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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung, insbesondere
zum Filtern von Luft in Fahrzeugen, insbesondere von Ansaugluft
für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Ferner betrifft
die Erfindung eine Filteranordnung für die Filtration der Fahrzeuginnenraumluft.
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Aufgrund
der zunehmenden Luftverschmutzung ist es im Kraftfahrzeugbereich
notwendig, die zur Verbrennung von Kraftstoffen benötigte
Luft vor der Zuführung in die Brennkraftmaschine zu reinigen. Dies
erfolgt in der Regel durch Luftfilter, welche in dem jeweiligen
Verbrennungsluftansaugrohr integriert sind. Auch für den
Innenraum eines Kraftfahrzeugs ist es erforderlich die verschmutzte
Luft zu reinigen und sowohl Grobpartikel als auch Feinstaub zu entfernen.
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Stand der Technik
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Aus
der
WO 2005/095783 ist
eine ein entsprechendes Ansaugfilter umfassende Anordnung bekannt,
welche auf der Unterseite der Motorhaube eines Fahrzeugs vorgesehen
ist. Dabei ist ein Filterelement aus einem schlauchförmigen
Körper in einer mit der Motorhaube verbundenen luftdichten
Abdeckung vorgesehen. Die zu verbrennende Rohluft wird dabei in
den unter der Motorhaube vorliegenden Hohlraum eingeführt
und als Reinluft aus dem Inneren des Filterelements über
einen Verbindungsschlauch dem Verbrennungsmotor zugeführt.
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Nachteilig
ist dabei eine Erhöhung des Gewichts der Motorhaube sowie
das benötigte Volumen zwischen Motorhaube und dem Motoraum
des Fahrzeugs. Durch die zusätzlichen Elemente, welche
in die Motorhaube integriert sind, kann sich dies auch negativ auf
einen Fußgängerschutz auswirken, da eine Verformung
beim Auftreffen von Gegenständen auf die Motorhaube erschwert
wird.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte
Filteranordnung zu schaffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch eine Filteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Demgemäß ist
eine Filteranordnung zum Filtern eines Fluids, insbesondere von
Verbrennungsluft für einen Verbrennungsmotor, mit mehreren
rohrförmigen Abschnitten vorgesehen. Dabei weist eine Wandung
mindestens eines rohrförmigen Abschnitts zumindest teilweise
ein Filtermaterial auf, und mindestens ein rohrförmiger
Abschnitt ist in der Art eines Faltengelenks biegbar.
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Diese
Filteranordnung weist somit mehrere Abschnitte oder Segmente auf,
die zu einer vollständigen Filteranordnung zusammengesetzt
sind. Die verschiedenen Segmente können zum Beispiel vollständig
aus Filtermaterial rohrförmig aufgebaut sein, so dass zum
Beispiel eine Luftfilterung von einem Außen- in einen Innenraum
des jeweiligen Rohres erfolgen kann. Die entsprechende Filteranordnung
lässt sich Platz sparend, zum Beispiel innerhalb des Motorraumes
eines Kraftfahrzeuges verbauen. Durch die einzelnen Segmente, welche
zumindest teilweise biegbar sind, ist eine besonders gute Bauraumausnutzung
möglich.
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Als
Filtermaterial kommt zum Beispiel flexibles Filtervliesmaterial
in Frage, welches aus Kunststofffasern aufgebaut ist. Das Filtermaterial
kann darüber hinaus mit Aktivkohlepartikeln oder anderen
adsorbierenden Medien kombiniert sein, um die Filterwirkung weiter
zu verbessern. Es ist ferner möglich, die Filteroberfläche
zu vergrößern, indem entlang einer Längsachse
eines rohrförmigen Abschnittes oder Segmentes Längsfaltungen
vorgesehen werden.
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Besonders
stark beanspruchte Segmente oder rohrförmige Abschnitte
können aus fluiddichtem Material gefertigt sein, wie zum
Beispiel Kunststoff oder Metall.
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In
Varianten der Filteranordnung sind rohrförmige Abschnitte
vorgesehen, die einen mehreckigen Querschnitt aufweisen. Insofern
muss nicht zwingend ein runder oder ovaler Querschnitt für
ein rohr- oder ein schlauchförmiges Segment der Filteranordnung
verwendet werden.
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Es
ist dabei vorzugsweise mindestens ein rohrförmiger Abschnitt
mit Querfaltungen vorgesehen. Dadurch ist der entsprechende rohrförmige
Abschnitt entlang einer Längsachse stauchbar und/oder streckbar.
Es wird somit eine weitere Flexibilität und Vielseitigkeit
des Einsatzes einer entsprechenden Filteranordnung ermöglicht.
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In
einigen Varianten der Filteranordnung können zum Beispiel
Fluidbündelungseinrichtungen zum Bündeln eines
Fluidstroms vorgesehen werden. Dies kann zum Beispiel in der Art
eines Trichters oder einer sonstigen geformten Fläche realisiert
werden.
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Es
ist ferner denkbar, dass eines der Segmente einen Abschluss aufweist.
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Ferner
können in der Filteranordnung Verzweigungsabschnitte vorgesehen
werden, die in der Art einer Weiche einen Innenraum beziehungsweise inneren
rohrförmigen Raum der Filteranordnung aufspaltet.
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Vorzugsweise
weist die Filteranordnung darüber hinaus mindestens einen
rohrförmigen Abschnitt und einen Kopplungsabschnitt auf,
der mit Kopplungsmitteln zum Verbinden des rohrförmigen Abschnitts
mit einem weiteren rohrförmigen Abschnitt ausgestattet
ist. Dabei sind verschiedene Kopplungsmittel denkbar, wie zum Beispiel
eine gewindeähnliche Kopplung, Schnallen-, Klemm-, Bajonett-
oder Schnappverschlüsse.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Filteranordnung ist
ferner ein rohrförmiger Abschnitt vorgesehen, der eine
Fluidstrommesseinrichtung aufweist. Denkbar ist zum Beispiel ein
Heißfilmluftmassenmesser der häufig in Verbrennungsluftansaugrohren
eingesetzt wird.
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In
einer bevorzugten Anwendung der Luftfilteranordnung ist diese in
einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, und die Filteranordnung ist
zumindest als Teil eines Verbrennungsluftansaugrohres ausgeführt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Weiteren wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Es zeigt dabei:
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1:
eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Filteranordnung;
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2:
eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform
einer Filteranordnung;
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3:
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines rohrförmigen
Abschnitts;
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4:
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform
eines rohrförmigen Abschnitts;
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5: Längsschnitts- und perspektivische Darstellungen
einer Ausführungsform eines rohrförmigen Abschnittes
aus Filtervliesmaterial;
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6: perspektivische Darstellungen einer weiteren
Ausführungsform von rohrförmigen Abschnitten aus
Filtervliesmaterial; und
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7:
eine Anwendung einer Ausführungsform der Filteranordnung
in einem Motorraum.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben
Bezugszeichen versehen worden.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In
der 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Filteranordnung 1 gezeigt.
Dabei sind zwei rohrförmige Abschnitte 2, 3 vorgesehen,
die ineinander gesteckt beziehungsweise miteinander verbunden sind.
Der erste rohrförmige Abschnitt oder das erste Segment 2 der
Filteranordnung 1 entspricht im Wesentlichen einem Rohr
und kann zum Beispiel aus Kunststoff oder geeignetem anderen Material
gefertigt sein. In der Rohrwandung sind Stellen 4B vorgesehen,
die mit einem Filtermaterial ausgestattet sind. Beispielsweise kann
das rohrförmige Segment 2 im Wesentlichen einem
Kunststoffrohr 4A entsprechen, das Ausschnitte aufweist,
die mit einem vliesförmigen Filtermaterial 4B ausgefüllt
sind.
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Somit
kann Luft L von außen in den Innenraum durch das Filtermedium
einströmen. An der Kopfseite, welche mit dem Bezugszeichen 6 versehen
ist, ist ein Abschluss, beispielsweise aus fluiddichtem Material
vorgesehen. An das erste Segment 2 schließt ein
zweites Segment 3 an, welches einen Gelenkbereich 5A und
einen geraden Bereich 5B aufweist. Der Gelenkbereich ist
im Wesentlichen aus radialen Faltungen 18 gebildet und
bildet in der Art eines Faltengelenks einen biegeförmigen
Teil des Segmentes 3.
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Beim
Betrieb der Filteranordnung strömt von außen A
zum Beispiel Rohluft durch das Filtermaterial in den Teilbereichen 4B des
ersten Segmentes in den Innenraum I der Filteranordnung 1 ein
und strömt aus dem zweiten Segment 3 als gereinigte,
also Reinluft RE aus. Dort kann diese zum Beispiel für
die Verbrennung von einem Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor
abgegriffen werden.
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Die
Segmente 2, 3 dienen somit als röhrenförmige
Basisbauteile, welche insgesamt zu einer Filteranordnung 1 zusammengefügt
werden können. Zur Anpassung an die geometrischen Verhältnisse im
Motorraum können gerade und flexible Gelenkstücke
verwendet werden. In der 1 ist das flexible Gelenkstück
zum Beispiel aus Kunststoff ausgeführt, kann jedoch ebenfalls
aus einem Filtermaterial zum Erzielen einer Filterwirkung gefertigt
werden.
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In
der 2 ist eine zweite Ausführungsform einer
Filteranordnung im Querschnitt dargestellt. Die Filteranordnung 1 ist
dabei beispielhaft aus sechs röhrenförmigen Segmenten 8, 9, 10, 2, 20 und 13 gebildet.
Die röhrenförmigen Segmente 8, 9, 10, 2, 20 und 13 bilden
zum Beispiel einen Teil eines Verbrennungsluftansaugrohres für
einen Motor, der mit dem Bezugszeichen 14 dargestellt ist.
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Motorseitig
ist ein gerades Segment 13 an den Luftansaugstutzen 15 des
Motors 14 gekoppelt. Endseitig ist eine trichterförmige
Fluidstrombündelungseinrichtung 7 vorgesehen,
die Rohluft RO kanalisiert und in den ersten rohrförmigen
Abschnitt 8 beziehungsweise das erste Segment 8 einströmen lässt.
Im Innenraum des ersten Segmentes 8 ist ein schlauch- oder
strumpfförmiges Filterelement 16 vorgesehen, welches
zu filternde Partikel aus der Rohluft RO herausfiltert. Die Strömungsrichtung
ist in der 2 bei einer ersten Einsatzvariante
der Filteranordnung 1 beispielhaft mit den Pfeilen L1 dargestellt.
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Das
zweite Segment 9 weist einen faltengelenkartigen Abschnitt 17 auf
und einen geraden Abschnitt 21. Es lässt sich
somit eine Kurve oder Biegung der gesamten Filteranordnung 1 erreichen.
Das Filterelement 16 kann in axialer Richtung im Inneren der
Bauteile 2, 9, 10 angeordnet sein. Dabei
wird dieses entsprechend den Pfeilen L1 durchströmt. Das Filterelement
schließt kurz vor dem Bauteil 12 ab. Bauteil 10 ist
in diesem Fall ein undurchlässiges Kunststoffrohr. In einer
alternativen Ausgestaltung ist das Bauteil 10 ein Teil
des Gesamtfilterelements, das im Inneren eines nach außen
geschlossenen Kunststoffrohes verläuft. Die Durchströmung
erfolgt in diesem Fall von Innen nach Außen in Richtung
Kunststoffrohrwandung und von dort in den Abschnitt 2. Sofern
das Bauteil/Segment 10 aus einem Vliesmaterial gefertigt
ist und Falten aufweist sind die Querfaltungen 18 an den
Anschlussbereichen vorgesehen und nach Art eines Faltengelenks gebogen.
Ein gerader Zwischenabschnitt weist hingegen Längsfaltungen
auf, wodurch die Filteroberfläche des Segmentes 10 vergrößert
wird.
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Dazu
ist ein vierter, gerader röhrenförmiger Abschnitt 2,
beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, welches luftdicht ist,
vorgesehen. Der luftdichte Abschnitt 2 ist an einen Abschnitt 12 gekoppelt,
der einen Luftmassenmesser 20 aufweist. Der zum Beispiel
mikromechanisch ausgeführte Luftmassenmesser 20 misst
die durch den Zylinder, beziehungsweise das Rohr 12, geleitete
Luftmasse. Zum Beispiel sind Heißfilmluftmassenmesser denkbar,
bei denen der Luftstrom einem Sensorelement Wärme entzieht.
Je größer der entsprechende Luftmassenstrom ist,
desto mehr Energie muss eingesetzt werden, um die Temperatur des
entsprechenden Sensorelementes konstant zu halten. Ein entsprechender
Heizstrom ist damit proportional zum Luftmassenstrom und kann erfasst
werden.
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An
den Abschnitt 12 mit dem Luftmassenmesser 20 schließt
sich ein gerades Stück 13 an, welches an einen
Luftansaugstutzen 15 des Motors gekoppelt ist. Bei dem
beschriebenen ersten Anwendungsbeispiel strömt somit Luft
von einem Außenraum AU in den Innenraum der Filteranordnung 1.
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Es
ist darüber hinaus eine alternative Ausführungsform
denkbar, die in der 2 mittels der gestrichelten
Darstellungen erläutert wird. In diesem Fall sind somit
Luftströmungen gemäß der Pfeile 12 denkbar,
ausgehend von einem Außenraum, welcher von einem (gestrichelt
dargestellten) Gehäuse 29 umschlossen ist. Bei
diesem Anwendungsmodus ist die trichterförmige Einströmöffnung 7 mit Öffnungen 31 versehen,
so dass Rohluft RO in den Außenraum A, also den Zwischenraum
zwischen der Filteranordnung 1 und einer entsprechenden
Gehäusewandung 29, eintritt und dort einen Überdruck
aufbaut. Entsprechenden ist ein Endabschnitt 32 des ersten
Segmentes 8 fluiddicht ausgeführt und schließt
die gesamte Filteranordnung 1 ab. Entgegen der zuvor beschriebenen
Alternative mit einer Luftströmung gemäß der
Pfeile L1 erfolgt nun ein Einströmen und Durchströmen
des Filtermediums gemäß der Pfeile 12.
Das heißt, die entsprechenden Segmentabschnitte 8, 9, 10 und/oder 2,
welche mit einem Filtervliesmaterial ausgestattet sind, werden nach
innen durchströmt, und die Reinluft erreicht wie bei der
ersten Variante den Luftmassensensor 20 und gelangt zum
Motor 14. Bei beiden dargestellten Varianten können
die einzelnen Bauteile 2, 8, 9, 10 komplett aus
Filtermaterial oder aber auch vollständig oder teilweise
aus Kunststoff ausgeführt sein.
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In
der 3 ist eine Querschnittsansicht eines Segmentes 9 dargestellt.
Das Segment 9 weist dabei zwei rohrförmige gerade
Bereich 21A, 21B auf, sowie einen gefalteten Bereich 17,
welcher einen Gelenkbereich bildet, so dass in der Art eines Faltengelenkes
eine Biegsamkeit eintritt. Ferner ist an einem Ende ein Kopplungsmittel
beispielsweise in der Art eines Flansches vorgesehen, um eine fluid-
beziehungsweise luftdichte Verbindung mit einem weiteren Segmentabschnitt
zu ermöglichen.
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Die 4 zeigt
ein ähnliches Segment 9, das einen mittleren Bereich 17,
der in der Art eines Faltengelenkes ausgeführt ist, und
zwei Kopplungsabschnitte 22, die konvexe Ausstülpungen 30 aufweisen,
welche als Verbindungsmittel mit entsprechenden konkav ausgeführten
Einstülpungen in weiteren Rohrsegmenten dienen, oder aber
zur Zentrierung des Filterelements im Gehäuserohr vorgesehen
sind.
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Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
für entsprechende Rohrsegmente, welche zum Beispiel vollständig
aus einem Filtervliesmaterial ausgeführt sind. In der 5A ist
ein Längsschnitt entlang einer Symmetrieachse S dargestellt,
wobei Filtervliesmaterial zickzackförmig gefaltet ist und rohrförmig
um eine Symmetrieachse S zum Beispiel miteinander verklebt ist.
So ergeben sich Längsfaltungen 19, die in der 5A über
Laschen oder Umwicklungen 23, 24 ebenfalls aus
einem Filtervliesmaterial stabilisiert sind.
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In
der 5B ist eine perspektivische Ansicht des rohrförmigen
Abschnitts 10 beziehungsweise ein entsprechender Öffnungsabschnitt
dargestellt. Dabei zeigt die 5B einen
Einblick in den Innenraum I des entsprechenden Rohrsegmentes 10.
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In
der 5C ist ein Abschluss, beispielsweise eine aufgeklebte
runde Abschlussscheibe 6, auf einer entsprechenden Öffnung
des längsgefalteten Filtermaterials dargestellt. Ein entsprechender Verschluss 6 kann
aus fluiddichtem beziehungsweise lufttdichtem oder auch anderen
fluiddurchlässigen Materialien gebildet werden.
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In
der 6 sind perspektivische Ansichten weiterer
Ausführungsformen von Rohrsegmenten beziehungsweise rohrförmigen
Abschnitten für eine Filteranordnung dargestellt. Dabei
ist in der 6 ein rohrförmiges
glattes Segment 4B aus Filtervliesmaterial dargestellt,
welches in ein mittels geeigneter Querfaltungen 28 flexibel
ausgeführtes Segment 25 eingeschoben und zum Beispiel
fixiert ist. Diese Fixierung kann durch Verkleben oder andere geeignete Maßnahmen
erfolgen. Durch die besondere Faltgeometrie ist das rohrförmige
Segment 25 nicht nur biegbar, sondern auch in der Länge
stauch- und streckbar. Dies ist beispielsweise in der 6B,
welches eine Öffnung des rohrförmigen Abschnitts 25 mit
seinen Querfaltungen 28 zeigt, erkennbar.
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Schließlich
ist in der 7 die Ansicht eines Motorraumes 26 mit
einem Motor 14 und entsprechend zu einer Filteranordnung
zusammengefügten rohrförmigen Abschnitten dargestellt.
Die rohrförmigen Abschnitte 2, 3, 27, 9 bilden
dabei einen wesentlichen Teil eines Verbrennungsluftansaugrohres
für den Motor 14 aus.
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Die
Filteranordnung hat insbesondere den Vorteil, dass sie baukastenförmig
aus verschiedenen rohrförmigen Segmenten zusammenstellbar
ist und der vorliegende Bauraum insbesondere in einem Motorraum
besonders effizient genutzt werden kann. Die filtrierende Oberfläche
der derart gebildeten Röhre oder des Schlauches, also der
Oberflächenanteil der Rohrwandung, welche mit einem filtrierendem Material
wie beispielsweise Filtermaterial ausgeführt ist, ergibt
sich aus dem benötigten Volumenstrom, der benötigten
Staubkapazität des Filters und des Abscheidegrades. Der
Abscheidegrad für zu filternde Partikel hängt
dabei auch von dem verwendeten Filtermedium wie beispielsweise verfilztes
Kunststofffaservlies ab.
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Die
Verbindungen zwischen den jeweiligen, als Basisbauteile verwendbaren
rohrförmigen Abschnitte können einerseits nicht
lösbar ausgeführt werden oder aber trennbar, um
einzelne rohrförmige Abschnitte auszutauschen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt,
sondern vielfältig modifizierbar. Die dargestellten Geometrien
der Faltungen sowie der schlauchförmigen Verläufe
kann den jeweiligen Gegebenheiten im Motorraum angepasst werden.
Ferner lassen sich auch weitere Fluide, wie beispielsweise Kraftstoffe
als Flüssigkeiten filtern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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