-
Diese Erfindung bezieht sich auf Hochleistungsluftfilteranordnungen,
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich zur Verwendung in Fahrzeugen, die mit
Verbrennungsmotoren ausgestattet sind.
-
Fast alle Verbrennungsmotoren in Landfahrzeugen sind mit einer
Ansaugluftfilteranordnung ausgerüstet.
-
Bei einem großen, modernen Nutzfahrzeug, das mit einem
Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, ist es üblich, eine außerhalb angeordnete
Luftfilteranordnung vorzusehen. In typischer Weise kann eine derartige Anordnung ein
im wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit einer festen Basis an dem
unteren Ende des Zylinders und einer abnehmbaren Abdeckung an dem oberen
Ende aufweisen. Ein im wesentlichen zylindrisches oder
kegelstumpfförmiges, austauschbares Filterelement ist innerhalb des Gehäuses gehalten,
üblicherweise koaxial mit diesem, derart, daß ein Strömungsverlauf für Luft
vorgesehen ist, die durch eine Öffnung in der zylindrischen Wand zu der
Zone zwischen der zylindrischen Wand und dem Filter, nach einwärts durch
die Wände des Filters und nach auswärts durch eine mittlere Auslaßöffnung
der Basis geht. Bei bekannten Anordnungen wird eine Abdichtung zwischen
dem Filterelement und der Basis durch eine ringförmige Enddichtung
erreicht, die durch Druckkraft zwischen der abnehmbaren Abdeckung und der
Basis gehalten ist. Alternativ hierzu ist, um die Notwendigkeit für eine
wesentliche Druckkraft zwischen der Abdeckung und der Basis zu vermeiden,
vorgeschlagen worden, eine radiale Dichtung zwischen dem Filterelement
und einer ringförmigen zylindrischen Fläche vorzusehen, die durch den
Basisbereich getragen ist. Eine derartige Anordnung kann zu dem zusätzlichen
Vorteil einiger Toleranz einer axialen Bewegung führen, welche eine
leichtere Abdichtung der abnehmbaren Abdeckung und einige differentielle
thermische Expansion und Kontraktion zwischen dem Gehäuse und dem
Filterelement erlaubt.
-
Die oben erwähnte, radiale Dichtung zwischen dem Filterelement und einer
durch den Basisbereich getragenen, zylindrischen Fläche erlegt jedoch,
obwohl vorteilhaft, eine Anforderung für wesentliche radiale Druckkräfte zum
Aufrechterhalten der Dichtungsintegrität auf und, um derartige Kräfte
aufzuerlegen, erfordert es das Filterelement noch, verhältnismäßig starr
konstruiert zu sein, um ein Drücken in die Position von dem offenen Ende des
Gehäuses aus zu erlauben, ohne Verwinden oder Knicken der Filterfalten zu
verursachen. Dies wird üblicherweise das Vorsehen eines mittleren Rohres
auferlegen, welches mit den Enden des Filterelements einstückig ist.
-
Beispielsweise zeigt die GB-A-880812 in Fig. 12 eine Filteranordnung, bei
welcher eine weiche flexible Dichtung unmittelbar an dem
Papierfilterelement selbst befestigt ist und in eine parallelseitige Nut eingreift. Diese ist
durch Druckkraft zwischen der abnehmbaren Abdeckung und der Basis des
Gehäuses gehalten.
-
Ein etwas verbessertes Konzept ist in der FR-A-2063 849 offenbart, bei
welchem die Filteranordnung ein Gehäuse, eine Basis und das Gehäuse
bildende Seitenwände, eine abnehmbare Abdeckung an dem Gehäuse, ein
verhältnismäßig starres, ringförmiges Filterelement, das an dem Gehäuse
angebracht ist, einen Lufteinlaß zu dem Gehäuse außerhalb des Filterelements
und eine Auslaßöffhung innerhalb des Filterelements aufweist, wobei diese
Filteranordnung ferner eine ringförmige innere Seitenwand und eine
ringförmige äußere Seitenwand aufweist, welche radial auswärts und
konzentrisch mit der inneren Seitenwand angeordnet ist, wobei die innere
Seitenwand und die äußere Seitenwand im wesentlichen parallel sind, um eine im
wesentlichen parallelseitige ringförmige Nut an dem Gehäuse zu bilden, und
wobei das Filterelement aufweist: Ein ringförmiges Papierfilterelement, eine
innere Mascheneinlage innerhalb des Papierelements und geformte
Endkappen, die mit dem Papierfilterelement und mit der Mascheneinlage an jedem
Ende des Filterelements verbunden sind, wobei eine der geformten
Endkappen
eine ringförmige Endkappe ist und weiterhin einen sich nach auswärts
erstreckenden, einstückigen Vorsprung aufweist.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Filteranordnung zu schaffen, welche die Notwendigkeit vermeidet, solch
hohe Verwindungs- oder Knickkräfte während des Zusammensetzens oder
der Wartung der Anordnung aufzuerlegen.
-
Die Filteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß das Papiertilterelement ein langgestrecktes Filterelement ist,
daß die innere Seitenwand sich durch die Basis erstreckt und die
Auslaßöffnung bildet und daß der Vorsprung radial federnd nachgiebig deformierbar
ist, wobei dieser Vorsprung eine über den Umfang verlaufende innere Wand
und eine über den Umfang verlaufende äußere Wand aufweist, wobei diese
Wände im wesentlichen parallel sind und wobei die innere Wand an der
inneren Wandfläche der genannten Nut bzw. die äußere Wand an der äußeren
Wandfläche der genannten Nut angreift.
-
Das Filterelement kann ein herkömmliches, zylindrisches oder
kegelstumpiförmiges, ringförmiges Filterelement, vorzugsweise mit einer inneren,
metallischen Mascheneinlage sein.
-
Die Konstruktion der vorliegenden Erfindung ist insofern sehr vorteilhaft,
als eine vollständige Dichtung zwischen dem ringförmigen Vorsprung und
der Nut vorgesehen ist, und, wenn irgendeine radiale Expansion oder
Kontraktion vorliegt, beispielsweise aufgrund thermischer Beanspruchungen,
wird sich die äußere Seitenwand der Nut expandieren und zusammenziehen
und wird die innere Wandfläche des Vorsprungs gegen die innere
Seitenwand der Nut halten, um hierdurch eine gute Abdichtung zu gewährleisten.
-
In Abhängigkeit von dem Material, aus welchem das Filter hergestellt ist,
weist der ringförmige Vorsprung vorzugsweise eine axiale Länge zwischen
2,5% und 5% der axialen Länge des Filterelements auf und vorzugsweise
zwischen 3% und 4%. Eine derartige Abmessung wird es der Abdichtung
erlauben, gehalten zu werden, selbst dann, wenn das Gehäuse sich aufgrund
thermischer Änderungen beträchtlich expandieren und zusammenziehen
kann.
-
Die GB-A-885767 offenbart ein Filterelement zur Verwendung in einer
Filteranordnung, mit einem Gehäuse mit einer abnehmbaren Abdeckung,
wobei das Filterelement ein verhältnismäßig starres, langgestrecktes,
ringförmiges Papierfilterelement ist, mit einem inneren Traggehäuse an dem
Filterelement, einer geformten Endkappe an jedem axialen Ende des
Filterelements, wobei die geformte Endkappe an das Papieffilterelement und an
das Traggehäuse angeformt ist, wobei eine der Endkappen eine ringförmige
Endkappe ist und wobei ein sich axial erstreckender, ringförmiger
Vorsprung einstückig mit der genannten einen ringförmigen Endkappe
ausgebildet ist.
-
Das Filterelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß das genannte Traggehäuse eine Mascheneinlage ist und daß
der genannte Vorsprung ein in Radialrichtung federnd nachgiebiger
Vorsprung mit einer inneren Wandfläche und einer äußeren Wandfläche ist,
wobei diese Wandfiächen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und
dazu befähigt sind, in eine ringförmige Nut in einer Endwand des
Filtergehäuses einzugreifen, und wobei der genannte Vorsprung eine axiale Länge
zwischen 2,5% und 5% der axialen Länge des genannten Filterelements
aufweist.
-
Damit die vorliegende Erfindung leichter verstanden werden kann, wird die
nachfolgende Beschreibung lediglich im Rahmen eines Beispiels gebracht,
wobei auf die beigefligten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen
zeigen;
-
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer
Ausführungsform des Filters gemäß der Erfindung; und
-
Fig. 2 einen Schnitt, der entlang der Linie II-II nach Fig. 1 genommen ist.
-
Ein im wesentlichen zylindrisches, geformtes, thermoplastisches, zum
Beispiel Polypropylen-Filtergehäuse 10 weist eine einstückig angeformte,
untere Basis 12 und eine abnehmbare, geformte Abdeckung 14 aus einem
ähnlichen Material auf, zwischen weichen ein im wesentlichen zylindrisches,
ringförmiges, gefaltetes Papierfilterelement 16 angebracht ist. Eine
tangentiale Lufteinlaßöffnung 18 ist mit dem unteren Teil des Gehäuses 10
verbunden und die Basis 12 weist eine mittlere, sich nach abwärts erstreckende
Luftauslaßöffnung 20 auf, welche sich nach aufwärts oberhalb der Basis 12
in das Innere des Gehäuses fortsetzt, um eine innere ringförmige Wand 22
zu bilden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Basis 12 so abgestuft ist,
daß zwischen der inneren Wand 22 und einer äußeren Wand 24, welche die
Stufe bildet, eine ringförmige Nut 26 vorgesehen wird. Diese Nut weist eine
Anzahl (eine oder mehrere und, wie veranschaulicht, vier) von sich axial
erstreckenden Entlüftungsnuten 28 auf, die sich von der Basis der Nut 26
zu der Hauptbasis 12 des Gehäuses 10 erstrecken.
-
Weitere, sich axial erstreckende Nuten 30 können an der Außenseite des
oberen Bereichs der inneren ringförmigen Wand 22 ausgebildet sein, an
deren Oberseite 32 Querrippen 34 angebracht sein können, welche bei 36
abgeschrägt sind.
-
Die Abdeckung 14 ist mit einem ringförmigen Flansch 38 versehen, welcher
mit einem komplementären Flansch 40 gerade unterhalb der Oberseite des
Gehäuses in Eingriff gelangt, wobei ein wahlweiser O-Ring 42 dazwischen
eingesetzt ist. Die Abdeckung 14 ist mit Hilfe einfacher Klammern 44 in
Position gehalten, wodurch eine abgedichtete Umhüllung gebildet wird,
deren ringförmige Einlaßzone 46 mit der Einlaßöffnung 18 kommuniziert,
wobei diese von der Auslaßöffnung 20 durch das Filterelement 16 getrennt
ist.
-
Dieses Filterelement ist ein hauptsächlich herkömmliches, gefaltetes
Papierelement, jedoch in dem vorliegenden Beispiel sind die oberen Enden der
Falten in einer Endkappe 48 abgedichtet eingebettet, welche typischerweise
aus Polyurethan gebildet ist und einen ringförmigen Wulst 49 aufweist, der
in eine ringförmige Ausnehmung 50 der Abdeckung eingreifbar ist. Die
Abdeckung kann von dieser ringförmigen Endplatte 48 getrennt sein oder sie
kann mit dieser ringförmigen Endplatte 48 tatsächlich einstückig sein, in
welchem Falle die Abdeckung mit dem Filterelement austauschbar sein
würde, wenn erforderlich.
-
Das untere Ende des Filterelements 16 ist in ähnlicher Weise in einer
ringförmig ausgeformten Endkappe 52 eingebettet, welche aus einem
verhältnismäßig weichen Polyurethan gebildet ist und einen einstückigen, in
radialer Richtung federnd nachgiebig verformbaren Vorsprung 54 aufweist,
welcher dimensioniert ist, um vollständig die ringförmige Nut 26 auszufüllen.
Der ringförmige Vorsprung 54 weist eine über den Umfang verlaufende,
innere Wandfläche 56 und eine über den Umfang verlaufende, äußere
Wandfläche 58, wobei diese Wandflächen 56, 58 im wesentlichen parallel
zueinander verlaufen, sowie eine Endiläche 60 auf. Es ist in der Tat eine
sehr leichte Verjüngung in Richtung zu der Endfläche 60 der inneren Fläche
56 sowie der äußeren Fläche 58 vorhanden, um ein Formen zu erleichtern.
Die innere Fläche 56 befindet sich gerade radial einwärts von dem
herkömmlichen Mascheneinlageelement 62, welches gegen die innere Fläche
des ringförmigen Papierfiltermaterials 64 spannt. Diese Mascheneinlage
kann aus Metall oder Kunststoff gebildet sein.
-
Der Zusammenbau ist verhältnismäßig einfach. Wenn das Filterelement 16
eingeführt wird, wobei es entweder bereits mit der Abdeckung 14
verbunden ist oder bevor die Abdeckung 14 an Ort und Stelle gebracht wird, wird
der ringförmige Vorsprung 54 durch die Abschrägung 36 an den
Querrippen 34 (falls vorgesehen) und durch die Grate bzw. Rippen geführt, die
zwischen den axialen Nuten 30 gebildet sind, so daß er in die ringförmige
Nut 26 eingreift, welche eine innere Wand 57 und eine äußere Wand 59
aufweist, wobei diese beiden Wände 57, 59 im wesentlichen parallel sind
und wobei an der inneren Wand 57 bzw. der äußeren Wand 59 die genannte
Wandfläche 56 bzw. die genannte Wandfläche 58 angreift. Die Wände 57,
59 sind wiederum leicht nach abwärts verjüngt. Weil der ringförmige
Vorsprung 54 im wesentlichen die Nut 26 füllt, wird verständlicherweise eine
Notwendigkeit bestehen, die Luft innerhalb dieser Nut während dieses
Einführungsschrittes zu verdrängen, und aus diesem Grunde sind die axialen
Entlüftungsnuten 28 vorgesehen.
-
Während andere Formen der Entlüftung in Betracht gezogen werden, zum
Beispiel an der inneren ringförmigen Wand 22 und zu der Außenseite durch
den Boden, wird die veranschaulichte Konstruktion der Nuten 28 an der
inneren Fläche der äußeren Wand 24 bevorzugt. Diese Anordnung erlaubt
es der Luft, leicht zu entweichen, und erlaubt nicht den Eintritt von
irgendwelchem Schmutz.
-
Wenn die Klammern 44 an den Flanschen 38, 40 angreifen, wird der
Vorsprung 54 fest in die Nut 26 gedrückt, wodurch eine gute Abdichtung
vorgesehen wird. Wenn irgendeine thermische oder andere Expansion und
Kontraktion auftritt, dann wird sich die äußere Wand 24, welche die Nut 26
bildet, mit der inneren Wand 22 expandieren und kontrahieren und sie wird
somit eine gute luftdichte Abdichtung zwischen dem unteren Teil des
Filterelements 16 und dem Gehäuse 10 aufrechterhalten. Weil das
Gitterelement 62 von der inneren Fläche 56 (da sie herkömmlich ist) nicht beträcht
lich nach auswärts verschoben ist, ist eine gründliche und vollständige
Nutzung des Dichtungselements erreicht und die Probleme der Expansion und
Kontraktion sind überwunden.
-
Es ist wichtig, daß der ringförmige Vorsprung 54 eine bedeutende axiale
Länge haben sollte, um zu gewährleisten, daß es keine Möglichkeit des
Außereingriffkommens aus der Nut 26 gibt. Es ist ziemlich klar, daß diese
Futerelemente sehr unterschiedlichen klimatischen Bedingungen unterworfen
werden und es durchaus ein Maß von Expansion und Kontraktion des
Gehäuses geben wird. Wenn dies bedacht wird, sollte die axiale Ausdehnung
der inneren Fläche 56 des Vorsprunges 54 zwischen 2,5% und 5% der
axialen Länge des Filterelements und vorzugsweise zwischen 3% und 4%
sein.
-
Das Vorsehen der Abschrägung 36 und der axialen Nuten 30 (falls
vorgesehen), die der inneren Wand 22 zugeordnet sind, sowie der axialen Nuten 28,
die der äußeren Wand 24 der Nut 26 zugeordnet sind, erleichtert nicht nur
das Einsetzen des Filterelements, sondern erleichtert auch eine Entfernung
durch Vermeidung eines Steckenbleibens.
-
Bei einer alternativen Anordnung kann das Filterelement 16 so konstruiert
sein, um eine Endkappe und einen vorspringenden Teil, ähnlich zu
denjenigen an der Unterseite, an beiden Enden aufzuweisen, wobei die Abdeckung
geformt ist, um eine ringförmige Nut von zu der Nut 26 ähnlichen
Abmessungen zu ergeben.
-
Bei einer noch anderen alternativen Ausführungsform kann das obere Ende
des Filterelements mit einem Endverschluß ausgebildet sein, der einfach in
einem innerhalb der Abdeckung eingeformten Gebilde zum örtlichen
Festlegen und Anstoßen ruht. Bei dieser und der vorhergehenden alternativen
Ausführungsform erfordert es die Endabdeckung normalerweise nicht, beim
Warten der Anordnung mit einem Filterelement ersetzt zu werden.
-
Bei einer noch weiteren Konstruktion kann zumindest die Endkappe des
Filterelements an dem unteren (Auslaß-) Ende mit einer ringförmigen Nut
versehen sein, welche radial gegenüberliegende ringförmige Dichtflächen
darbietet, welche mit einem federnd nachgiebig deformierbaren Vorsprung
zusammenwirken, der durch die entsprechende innere Endfläche des
Gehäuses getragen wird. Jedoch wird die Konstruktion, wie sie veranschaulicht
ist, erheblich bevorzugt, weil es verhältnismäßig kostspielig sein wurde,
einen derartigen, federnd nachgiebig verformbaren Vorsprung an dem
Gehäuse und möglicherweise auch an der Abdeckung vorzusehen.
-
Bei einer noch weiteren Konstruktion können die entsprechenden
Endkappen des Filterelements und die Basis des Gehäuses ringförmige Nuten
tragen, welche gegenüberliegende Enden einer austauschbaren, geformten,
ringförmigen, federnd nachgiebigen, flexiblen Dichtung aufnehmen.