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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und 10.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 0754 483 ist
ein Filterelement bekannt, welches über ein gefaltetes
Filtermedium mit zwei stirnseitig angeordneten Endscheiben verfügt. Das
Filtermedium ist ringförmig geschlossen, wobei ein Innendurchmesser
und ein Außendurchmesser gebildet sind. Das Filtermedium
verfügt über einen Abschnitt, in welchem die Falten
kürzer ausgeführt sind. In diesem Abschnitt wird
durch die konstante Faltenhöhe ebenfalls eine Kreisgeometrie
gebildet, wobei dieser Radius kleiner als der Radius des Außendurchmessers,
aber größer als der Innendurchmesser ist. Somit
ist eine Aussparung innerhalb des Außenquerschnitts gebildet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement zu schaffen,
welches in Bauräume mit speziellen Geometrien integriert
werden kann. Eine Weitere Aufgabe besteht darin, ein Filterelement
zu schaffen, welches bei speziell ausgebildeten Geometrien über
eine maximale Filterfläche verfügt. Gemäß einer
weiteren Aufgabe, ist ein Filterelement zu schaffen, welches an
Beladungsverteilungen anpassbar ist. Eine weitere Aufgabe betrifft
die Herstellung eines Filterelements, welches in spezielle Bauräume
eingesetzt werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein
speziell ausgeformtes Filterelement kostengünstig herzustellen.
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Diese
Aufgaben werden durch die zu- bzw. abnehmende Faltenhöhe
mehrerer zueinander benachbarten Falten gelöst.
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Die
kostengünstige Herstellung des Filterelementes wird durch
die Variierung des Vorschubverhältnisses des Filtermediums
im Verhältnis zu der Rotationsgeschwindigkeit der Prägewalzen
gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Filterelement ist zur Reinigung
eines gasförmigen oder flüssigen Fluids vorgesehen.
Insbesondere ist das Filterelement zur Reinigung von Fluiden, die
Brennkraftmaschinen, wie z. B. in Kraftfahrzeugen, zugeführt
werden, vorgesehen. Derartige Fluide sind z. B. Kraftstoffe, Öle oder
Luft. Das Filterelement verfügt über Endscheiben
und ein plissierbares, ringförmig geschlossenes Filtermedium,
welches aus unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Zellulose,
metallische oder synthetische Fasern oder Gemische daraus, bestehen
kann. Das Filtermedium weist eine Vielzahl von aneinander anschließenden
Falten auf, wobei eine Falte über einen Faltengrund und
eine Faltenspitze verfügt. Zwischen dem Faltengrund und
der Faltenspitze ist die Faltenhöhe gebildet. Die Faltenhöhe
ist abhängig von einer vorgegebenen Faltenteilung, welche
einen Winkel zwischen Faltenschenkeln bedingt. Bei einem kleinen
Winkel zwischen den Faltenschenkeln ist die Faltenhöhe
größer, wodurch auf einer vorgegebenen Fläche
mehr Falten und somit eine größere Filterfläche
untergebracht werden kann. Bei einem großen Winkel zwischen
den Faltenschenkeln ist die Faltenhöhe geringer. Hierbei
können jedoch nur wenige Falten vorgesehen werden, wo durch
die effektive Filterfläche geringer ist. Um bei vorgegebener,
konstanter Faltenteilung, welche optimale An- bzw. Abströmbedingungen
ermöglicht, unterschiedliche Faltenhöhen zu realisieren,
wird die Länge der Faltenschenkel variiert. Diese Faltenhöhe
nimmt bei konstanter Faltenteilung zumindest in einem Teilbereich
des Filtermediums zwischen den benachbarten Falten über mehrere
Falten hinweg zu bzw. ab. Somit sind besondere geometrische Formen,
welche von der üblichen Zylinderform abweichen, mit maximaler
Filterfläche realisierbar. Durch das ringförmige
Zusammenschließen des plissierten Filtermediums werden
zwei Stirnseiten gebildet, welche mit Endscheiben dichtend verbunden
werden. Die Endscheiben können aus einem beliebigen, formbeständigen
Material, wie z. B. Metall oder Kunststoff, bestehen. Hierbei kann
das Filtermedium durch geeignete Verfahren mit den Endscheiben verbunden
werden. Vorzugsweise kann die Verbindung durch z. B. Verschweißen,
Verkleben oder in die Endscheibe einschmelzen gebildet werden. Die
Endscheiben weisen eine Querschnittsfläche auf, welche
an die besondere Geometrie des Einbauraumes angepasst ist und welche
die Stirnfläche des Filtermediums überdeckt. Durch
die zu- bzw. abnehmenden Faltenhöhe können Filterelemente geschaffen
werden, welche mit maximaler Filterfläche in beengte Bauräume
bzw. in Bauräume mit Störkonturen und störenden
Bauteilwänden integriert werden können. Hierbei
können die Faltenspitzen des Filtermediums Raumkurven folgen,
ohne dass die Faltenteilung verändert wird und Filterfläche
verloren geht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt die Faltenhöhe
der benachbarten Falten kontinuierlich zu bzw. ab. So ist ein „nahtloser” Übergang
zwischen in dem Verlauf der Faltenspitzen erreicht. Die Faltenhöhe
vergrößert bzw. verkleinert sich bezogen auf die
Faltenhöhe der angrenzenden Falte um weniger als die Hälfte
der benachbarten Faltenhöhe. Vorzugsweise beträgt
der Faltenhöhenunterschied zwischen den benachbarten Falten
weniger als ¼ der Faltenhöhe. Somit verfügt
das Filterelement über fließende Konturen, welche
für eine optimale An- bzw. Abströmung vorteilhaft
sind. Weiterhin kann das Filterelement an Biegungen optimal angepasst
werden.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung nimmt die Faltenhöhe zwischen
den benachbarten Falten sprunghaft zu bzw. ab. Hierbei ist der Faltenhöhenunterschied
zwischen den benachbarten Falten größer oder gleich ¼ der
Faltenhöhe wobei auf einen Höhensprung zwischen
den benachbarten Falten auch kontinuierliche Zu- bzw. Abnahmen der
Faltenhöhe folgen können. Somit ist eine Anpassung des
Filterelements mit größtmöglicher Filterfläche auch
an extrem beengte bzw. kompliziert gestaltete Bauräume
möglich.
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Erfindungsgemäß nimmt
die Faltenhöhe derart zu- bzw. ab, dass bei einem kreisförmigen
Innenquerschnitt des ringförmig geschlossenen Filtermediums
durch die Faltenspitzen ein nicht kreisförmiger Außenquerschnitt
gebildet ist. Der kreisförmige Innenquerschnitt ist vorteilhaft,
um das Filterelement einfach an einen Anschlussstutzen anzuschließen und
abzudichten. Hierbei verfügt zumindest eine der Endscheiben über
eine kreisförmige Öffnung, welche kleiner ist,
als der durch das Filtermedium gebildete Innenquerschnitt. Durch die
konstante Faltenteilung kann eine optimale An- bzw. Abströmung
des zu reinigenden Fluids nach bzw. von Innen erfolgen. Der nicht
kreisförmige Außenquerschnitt, welcher durch die
Faltenspitzen gebildet wird, kann z. B. Einkerbungen oder Wellenkonturen
aufweisen, welche eine optimale Ausnutzung des Bauraumes ermöglichen.
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Gemäß einer
besonderen Ausführung der Erfindung ist der nicht kreisförmige
Außenquerschnitt der Faltenspitzen dreieckförmig
ausgebildet, wobei der Innenquerschnitt kreisförmig ausgeführt
ist. Durch diese Ausführung kann das Filterelement in keilförmige
Bauräume integriert werden, ohne dass die effektive Filterfläche
reduziert ist. Somit ist eine optimale Filterstandzeit, Schmutzaufnahme
und Durchströmbarkeit mit minimalen Druckverlusten realisiert.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung ist der nicht kreisförmige Außenquerschnitt
der Faltenspitzen kleeblattförmig ausgebildet. Somit kann
das Filterelement mit größtmöglicher
Filterfläche in entsprechend eingekerbte Bauräume
integriert werden.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung nehmen die Faltenhöhen
derart zu- bzw. ab, dass bei einem kreisförmigen Innenquerschnitt
des ringförmig geschlossenen Filtermediums ein kreisförmiger
Außenquerschnitt durch die Faltenspitzen gebildet ist,
wobei der Innenquerschnitt exzentrisch zu dem Außenquerschnitt
angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung kann ein zylindrisch ausgebildetes
Filterelement in einen zylindrisch ausgebildeten Bauraum integriert
werden, wobei der Ein- bzw. Auslass, welcher mit der Endscheibe
korrespondiert exzentrisch angeordnet ist.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung nehmen die Faltenhöhen
derart zu- bzw. ab, dass bei einem kreisförmigen Außenquerschnitt der
Faltenspitzen ein nicht kreisförmiger Innenquerschnitt
gebildet ist. Hierbei kann die Endscheibe mit einem Stutzen beliebigen
Querschnitts verbunden werden, ohne dass die Filterfläche
erheblich reduziert wird.
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Es
ist vorteilhaft, dass die Faltenspitzen über eine Lagefixierung
ortsfest gehalten sind. Hierbei kann die Lagefixierung, welche z.
B. durch eine Leimraupe, einen Fadenwickel oder ein Stützgitter
gebildet wird, mit den Faltenspitzen verbunden sein. Diese Verbindung
kann z. B. durch Verschweißen oder Verkleben erzeugt werden.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Filterelement als
Flachfilterelement, insbesondere zur Reinigung von Luft ausgebildet. Das
Filterelement kann hierbei zur Reinigung der zur Verbrennung benötigten
Luft einer Brennkraftmaschine oder für einen Fahrgastinnenraum
verwendet werden. Das Filterelement verfügt über
ein Filtermedium, welches zick-zack-förmig gefaltet ist.
Das Filtermedium ist von einer umlaufenden Dichtung umgeben, welche
als z. B. Dichtwulst oder Dichtungsband ausgebildet ist. Hierbei
kann der Dichtungswulst z. B. aus einem PUR-Schaum oder Kautschuk
gebildet sein. Das Dichtungsband kann aus einem Papier-, Karton-
oder Filtermediumsstreifen gebildet sein. Die Dichtung ist mit den
umlaufenden Seiten, insbesondere den Stirnseiten, des Filtermediums
dichtend verbun den. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Seiten des
Filtermediums dichtend von dem Dichtungsmaterial umschlossen sind.
Das Filtermedium ist durch eine einzige einstückige Bahn
gebildet, in welche Faltkanten eingebracht sind. Die Faltkanten
sind in unterschiedlichen Abständen in dem Filtermedium angeordnet,
je nachdem, wie hoch eine Falte sein soll. Niedrige Falten verfügen über
näher beieinander angeordnete Faltkanten, als höhere
Falten. Die Faltkanten bilden entsprechend ihrer Anordnung nach dem
Aufstellen einen Faltengrund oder eine Faltenspitze. Erfindungsgemäß nimmt
zumindest in einem Teilbereich des Filtermediums die Faltenhöhe
zwischen den benachbarten Falten über mehrere Falten hinweg
zu- bzw. ab, wobei die Faltenteilung der Falten konstant ist. Hierbei
kann die Faltenhöhe der aufeinander folgenden Falten stetig
zu- bzw. abnehmen oder die Faltenhöhe sprunghaft zu nehmen
und diese Faltenhöhe über mehrere Falten hinweg
beibehalten werden. Somit kann das Filterelement über eine
ausreichend große Filterfläche verfügen
und in beengte Bauräume integriert werden. Weiterhin kann
das Filterelement an besondere Beladungsverteilungen angepasst werden.
Hierbei kann die Filterfläche in den Bereichen, in denen
eine höhere Schmutzaufnahmekapazität erforderlich
ist, durch eine vergrößerte Faltenhöhe,
vergrößert werden. Derartige Bereiche können
z. B. im Bereich des Einlasses für das zu reinigende Fluid
angeordnet sein. Die oben ausgeführten Ausgestaltungen
der ringförmig geschlossenen Filterelemente können
analog auf das Flachfilterelement übertragen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 ein
Filterelement in perspektivischer Ansicht mit einem Teilausschnitt,
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2a einen
Ausschnitt eines Filterelementes in der Draufsicht,
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2b eine
Falte,
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3 ein
Rundfilterelement mit Dreiecksauslass in der Draufsicht,
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4 ein
kleeblattförmiges Filterelement in der Draufsicht,
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5 ein
Dreiecksfilterelement in der Draufsicht,
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6 ein
Ovalfilterelement in der Draufsicht,
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7 ein
Rundfilterelement mit exzentrischem Auslass,
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8 ein
Freiformfilterelement in der Draufsicht,
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9 ein
halbkreisförmiges Filterelement in der Draufsicht,
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10 eine
Plissiervorrichtung
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11 ein
Flachluftfilterelement,
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12 das
Flachluftfilterelement gemäß 11 im
Schnitt entlang der Schnittlinie A-A und
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13 das
Flachluftfilterelement gemäß 11 im
Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in einer alternativen Ausgestaltung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist
ein Filterelement 10 in perspektivischer Ansicht mit einem
Teilausschnitt dargestellt. Das Filterelement 10 verfügt über
ein plissiertes Filtermedium 11 und zwei Endscheiben 12.
Das Filterelement 10 verfügt über einen
Außenquerschnitt 13, welcher von einer kreisrunden
Zylinderform (strichpunktiert dargestellt) 14 abweicht.
in diesen Bereichen verfügt der Außenquerschnitt 13 über
Einbuchtungen 20. Hierbei stellt der Außenquerschnitt 13 die projizierte
Fläche in der Draufsicht dar. Durch die Abweichung von
der Zylinderform 14 kann das Filterelement 10 in
Bauräume integriert werden, welche durch Umgebungsbauteile 15 (strich-zweipunktiert
dargestellt) deformiert sind. Weiterhin verfügt das Filterelement 10 über
einen kreisförmigen Innenquerschnitt 16, welcher
sowohl durch die obere Endscheibe 12, als auch durch das
Filtermedium 11 gebildet ist. In diesen Innenquerschnitt 16 kann
ein kreisförmiger Stutzen (nicht dargestellt) dichtend
eingesteckt werden. Durch diesen Stutzen kann das zu reinigende Fluid
zu oder abgeführt werden. Dementsprechend wird das Filtermedium 11 von
innen nach außen bzw. von außen nach innen durchströmt.
Das Filtermedium 11 ist als Halbzeug als rechteckförmige
Bahn ausgebildet. Nach dem plissieren verfügt es über eine
Vielzahl von tick-zack-förmigen Falten 17, wobei die
erste Falte 17 mit der letzten Falte 17 mittels
eines Clips 18 dichtend verbunden ist. Der Clip 18 kann z.
B. durch einen dünnes Metallblech oder einer Kunststoffschiene
gebildet werden, wobei der Clip 18 z. B. verpresst, verklebt
oder punktgeschweißt sein kann. Alternativ können
die Falten 17 auch vernäht, verschweißt,
verklebt oder durch sonstige Verfahren verbunden sein. Durch diese
Verbindung ist das Filtermedium 11 ringförmig
geschlossen. Das Filtermedium 11 verfügt über
eine obere und eine untere Stirnseite 19. An diesen Stirnseiten
ist das Filtermedium 11 dichtend mit den Endscheiben 12 verbunden.
Das Filtermedium 11 verfügt über Falten 17 mit unterschiedlichen
Faltenhöhen H1 bis H6, wobei diese Faltenhöhen
H1 bis H6 nur beispielhaft sind und an einem realen Filterelement 10 mehr
oder weniger Falten 17 mit unterschiedlichen Faltenhöhen
H vorgesehen sein können. Die Faltenhöhe H1 entspricht der
maximalen Faltenhöhe, welche in den Bereichen angeordnet
ist, wo der Außenquerschnitt 13 kreisförmig
ausgebildet ist. Entsprechend den Einbuchtungen 20 nehmen
die Faltenhöhen H2 bis H6 zu bzw. ab, wobei sich die Zu-
bzw. Abnahme auf die vorhergehende Falte 17 bezieht. Bei
den unterschiedlichen Faltenhöhen H1 bis H6 handelt es
sich um „echte” Höhenunterschiede, welche
beim Plissieren entstehen und nicht durch eine Veränderung
beim Aufstellen der Falten 17 herbei geführt sind.
Im Innenquerschnitt 16 sind die Falten 17 gleichmäßig
verteilt angeordnet, wobei alle Falten 17 über
im wesentlich gleiche Abstände A (siehe 2)
zueinander verfügen. Um die Falten 17 an der gewünschten
Position zu halten, ist eine Leimraupe 21 vorgesehen, welche mit
den Falten 17 im Bereich der Faltenspitzen 22 verbunden
ist. Die Leimraupe 21 ist mittig zwischen den Stirnseiten 19 angeordnet.
Bei anderen Ausgestaltungen können auch mehrere Leimraupen 21 vorgesehen
sein, welche an beliebigen Stellen zwischen bzw. an einer oder beiden
Stirnseiten 19 angeordnet sind. Alternativ zu der Leimraupe 21 können
auch Stützgitter oder Fadenwickel, insbesondere spiralförmige
Fadenwickel, vorgesehen sein. Diese Lagefixierung der Faltenspitzen 22 kann
selbstverständlich auch bei allen übrigen Ausführungsbeispielen
eingesetzt werden.
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Nachfolgen
wird die Erfindung anhand von 2a, welche
einen Ausschnitt eines Filterelementes 10' in der Draufsicht
ohne die obere Endscheibe 12 zeigt, bzw. 2b, welche
eine Falte 17 zeigt, näher erläutert.
Diese grundsätzlichen Ausführungen gelten so oder
in analoger Weise für alle Ausführungsbeispiele.
Der 1 entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Im Unterschied zu 1 ist das
Filterelement 10' eckig ausgeführt, wobei der
Innenquerschnitt 16 kreisförmig ausgebildet ist.
Die Endscheiben 12 verfügen über gleiche
Geometrie, wie die von dem Filtermedium 11 gebildete (siehe
strich-punktierte Linien 23, 24), wobei die Endscheibe 12 etwas
größere Umrisse aufweist, um die Stirnseiten 19 des
Filtermediums 11 sicher zu überdecken. Die Falten 17 erstrecken
sich zwischen der inneren strichpunktierten Linie 23 und der äußeren
strichpunktierten Linie 24. Die Abstände A der
Falten 17 an ihrem Faltengrund 25 zueinander, also
im Bereich der inneren strichpunktierten Linie 23, sind,
abgesehen von Fertigungstoleranzen, gleich, wodurch sich eine konstante
Faltenteilung ergibt. Diese Faltenteilung ist derart gewählt,
dass das zu filternde Fluid das Filtermedium 11 optimal
durchströmen kann. Die Falten 17 sind derart ausgerichtet, dass
ihre Mittelachsen 26 den Mittelpunkt M (siehe 1)
des Innenquerschnitts 16 schneiden. Ausgehend vom Faltengrund 25 erstrecken
sich Faltenschenkel 27 bis zur Faltenspitze 22.
Zwischen den Faltenschenkeln 27 ist ein Faltenwinkel 28 eingeschlossen.
In gleicher Weise ist zwischen den Faltenschenkeln 27,
welche sich vom Faltengrund 25 aus erstrecken, ein Winkel 29 gebildet.
Die gebildeten Winkel 29 sind bei allen Falten 17 etwa
gleich groß. In gleicher Weise sind die Faltenwinkel 28 ebenfalls gleich
groß, wobei die Größe der Winkel 29 unterschiedlich
zu der Größe der Faltenwinkel 28 sein kann.
Bei besonderen Ausgestaltungen sind die Faltenwinkel 28 gleich
groß wie die Winkel 29. Die Faltenhöhe
H ist derart definiert, dass sie zwischen der Faltenspitze 22 und
dem rechtwinklig auf die Mittelachse 26 projizierten Faltengrund 25 gebildet
ist (siehe 2b).
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In 3 ist
ein Rundfilterelement 30 mit einem Dreiecksauslass 31 in
der Draufsicht dargestellt. Das Rundfilterelement 30 entspricht
dem Filterelement 10 bzw. 10'. Gleiche Elemente
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Rundfilterelement 30 weist
die Zylinderform auf und im Gegensatz zu 1, sind
keine Einbuchtungen 20 vorhanden. Durch den Dreiecksauslass 31 mit
einem dreieckförmigen Innenquerschnitt 16' ist
die strichpunktierte Linie 23' ebenfalls dreieckig ausgeführt.
Somit sind unterschiedliche Faltenhöhen H bei den Falten 17 erforderlich.
Bei dieser Ausführung kann es erforderlich sein, dass die
gleichmäßige Faltenteilung, bzw. die gleichen
Abstände A, nicht an der inneren strichpunktierten Linie 23,
sondern an der äußeren strichpunktierten Linie 24 anliegt.
In diesem Fall wird die Bestimmung der Faltenhöhe H auf
den Schnitt der Mittelachse 26' mit der Linie 24 bezogen.
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In 4 ist
ein kleeblattförmiges Filterelement 10'' mit einem
kreisförmigen Innenquerschnitt 16 in der Draufsicht
dargestellt. Elemente, welche den vorangehenden Figuren entsprechen
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Außenquerschnitt 13 weicht
durch die Einbuchtungen 20 von der Zylinderform 14 ab,
wodurch die Kleeblattform gebildet wird. Hierbei variiert die Faltenhöhe
H zwischen einer strichpunktiert dargestellten Außenlinie 24,
deren maximale Ausdehnung durch einen maximalen Durchmesser 33 begrenzt
ist, und einem minimalen Durchmesser 32 (strichpunktiert
dargestellt). Von dem minimalen Durchmesser 32 aus nimmt
die Faltenhöhe H der nachfolgenden Falte 17 stetig
zu, bis die Falte 17 an den maximalen Durchmesser 33 stößt und
somit die maximale Faltenhöhe Hmax erreicht hat. Nach dem
Erreichen der maximalen Faltenhöhe Hmax reduziert sich
die Faltenhöhe H stetig, bis wieder die minimale Faltenhöhe
Hmin erreicht ist. Somit ist die Faltenhöhe H der nachfolgenden
Falte 17 ist entweder größer oder kleiner
als die Faltenhöhe H der vorangehenden Falte 17,
wodurch die Kleeblattform gebildet ist. Im Bereich des kreisförmigen
Innenquerschnitts 16 verfügen die Falten 17 über
gleichmäßige Abstände zueinander, wodurch
die Durchströmungsverhältnisse optimal eingestellt
werden können.
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In 5 ist
ein Dreiecksfilterelement 34 in der Draufsicht dargestellt.
Elemente, die den vorangehenden Figuren entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich
die Falten 17 zwischen dem minimalen Durchmesser 32 und
dem maximalen Durchmesser 33. Der Innenquerschnitt 16 ist
kreisförmig ausgebildet. Analog zu 4 steigt
die Faltenhöhe H von der kleinsten Faltenhöhe
Hmin bis zu größten Faltenhöhe Hmax an,
wobei die Faltenhöhen H derart gewählt sind, dass
durch die Faltenspitzen 22 eine lineare Außenkontur,
nämlich ein Dreiecksschenkel 35 des Dreiecksfilterelement 34 gebildet wird.
Auch bei dieser Ausführung ist die Faltenteilung im Bereich
der inneren strichpunktierten Linie 23 gleichmäßig
angeordnet.
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Das
Dreiecksfilterelement 34 könnte auch nur über
zwei Dreiecksschenkel 35 verfügen und die dritte
Seite könnte entlang dem maximalen Durchmesser 33 verlaufen.
Bei dieser Ausführung würde sich dann ein kuchenstückförmiges
Filterelement ergeben, welches in keilförmige Bauräume
integriert werden kann.
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In 6 ist
ein Ovalfilterelement 36 in der Draufsicht dargestellt.
Elemente, die den vorangehenden Figuren entsprechen, sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Die Ovalform variiert zwischen dem minimalen
Durchmesser 32 und dem maximalen Durchmesser 33.
Im Inneren des Ovalfilterelements 36 ist ein kreisförmiger
Innenquerschnitt 16 angeordnet. Die gleichmäßige
Faltenverteilung ist im Bereich des Innenquerschnitts 16 angeordnet.
Durch die Variierung der Faltenhöhen H ist die Ovalform
außen gebildet, wobei der Innenquerschnitt 16 kreisrund
ausgebildet ist. Die reale Endscheibe 12 verfügt über
eine Außenkontur, welche etwas größer
als der durch die Faltenspitzen 22 gebildete Außenquerschnitt 13 ist,
um eine sichere Abdichtung der Stirnseiten zu gewährleisten.
Dies gilt im Übrigen für alle Ausführungsbeispiele.
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In 7 ist
ein Rundfilterelement 30' mit exzentrisch angeordnetem
kreisrunden Innenquerschnitt 16, welcher als Auslass für
das gefilterte Fluid dient, dargestellt. Elemente, die den vorangehenden Figuren
entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Mittelpunkt
M des Innenquerschnitts 16 ist als Bezugspunkt für
die Verteilung der Falten 17 vorgesehen. Um diesen Mittelpunkt
M herum erstreckt sich der minimale Durchmesser 32 und der
maximale Durchmesser 33, wobei die Faltenhöhen
H vom minimalen Durchmesser 32 bis zum maximalen Durchmesser 33 stetig
zunehmen und anschließend vom maximalen Durchmesser 33 bis
zum minimalen Durchmesser 32 wieder abnehmen. Durch die
unterschiedlich hohen Falten 17 ist an den Faltenspitzen 22 die
Zylinderform 14 gebildet, welche stirnseitig von einer
kreisrunden Endscheibe 12 abgeschlossen ist. Die durch
die Faltenspitzen 22 gebildete Zylinderform 14 verfügt über
eine Mitte 37, welche über eine Entfernung E axial
zu dem Mittelpunkt M des Innenquerschnitts 16 beabstandet
ist.
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In 8 ist
ein Freiformfilterelement 38 in der Draufsicht dargestellt.
Elemente, die den vorangehenden Figuren entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Falten 17 erstrecken sich zwischen dem minimalen
Durchmesser 32 und dem maximalen Durchmesser 33,
wobei der maximale Durchmesser 33 des Freiformelementes 38 lediglich
an wenigen Stellen erreicht wird. Im Inneren ist der Innenquerschnitt 16 kreisförmig
ausgebildet, wobei die Falten 17 im Bereich der inneren
strichpunktierten Linie 23 mit regelmäßigen
Abständen A angeordnet sind.
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In 9 ist
ein halbkreisförmiges Filterelement 10''' in der
Draufsicht dargestellt. Dieses Filterelement 10''' verfügt,
wie die meisten vorangehenden Ausführungsbeispiele, über
einen kreisrunden Innenquerschnitt 16. Der Mittelpunkt
M ist durch die Entfernung E von der Mitte 37 des Filterelementes 10''' beabstandet.
Durch die zu- bzw. abnehmenden Faltenhöhen H ist durch
die Faltenspitzen 22 eine geradlinige Sehne 39 gebildet.
Somit kann das Filterelement 10''' sehr dicht neben ebene
Flächen angebracht werden.
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In 10 ist
eine Plissiervorrichtung schematisch dargestellt. Die Plissiervorrichtung
verfügt über zwei Prägewalzen 40,
welche über eine Oberflächenstruktur verfügen.
Diese Oberflächenstruktur ist zum Einbringen von Faltkanten
in das Filtermedium 11 geeignet. Das Filtermedium 11 ist
als Endlosmaterial auf einer Rolle 41 aufgewickelt. Weiterhin
verfügt die Plissiervorrichtung über eine Steuerung 42,
welche mit den Prägewalzen 40 und einer Mediumsführung 43 verbunden
ist.
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Um
das Filtermedium 11 zu falten, wird das Filtermedium 11 den
Prägewalzen 40 mit einer Vorschubgeschwindigkeit
v zugeführt. Diese Vorschubgeschwindigkeit v wird durch
die Mediumsführung 43 bestimmt. Die Prägewalzen 40 rotieren
mit einer vorgegebenen Drehzahl D. Bei konstanter Drehzahl D und
Vorschubgeschwindigkeit v entstehen Falten mit gleichen Faltenschenkeln 27 und
somit gleichen Faltenhöhen H. Wird das Verhältnis
zwischen Vorschubgeschwindigkeit v und Drehzahl D verändert,
so entstehen unterschiedlich große Faltenschenkel 27 und somit
unterschiedliche Faltenhöhen H. Zur exakten Steuerung der
gewünschten Größe der Faltenschenkel 27 ist
es vorteilhaft, wenn nur ein Parameter, also entweder Vorschubgeschwindigkeit
v oder Drehzahl D variiert wird. Wenn jedoch stark unterschiedliche Faltenhöhen
H erzeugt werden sollen, so kann auch eine gleichzeitige Veränderung
beider Parameter erforderlich sein.
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Wenn
bei konstanter Drehzahl D die Vorschubgeschwindigkeit v durch die
Mediumsführung 43 erniedrigt wird, liegen die
geprägten Faltkanten näher beieinander. Somit
ist die entstehende Faltenhöhe H geringer. Bei einer erhöhten
Vorschubgeschwindigkeit v wird mehr Filtermedium 11 zwischen den
Prägewalzen 40 hindurch geführt, wodurch
die Faltkanten weiter entfernt voneinander liegen. Somit werden
größere Faltenhöhen H realisiert.
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Alternativ
oder Ergänzend zu der Variation der Vorschubgeschwindigkeit
v kann auch die Drehzahl D verändert werden. Bei einer
höheren Drehzahl D werden kürzere Faltenschenkel 27 und
somit kleinere Faltenhöhen H erzeugt. Bei niedrigeren Drehzahlen
D werden längere Faltenschenkel 27 und somit größere
Faltenhöhen H gebildet.
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Durch
eine Steuerung der Drehzahl D bzw. Mediumsführung 43 können
die Abstände der geprägten Faltkanten variiert
werden, welche nach dem Aufstellen der Falten unterschiedliche Faltenhöhen
H bilden. Somit sind Filterelemente mit unterschiedlichen Faltenhöhen
H realisierbar, welche über unregelmäßige
Außenquerschnitte, wie sie vorstehend beschrieben sind,
verfügen.
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In 11 ist
ein Flachluftfilterelement 45 dargestellt, welches über
einen rechteckförmigen Außenquerschnitt 13' verfügt.
Alternativ zu der dargestellten Rechteckform, kann das Flachluftfilterelement 45 auch über
andere auch andere Außenquerschnitte verfügen.
Diese können z. B. dreieckförmig, trapezförmig,
rund oder oval ausgebildet sein. Weiterhin sind auch Außenquerschnitte
mit unregelmäßig verlaufenden Seiten möglich,
welche winklig zuei nander angeordnet sind und „kartoffel”-ähnliche Außenquerschnitte
bildet. Das Flachluftfilterelement 45 kann z. B. als Ansaugluftfilter
für Brennkraftmaschinen oder Innenraumluftfilter für
Fahrgastinnenräume verwendet werden. Das Flachluftfilterelement 45 verfügt über
ein Filtermedium 11, z. B. aus Zellulose, Synthetikfasern
oder aus einem Gemisch daraus, welches plissiert ist. Das Filtermedium 11 ist
von einem umlaufenden Dichtwulst 46 umgeben. Der Dichtwulst 46 ist
durch ein elastisches Material, wie z. B. Kautschuk oder Polyurethanschaum
gebildet. Der Dichtwulst 46 umschließt das Filtermedium 11 an
seinen umlaufenden Rändern, insbesondere Stirnseiten 19' dichtend,
wobei der Dichtwulst 46 derart gestaltet ist, dass er in
ein Filtergehäuse (nicht dargestellt) eingelegt werden
kann und dieses dichtend kontaktiert. Das Flachluftfilterelement 45 verfügt über
Bereiche mit unterschiedlich hohe Falten 17', wobei die
Falten 17' aus einer einzigen fortlaufenden Bahn erzeugt werden.
Hierbei werden die Faltkanten analog zu 10 in
unterschiedlichen Abständen eingeprägt und aufgestellt.
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In 12 ist
das Flachluftfilterelement 45 gemäß 11 im
Schnitt entlang der Schnittlinie A-A dargestellt. Der 11 entsprechende
Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Filtermedium 11 verfügt über
Falten 17', welche über unterschiedliche Faltenhöhen
H verfügen. Die dargestellten Faltenhöhen H1 bis
H5 sind exemplarisch gewählt, daher können bei
realen Filterelementen mehr oder aber auch weniger Falten 17' mit
unterschiedlichen Faltenhöhen H vorgesehen sein. Bei dem
dargestellten Flachluftfilter 45 steigt zunächst
die Faltenhöhe H1 bis H5 linear an. Nach dem die maximale Faltenhöhe
H5 erreicht ist, nimmt die Faltenhöhe H wieder kontinuierlich
ab, bis eine definierte Faltenhöhe H erreicht ist, welche über
den weiteren Verlauf des Filtermediums 11 gleich bleibt.
Bei anderen Ausgestaltungen kann es zu erneuten Veränderungen der
Faltenhöhe H kommen, welche kontinuierlich oder aber sprunghaft
verlaufen. Da die Faltenhöhe H der Falten 17' größer
ist, als die Höhe des Dichtwulstes 46 ist es erforderlich,
dass die Falten 17' an ihren Stirnseiten 19' verschlossen
sind. Dies kann durch ein Verkleben bzw. Verschweißen des
Filtermediums 11 an den Stirnseiten 19' oder durch
Anbringen eines Faltenverschlusses (nicht dargestellt), z. B. eines streifenförmigen
Bandes aus einem Filtermedium, Papier oder Kunststoff, erfolgen.
Durch die Veränderung der Faltenhöhe H kann in
definierten Bereichen mehr Filtermedium 11 untergebracht
bzw. das Filterelement an spezielle Geometrien angepasst werden.
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In 13 ist
das Flachluftfilterelement 45' gemäß 11 im
Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in einer alternativen Ausgestaltung
dargestellt. Das dargestellte Flachluftfilterelement 45' ist
für die Reinigung von Fahrgastinnenräumen von
Kraftfahrzeugen, insbesondere von Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen
vorgesehen. Hierbei ist der Dichtwulst 46' als umlaufendes
Dichtungsband 47 ausgebildet, welches vorzugsweise aus
dem gleichen Material besteht, wie das Filtermedium 11.
Das Dichtungsband 47 ist mit den Stirnseiten 19' des
Filtermediums 11 dichtend verklebt oder verschweißt,
wodurch ein dichter Verbund erzeugt ist. Das Dichtungsband 47 kontaktiert
das Filtergehäuse (nicht dargestellt), wodurch Leckluftströme stark
reduziert bzw. vollständig verhindert sind. Das Filtermedium 11 verfügt über
Falten 17' welche in drei Bereiche unterteilt sind. Im
ersten und dritten Bereich entspricht die Faltenhöhe H1
der Höhe des Dichtungsbandes 47. Im zweiten Bereich
ist die Faltenhöhe H2 größer als die Höhe
des Dichtungsbandes 47. Daher müssen die Falten 17'' in
diesem Bereich an den Stirnseiten 19' gesondert abgedichtet
werden. Dies kann entsprechend den zu 12 ausgeführten
Varianten erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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