem Filterschlauchraum entnommen und gegen gereinigte bzw. neue
Filterschläuche
ausgetauscht. Da die Trennwand die Rohseite von der Reinseite separiert
und die Filterschläuche
ausschließlich
auf einer Seite der Trennwand positioniert sind, bleibt der Fluidaufnahmeraum
unbeeinträchtigt
von dem Wechsel der Filterschläuche.
-
Zweckmäßig besteht
das Filtermaterial, aus dem die Filterschläuche gefertigt sind, aus einem weichen
und nachgiebigen Material wie z.B. Vlies und ist aus synthetischen
Werkstoffen gefertigt, insbesondere auf Polymerbasis, gegebenenfalls
auch aus natürlichen
Werkstoffen, beispielsweise auf Zellulosebasis. Alternativ ist das
Material der Filterschläuche
steif ausgebildet, um ein Paketieren zu verhindern. Die Filterschläuche können entweder glatte,
in sich ebene Wandungen aufweisen oder, gemäß einer vorteilhaften und bevorzugten
Ausführungsform,
Falten besitzen, wodurch die Filterfläche jedes Filterschlauches
erheblich vergrößert werden kann.
Derartige Falten sind entweder ausschließlich in Längs- oder in Umfangsrichtung
orientiert oder, gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführung,
es können
die Faltenkanten gegenüber
der Filterlängsachse
einen Winkel einschließen,
also in Umfangsrichtung gesehen schräg verlaufen. Insbesondere den Ausführungen
mit Falten in Umfangsrichtung ist gemeinsam, dass die Filterschläuche sich
durch eine hohe Flexibilität
auszeichnen und insbesondere in Querrichtung quer zur Längsachse
biegsam sind. Die Ausführung
mit Falten, deren Faltenkanten in einem Winkel zur Filterlängsachse
stehen, weist darüber
hinaus ein besonders hohes Maß an
Stabilität
auf, ohne die Flexibilität
in Querrichtung zu beeinträchtigen.
Außerdem
wird über
die Falten ein Ziehharmonika-Effekt erreicht, welcher zur Folge
hat, dass eine axiale oder radiale Auslenkung des Filterschlauches keine
bleibende Verformung zur Folge hat; vielmehr nimmt der Filterschlauch
wieder seine ursprüngliche Größe und Gestalt
ein, sobald äußere Kräfte wegfallen.
-
Die
Filterschläuche
besitzen vorzugsweise eine zylindrische bzw. hohlzylindrische Form,
bei der der Querschnitt über
die axiale Länge
gesehen gleich bleibt. Möglich
sind aber auch Abweichungen hiervon, beispielsweise eine konische
Gestalt oder verschiedene axiale Abschnitte mit unterschiedlichen
Innen- und/oder Außendurchmessern.
-
Die
Filterschläuche
erstrecken sich zweckmäßig horizontal
oder zumindest annähernd
horizontal in dem Filtergehäuse.
Um sicherzustellen, dass die Filterschläuche durch ihr Eigengewicht
nicht durch- oder herabhängen,
kann es zweckmäßig sein, Stützmittel
an den Filterschläuchen
vorzusehen. Derartige Stützmittel
bestehen beispielsweise aus einem Stützgitter, welches mit der Wandung
der Filterschläuche
verbunden ist. Möglich
sind aber auch Abstützeinrichtungen,
die die Filterschläuche
gegenüber
einer Innenwand des Filterschlauchraumes abstützen. Derartige Stützmaßnahmen
sind insbesondere für
den Fall zweckmäßig, dass
die Filterschläuche
nur an einer axialen Stirnseite befestigt sind, nämlich an
der Trennwand zwischen Fluidaufnahmeraum und Filterschlauchraum,
wohingegen das gegenüberliegende
axiale Ende frei im Raum hängen kann.
Als alternative Ausführung
kommt aber auch eine Befestigung des der Trennwand gegenüberliegenden
Endes an der benachbarten Innenwand des Filterschlauchraumes in
Betracht. Gegebenenfalls kann auf Abstützmaßnahmen sowie auf eine Befestigung
an der Innenwand des Filterschlauchraumes auch verzichtet werden,
sofern die Filterschläuche eine
ausreichend hohe Eigenstabilität
aufweisen, was insbesondere in der Ausführung mit Falten mit schräg verlaufenden
Faltenkanten der Fall ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Filtereinrichtung mit einem boxartigen
Filtergehäuse, das
einen Filterschlauchraum mit mehreren horizontal verlaufenden Filterschläuchen und
einen hiervon durch eine Trennwand separierten Fluidaufnahmeraum
aufweist,
-
2 in
perspektivischer Darstellung ein Filterschlauch zur Verwendung in
der Filtereinrichtung, wobei der Filterschlauch eine Vielzahl von
Falten in der Filterwandung aufweist, die teilweise schräg verlaufende
Faltenkanten aufweisen, bezogen auf die Längsachse des Filterschlauches.
-
Ausführungsformen
der Erfindung
-
Die
in 1 dargestellte Filtereinrichtung 1 ist
insbesondere zur Filtration von Verbrennungsluft in Brennkraftmaschinen
vorgesehen, sie kann darüber
hinaus aber auch allgemein zur Filterung von Gasen und gegebenenfalls
auch von Flüssigkeiten
eingesetzt werden. Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein boxartiges
Filtergehäuse 2,
in das ein Filterschlauchraum 3 und ein hiervon über eine
Trennwand 8 separierter Fluidaufnahmeraum 4 eingebracht
sind. Als Filterelemente fungieren Filterschläuche 5, 6 und 7, die
im Filterschlauchraum 3 angeordnet sind. Die Filterschläuche 5, 6 und 7 sind
jeweils an der Trennwand 8 zwischen Filterschlauchraum 3 und
Fluidaufnahmeraum 4 gehalten und an Verbindungsöffnungen 9, 10 bzw. 11 angeschlossen,
die in die Trennwand 8 eingebracht sind. Jeder Filterschlauch 5, 6 und 7 erstreckt
sich horizontal im Filterschlauchraum 3, wobei die der
Trennwand abgewandte Stirnseite jedes Schlauches entweder frei im
Raum hängt,
so wie dies bei den Filterschläuchen 5 und 7 der
Fall ist, oder an einer gegenüberliegenden
Wandung befestigt ist, insbesondere die den Filterschlauchraum 3 begrenzende
Außenwandung 15.
In diese Wandung 15 ist eine Strömungsöffnung 12 eingebracht, über die
das zu reinigende Fluid in den Filterschlauchraum 3 eingeleitet
wird. Eine weitere Strömungsöffnung 13 befindet
sich in einer Außenwand
des Fluidaufnahmeraumes 4, über diese Strömungsöffnung 13 wird das
gereinigte Fluid abgeleitet.
-
Der
Filterschlauchraum 3 stellt die Rohseite dar. Das eingeströmte Fluid
breitet sich im Filterschlauchraum 3 aus und strömt radial
von außen nach
innen durch die Filterwandung jedes Filterschlauches 5 bis 7.
Im Inneren jedes Filterschlauches wird das gereinigte Fluid axial über die
Verbindungsöffnungen 9, 10 bzw. 11 in
der Trennwand 8 abgeleitet und in den Fluidaufnahmeraum 4 geführt, der
die Reinseite darstellt. In dem Fluidaufnahmeraum 4 wird
das gereinigte Fluid aus sämtlichen
Filterschläuchen
gesammelt und schließlich über die äußere Strömungsöffnung 13 ausgeleitet
und der weiteren Verwendung zugeführt.
-
Die
Filterschläuche
können
entweder zylindrisch ausgeführt
sein, so wie dies bei den Filterschläuchen 5 und 6 der
Fall ist, oder auch eine abweichende Geometrie aufweisen, beispielsweise
konisch ausgebildet sein, was beim Filterschlauch 7 der Fall
ist. Des Weiteren können
Stützeinrichtungen
vorgesehen sein, um die Filterschläuche in ihrer horizontalen
Lage zu halten und in ihrer parallelen Lage zu stabilisieren. Als
Stützeinrichtung
kommt beispielsweise ein Stützgitter 16 in
Betracht, welches in den Filterschlauch 5 eingebracht ist.
Möglich
ist aber auch eine Stützeinrichtung
in Form eines Stützfußes 17,
was anhand des Filterschlauches 7 gezeigt ist.
-
In
den Filterschlauchraum 3 ist außerdem eine Prallwand 14 eingebracht,
an der der über
die Strömungsöffnung 12 zugeführte Fluidstrom
zunächst
abprallt und eine Umlenkung erfährt.
Diese Prallwand 14 weist Durchströmöffnungen auf bzw. erstreckt
sich nicht über
den gesamten Querschnitt des Filterschlauchraumes 3, um
eine Strömungskommunikation
zwischen der Strömungsöffnung 12 und
dem Raum mit den Filterschläuchen 5 bis 7 zu
ermöglichen.
Die Prallwand 14 kann gegebenenfalls auch als Stützwand dienen,
an der die axialen Stirnseiten der Filterschläuche befestigt sind.
-
Der
Filterschlauchraum 3 kann geöffnet werden, beispielsweise
durch Öffnen
des Deckels des Filtergehäuses,
um die Filterschläuche 5, 6 und 7 auswechseln
zu können.
-
In 2 ist
ein Filterschlauch 5 in Einzeldarstellung gezeigt. Der
Filterschlauch 5 ist als Faltenfilter ausgeführt und
weist eine Vielzahl von sich über die
axiale Länge
sowie in Umfangsrichtung erstreckender Falten 19 auf. Diese
Falten besitzen zum Teil Faltenkanten 20, welche gegenüber der
Längsachse 18 – bzw. einer
Längsmittelebene – einen
Winkel einschließen,
der insbesondere von 90° abweicht.
Diese schräg
verlaufenden Faltenkanten verleihen dem Filterschlauch 5 eine
balgförmige
Struktur, wodurch die Stabilität
erhöht
wird bei zugleich hoher Flexibilität in Längs- und Radialrichtung.
-
Die
Filtereinrichtung eignet sich insbesondere für die Filtration von Verbrennungsluft
in Brennkraftmaschinen. Es ist aber auch eine Anwendung für die Filtration
der Fahrzeuginnenraumluft oder allgemein für die Filtration in Fahrzeugen
möglich.
-
Die
Durchströmung
des oder der Filterschläuche
kann sowohl radial von Innen nach außen als auch radial von außen nach
innen erfolgen. Die Filterschläuche
können
zusätzlich
oder alternativ zur horizontalen Anordnung auch vertikal, schräg oder gekrümmt im Filterschlauchraum
verlaufen. Die Stützeinrichtung
am Filterschlauch kann sowohl auf der Innenseite als auch auf der
Außenseite
angeordnet oder gegebenenfalls in die Wandung integriert sein. Die
Wandung des Filterschlauches kann glatt, axial gefaltet oder radial
gefaltet ausgebildet sein.