EP2257360A1 - Luftfilter mit sicherheitselement - Google Patents

Luftfilter mit sicherheitselement

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EP2257360A1
EP2257360A1 EP09716100A EP09716100A EP2257360A1 EP 2257360 A1 EP2257360 A1 EP 2257360A1 EP 09716100 A EP09716100 A EP 09716100A EP 09716100 A EP09716100 A EP 09716100A EP 2257360 A1 EP2257360 A1 EP 2257360A1
Authority
EP
European Patent Office
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filter element
filter
safety
air
air filter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09716100A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz MÜNKEL
Markus Kolczyk
Stefan Becker
Michael Heim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Priority claimed from DE102008062953A external-priority patent/DE102008062953A1/de
Priority claimed from DE102008062956A external-priority patent/DE102008062956A1/de
Priority claimed from DE102008062955A external-priority patent/DE102008062955A1/de
Priority claimed from DE102008062954.5A external-priority patent/DE102008062954B4/de
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Publication of EP2257360A1 publication Critical patent/EP2257360A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D46/2411—Filter cartridges
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02—Air cleaners
    • F02M35/024—Air cleaners using filters, e.g. moistened
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D2275/20—Shape of filtering material
    • B01D2275/208—Oval shape

Definitions

  • the present invention relates to an air filter with security element and in particular to an air filter with security element with an increased efficiency.
  • the combustion air required for internal combustion engines is usually cleaned prior to feeding into the combustion chamber in order to increase the performance and the life of the internal combustion engine.
  • an air filter arrangement is often used for the purification of the combustion air. This is particularly important for internal combustion engines, which operate in an environment that are used in a special pollution load of the ambient air, as is the case for example in the field of construction or agriculture. Particularly in the field of construction or in agriculture occurs sometimes very high levels of dust, which makes it necessary to clean the combustion air. Due to the fact that a range of dust particle sizes is generally not previously known, an air filter assembly must be designed so that all particle sizes that can affect the operation of the internal combustion engine in any way, can be reliably filtered out to supply a sufficiently clean combustion air to allow the internal combustion engine.
  • an air filter which is integrated into the intake tract of an internal combustion engine in order to subject the combustion air to be supplied to the cylinders of the internal combustion engine to filtration.
  • the air filter is constructed substantially in three parts and comprises in a filter housing a filter element, which is designed as a replaceable filter cartridge, which is flowed through axially by the combustion air and radially over a closable lid can be inserted into the filter housing.
  • the filter cartridge is preceded by a cyclone pre-separator, which serves for the separation of coarse dirt particles.
  • Downstream of the filter cartridge is a secondary or fine filter element, which is also radially inserted with the lid open in the filter housing.
  • Such a secondary or fine filter element serves, inter alia, as a security element to prevent the entry of dust particles or dirt particles in the intake of the internal combustion engine, even if the actual main filter element or the filter cartridge is not used or is just changed.
  • the Zyklonvorabscheider, the filter cartridge and the Feinfilter- or security element are axially behind each other and are flowed through without deflection of the combustion air to be cleaned in the axial direction.
  • the cyclone pre-separator, the main filter element and the security element are separate filter or Staubabscheidevoriquesen that can be replaced separately and have a different length of life.
  • the pre-separator is not changed over the entire service life of the air filter or the internal combustion engine, while the main filter element is replaced at regular intervals.
  • the security element or the safety filter downstream of the main filter can, for example, be changed in a regular cycle, for example every fifth change of the main filter element.
  • a bellows consist of a star-shaped folded filter element whose filter folds extend in the radial direction, wherein the end edges of the filter folds extend substantially in an axial direction.
  • a filter bellows is known for example from WO 2008/067030, in which the filter element consists of a folded filter bellows, wherein the end edges of the filter folds extend in an axial direction, which corresponds to a flow direction, while the filter folds in a direction transverse thereto extend.
  • This bellows consists of a multi-bellows, which provides an increased filter area on a limited axial section or a section in the direction of flow, in order to increase the filter capacity in this way.
  • Faltenbalgfilterieri have a Abströmgeometrie, in contrast to, for example Flöten- or compact elements has substantially no homogeneous outflow, but discretely pronounced outflow channels through which the filtered fluid flows from the main filter element.
  • the present invention seeks to provide an air filter with security element, which has an improved efficiency and allows an optimized flow.
  • an air filter assembly is provided with a filter element having a first filter bellows and a safety filter element, wherein the filter element has a Abströmgeometrie, wherein the safety element downstream of the filter element in the axial direction of expansion downstream, and wherein the safety filter element with the Outflow geometry of the filter element has corresponding Anströmgeometrie.
  • the flow resistance of the downstream side of the filter element and the inflow side of the safety filter element can be kept low.
  • the openings of the outflow channels of the filter element and the areas relevant for the flow of the safety filter element areas may be opposite, so that an unnecessary flow reversal between the outflow of the filter element and the flow of the safety filter element can be substantially avoided.
  • a larger gap between the filter element and the safety filter element can be avoided, which would be necessary for a non-corresponding inflow and Abströmgeometrie to make a corresponding redistribution of the outflow of the filter element to the flow of the safety filter element.
  • the discharge geometry is Means of the filter element and the Anströmgeometrie the safety filter element cross flows substantially avoidable, which on the one hand increases the efficiency of the interaction between the filter element and safety filter element, on the other hand, but also reduces the overall length of the air filter assembly, since no gaps must be provided, which is necessary for a possible cross flow would.
  • the safety filter element comprises a filter bellows with a transverse to the axial extension direction long extension and a transverse to the extension direction and orthogonal to a direction of long extension extending short extent, the filter bellows a plurality of towards the long Has expansion extending filter folds.
  • the filter element on a side facing the downstream side at an outer edge on a shape-preserving shell.
  • Such a shape-preserving shell can serve as a shock protection on the one hand, but on the other hand also for receiving a sealing configuration in order to seal the filter element with respect to an air filter housing.
  • such a shape-retaining shell also have Fluidleitvoriquesen with which the outflowing fluid is redirected accordingly to achieve optimum flow of a safety filter element.
  • the shape-retaining shell can serve as a receiving or as a contact surface to attach a sealant to the Filterfaltenbalg so that a raw gas side and a clean gas side of the filter element can be misleaf separated from each other.
  • the filter bellows may be stapled or glued in or on the shape-retaining shell by a sealant, for example by a polyurethane foam.
  • the shape-retaining shell extends only partially in a radial expansion direction inwardly over the pleat depth of the filter bellows.
  • the end faces remain at least partially uncovered, so that the open gaps between the filter folds in the direction of the end face remain open as a discharge opening and thus reduces the flow resistance in a discharge channel or a discharge geometry of the filter element.
  • the pleats of the Filterfaltenbalges are glued together only on one side and connected, for example, with the shape-preserving shell to achieve a false air-tight seal the Rohgasseite and the clean gas side, while the other side of the filter folds remains unglued to provide a discharge opening.
  • the safety filter element on a side facing the upstream side on a shape-retaining shell, which only partially in a radial expansion direction, i. extends in a plane of the short and the long extension axis inwardly over an upstream end face of the safety filter element.
  • Such a shape-retaining shell can also serve in the safety filter element to an edge or impact protection. Furthermore, this shape-retaining shell can also serve as a receptacle for a sealing geometry for sealing the safety filter element with respect to an air filter housing or with respect to a filter element. By means of a shell which only extends inward in the radial direction of expansion inward over an inflow-side end face, a corresponding inflow surface of the safety filter element can be maintained. the. Also in the case of the safety filter element, the shape-retaining shell can serve as a receptacle for a sealing compound, by means of which a filter bellows of the safety filter element can be attached to the shape-retaining shell in a false air-tight manner. It should be noted that a seal of the safety filter element can either be made with respect to the air filter housing or against an upstream filter element or against both an upstream filter element and an air filter housing.
  • According to one embodiment of the invention correspond to a radially extending direction inside opening of the shape-preserving shell of the filter element and a radially extending inside opening of the shape-preserving shell of the safety filter element with respect to a fluid flow with each other.
  • the inner openings of the shape-preserving shell of the safety filter element and the inner opening of the shape-preserving shell of the filter element have a substantially congruent opening geometry.
  • correspondingly is also to be understood as meaning a geometry which is not necessarily congruent, but which, in terms of flow, is substantially matched to one another.
  • This may be the case in particular if the outflow does not occur purely axially, but has an outflow direction inclined with respect to the axial extension direction, which represents, for example, a widening or narrowing of the flow cross section, so that a correspondingly corresponding opening corresponds correspondingly to this changed geometry of a flow cross section is tuned.
  • Any stabilizing webs should not be considered as touching the correspondence of the shape-preserving shells, if the corresponding flow geometries are coordinated with each other.
  • the filter element has a sealing arrangement with a contact surface and the safety filter element on a sealing arrangement with the contact surface of the seal assembly of the filter element cooperating contact surface.
  • a sealing of the filter element relative to the safety filter element does not necessarily take place via an air filter housing, but can also take place directly between the filter element and the safety filter element.
  • Such a sealing arrangement may for example be an elastic surface, as well as an elastically deformable seal or a plastically deformable seal.
  • a plastically deformable seal is particularly suitable in the case of components which are exchanged each time the air filter arrangement is inspected, for example on the main filter element, which may be subject to the most frequent replacement.
  • the seal assembly is provided on the shape-retaining shell.
  • the shape-preserving shell can serve as a receptacle for the seal geometry, thus keeping the seal geometry substantially constant. Furthermore, by the shape-preserving shell a uniform distribution of forces can take place, which can be of concern for a reliable seal.
  • the seal geometry can be provided on the shape-retaining shell of both the filter element and the safety filter element. Seals may be provided having a first seal configuration on the filter element and a second seal configuration having a safety filter element, wherein the first seal configuration and the second seal configuration mate with one another to ensure that only mating filter elements and safety filter elements are used in combination.
  • an anti-twist device can also be implemented with such a seal configuration if the corresponding seal configurations along the circumference are configured asymmetrically.
  • a corresponding elastic Dichtungskonfigu- Ration also be provided either on the filter element or on the safety filter element, so that a corresponding elastic or plastic sealing configuration can be provided only on one of the two corresponding elements or must.
  • the sealing arrangement of the safety filter element has a second contact surface which is designed to cooperate with a contact surface of a sealing arrangement of an air filter housing.
  • the contact surface of the seal assembly of the filter element, the first contact surface of the seal assembly of the safety filter element and the second contact surface of the seal assembly of the safety filter element are aligned such that at a corresponding application of force to the filter element both the contact surface of the seal assembly of the filter element the first contact surface of the sealing arrangement of the safety filter element as well as the second contact surface of the sealing arrangement of the safety filter element interact with a contact surface of an air filter housing in a false air tight manner.
  • a seal can be both a seal in the axial direction and a seal in a radial direction, in particular dere when the sealing surfaces are made correspondingly conical so that they experience a radial seal even with an axial force.
  • the safety filter element has a first filter bellows with a fanned out substantially in a plane folding arrangement.
  • the filter folds no longer extend in a direction transverse to the axial direction extending direction, but in a radial direction, while extending the fold depth in an axial direction of extension.
  • Such an arrangement can be achieved, in particular, by fanning out a transversely folded material into a circular or oval folding arrangement which is sealed at corresponding edges in such a way that a raw gas side and a clean gas side are separated from one another in a false air-tight manner.
  • the fold assembly is fanned circular so that in a radial expansion direction, the fold edges are radially outward.
  • Such an arrangement is relevant, for example, for the use of filter elements, the circular main filter elements are connected downstream, or for safety filter elements in which, for example, two or more such circular Faltenbalgan angelen be used when these are connected approximately to an oval main filter element.
  • the folding arrangement is fanned oval.
  • Such an oval fanned folding arrangement can be used for example in a safety filter element, which is connected downstream of a main filter element, which has a corresponding oval cross-sectional geometry or at least Abströmgeometrie.
  • the safety filter element has a second filter bellows with a substantially fanned in a plane and radially outwardly extending fold assembly, wherein the first filter bellows and the second Filterfaltenbalg are fanned substantially side by side in the same plane.
  • a safety filter element which is connected downstream of a main filter element having an oval configuration or which, for example, also has two discrete discharge passages which are aligned with the corresponding outflow passages of the second filter bellows and the first filter bellows.
  • the safety filter element has a filter bellows with substantially in an axial direction of extension of the safety filter element extending filter pleats, which engages in a formed by a Filterfaltenbalgan extract with extending substantially in an axial direction of extension of the filter element filter folds outflow channel of the filter element.
  • the inflow surface of the safety filter element can be increased by analogous to the main filter element has a Faltenbalgan eleven whose folds extending in a substantially axial direction.
  • a space-saving arrangement can be achieved.
  • the bellows arrangement of the safety filter element engage in a discharge channel of the main filter element such that the overall length of the main filter element and safety filter element is less than the sum of the two individual heights of the filter element and the safety filter element. Therefore, with such an arrangement, an efficient safety filter can be provided without, however, requiring an increased length of the air filter housing.
  • the safety filter element has a filter medium with a bulge extending in an outflow direction.
  • Such a bulge increases the entire inflow surface of the safety filter element.
  • Such a bulge may extend, for example, into a discharge channel of the air filter housing.
  • such a filter medium may have a bulge, which follows the further pipe shape of a Abströmgeometrie, even if this is laid, for example in curves.
  • the safety filter element as a filter medium to a flexible non-woven stocking.
  • Such a nonwoven stocking can for example be designed so that it adapts flexibly to the geometry of the outflow opening of the air filter housing and possibly extends further into this geometry.
  • the nonwoven can be designed so that it has a certain prefilter function and a fine filter function, especially if such a nonwoven is constructed in multiple layers.
  • Such a flexible nonwoven stocking arrangement allows a space-optimized geometry of a security element, in particular if this nonwoven stocking can follow the geometry of the outflow opening of the air filter housing.
  • the safety filter element as a filter medium on an open-cell foam body.
  • an open-cell foam body can also serve as a filter medium and also follow the geometry of the outflow opening of the air filter housing.
  • Such a foam body may also have a multilayer structure in order to fulfill a certain prefilter and fine filter function.
  • Such a structure does not have to have discrete layers, but may have a continuously varying structure in the flow direction in order to fulfill such a prefilter and fine filter function.
  • both the open-cell foam body can be combined with the flexible non-woven stocking and combine the open-cell foam body and the nonwoven stocking in each case or in combination with an upstream bellows of the safety filter element, if this should be necessary.
  • an air filter is provided with an inventive air filter assembly, as described above, wherein a raw gas side of the air filter assembly is impermeable to a clean gas side of the air filter assembly with respect to the air filter housing sealed.
  • the safety filter element has a discharge geometry corresponding to a discharge channel of the air filter housing. It is understood that a combination of the features described above is possible, which can be partially set a synergetic interaction that goes beyond the sum of the individual effects of the above features.
  • Figure 1 shows a schematic view of an air filter housing with a filter element to be inserted therein and an air housing according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a sectional view of an air filter housing with a filter element inserted therein and a safety filter element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a bellows for a safety filter element according to an embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows a sectional view of a filter element according to an embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a schematic view of a security element with a bellows and a shape-retaining shell according to an embodiment of the invention.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of a filter element and a security element and an air filter housing with a corresponding seal configuration according to an embodiment of the invention.
  • Figure 7 shows a convolution of a bellows for a security element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a further folding of a bellows for a security element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows a filter element according to an embodiment of the invention and a corresponding thereto safety filter element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a safety filter element in cooperation with a filter element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 11 shows a sectional view of an air filter housing with a filter element inserted therein and a safety filter element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an air filter housing 100 with a filter element 1 to be used therein and an air filter housing cover 199.
  • the filter element has a recessed grip 94 with which the filter element 1 can be inserted into the air filter housing 100.
  • a security element or a safety filter element 200 is further incorporated, which is not visible in detail in Figure 1, however.
  • the arrows shown in Figure 1 symbolize the flow direction of the fluid through the air filter housing and thus through the filter element 1 and the safety filter element 200th
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an air filter housing 100 with a pre-separator 120 installed therein.
  • a filter element 1 is used, which is flown by the pre-separator 120 ago.
  • a security element 200 Downstream of the filter element 100 is a security element 200, which is to prevent, for example, that dust or dirt particles penetrate into the lying in the outflow combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a safety filter element is usually sufficient to clean the then absorbed air from dust and dirt particles.
  • this safety filter element 200 is not removed after the filter element 1 has been inserted, so that a flow resistance-free throughflow not only of the main filter element 1 but also of the safety filter element 200 should take place.
  • the outflow geometry of the filter element 1 and the inflow geometry of the safety filter element 200 are geometrically matched to one another, so that a flow-resistant flow through both the filter element 1 and the safety filter element 200 can take place.
  • the filter element 1 has, for example, a filter bellows 10 which extends in the axial direction A.
  • the filter element may also have other bellows, which may be employed, for example, also obliquely, resulting in part conical Anströmang. Form outflow channels.
  • the safety filter element 200 also has a bellows 210, the folds 215 of which run in the embodiment shown in FIG. 2, however, not in the axial direction A, but substantially orthogonal thereto. This will be explained in more detail below with reference to Figures 3 and 5.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a bellows 210 for a safety filter element 200.
  • the safety filter element 200 is flowed through in the axial direction A.
  • the pleats 215 of the bellows 210 run in a direction transverse to the axial flow direction A.
  • the pleats 215 of the bellows 210 are substantially orthogonal to the axial flow direction A, wherein the axial flow direction A substantially perpendicular to the plane of expansion of the folds - Balgan extract 210 of the safety filter element 200 is.
  • the edges 215c of the folds 215 show alternately in the direction of the inflow direction (here for example at the top) and the outflow direction (for example at the bottom). Since, as has been described with reference to FIG. 2, the filter element 1 has an oval configuration, which in the embodiment shown here also results in an outflow channel with an oval cross-section, in this embodiment tion form a position of the filter folds in the direction of the longer expansion axis as fluidically favorable with respect to the flow resistance.
  • FIG. 4 shows a sectional view of an exemplary embodiment of a filter element 1 with a first bellows 10 and a second bellows 20. Between the first bellows 10 and the second bellows 20 results in an opening of a discharge channel, which also designed oval due to the oval configuration of the filter element 1 is.
  • Both the centrally flowing fluid and the inflowing from the outside fluid through the first Faltenbalgelement 10 flow in the conical lying between the first Faltenbalgelement 10 and the second Faltenbalgelement 20 outflow, which is wider here upwards and the outlet also facing upward.
  • the folds of the bellows 10 and 20 are not shown separately and therefore also the adhesion of the wrinkles to the impermeassive separation of a raw gas side to a clean gas side is not shown.
  • a second sealing member 52 To the raw gas upstream side of the first bellows 10 and the second bellows 20 are connected by a second sealing member 52 and sealed impermeable.
  • the second sealing element extends in the embodiment shown here over the entire depth of wrinkles of the first bellows 10 and the second bellows 20 and can For example, serve as impact protection.
  • the sealing element 52 extends only over the abutting edges of the first bellows 10 and the second bellows 20, so that there is an analogous seal, as has already been described with reference to the first sealing member 51.
  • the corresponding interspace gaps must be glued so that a false air-tight separation between the raw gas side and clean gas side takes place.
  • the interstices must be glued to the end faces, which are open to a raw gas side inflow, while the faces away from the raw gas side on the front side of the folds can remain open, since they are not in connection with the raw gas side. In this way, the front sides of the folds remain open in Abström direction, so that there is a larger effective outflow area.
  • a shape-preserving shell 60 is also placed, on which, for example, a seal configuration can be arranged, which will not be described here in further detail.
  • the shape-preserving shell 60 can also serve as a shock protection and beyond have Strömungsleitbleche or Strömungsleitvorraumen not shown here.
  • the shape-preserving shell 60 extends only partially radially inwardly and leaves a portion of the end edges of the pleats of the first bellows 10 free, wherein the pleat interspaces facing the raw gas side, that is, here outwardly, again at the Front side are glued to produce a false air-tight separation between the raw gas side and clean gas side.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a security element 200 with a bellows 210.
  • the bellows consists of a multiplicity of filter folds 215, which have alternately downwardly and upwardly pointing filter fold edges 215c.
  • the safety filter element 200 is likewise configured with a shape-retaining shell 260, which extends radially only partially over the filter fold edges 215c of the filter element. fold 215 extends.
  • a sectional view is shown in the partial section II.
  • the shape-preserving shell 260 extends only over the inflow-side outer edge of the safety filter element 200.
  • the inner openings of the shape-retaining shells 260 of the safety filter element 200 and the shape-preserving shell 60 of the filter element 1 in this case correspond, so that an optimized inflow and outflow geometry can be provided.
  • a correspondence does not necessarily have to represent a shape identity, but can also be achieved by matching the corresponding flow cross sections, in particular if the outflow from the filter element has an expanding outflow cone or a focusing outflow cone.
  • Any necessary structural elements such as the seal assembly 51 and possibly existing, but not shown in Figure 5 stabilization struts should not be considered as affecting the corresponding outflow and Anströmgeometrien at this point.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which a filter element 1 and a safety filter element 200 are shown in interaction with a filter housing 100.
  • the shape-retaining shell 60 is shown with a simplified schematic representation which is intended to represent only the principle of operation of a sealing arrangement.
  • the shape-preserving shell 60 of the filter element 1 has a sealing arrangement 70, which has a contact surface 72.
  • the shape-preserving shell 260 of the safety filter element 200 likewise has a sealing arrangement 70 which likewise has a first contact surface 272.
  • the first contact surface 272 of the safety filter element 200 is designed so that it interacts with the contact surface 72 of the filter element of the filter element 1.
  • plastic or elastic sealing elements can also be provided which, however, are not shown in the embodiment shown in FIG.
  • a plastic or elastic sealing element either on the contact surface 72 of the filter element or on the contact surface 270 of the safety filter element 200 may be disposed, but also on both contact surfaces 72 and 272.
  • sealing profiles are provided on the contact surfaces 272 and 72, respectively positively interlock, so that a certain coding between the filter element 1 and safety filter element 200 is possible, so that a faulty combination of the filter element 1 and the safety filter element 200 can be excluded. This is particularly important if the outflow geometry of the filter element 1 does not correspond to the flow geometry of an unsuitable safety filter element 200.
  • the shape-preserving shell 260 of the safety filter element 200 also has a further collar with a second abutment surface 273.
  • a contact surface for example, be designed to cooperate with a corresponding contact surface 173 of an air filter housing 100.
  • the sealing of the raw gas to the clean gas area is not between the main filter element 1 and the air filter housing, but between the safety filter element 200 and the air filter housing 100, while the filter element 1 is sealed impermeable to the installation of the plant surfaces 72 and 272 against the safety filter element 200.
  • a further seal configuration may be present in order to seal the filter element 1 against a wall of an air filter housing 100, not shown here.
  • 60 spacers or centering can be provided on the shape-preserving shell, which ensure proper positioning of the filter element 100 in an air filter housing 100.
  • the safety filter element 200 can thus be clamped between the filter element 1 and the air filter housing 100 and, on the one hand, with a corresponding sealing configuration between the filter element 100 and the safety filter element 200 and the safety filter element 200 and the air filter housing 100, on the other hand, a false air tight separation between the raw gas side and the clean gas side takes place.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a pleated filter 210 of a safety filter element 200.
  • the pleats 215 extend in the embodiment shown in Figure 7 like a fan, so that the fold edges 215c radially outward.
  • the filter folds and the fold edges 215c can be connected by means of a sealing element 251, so that both a mechanical stabilization and a false-air-tight separation between the raw gas side and the clean gas side can take place. This includes, in particular, the sealing of the interstices of wrinkles facing the sealing element 251.
  • Figure 8 shows a further embodiment of the invention, in which the filter pleats 215 are also arranged fan-shaped, but here in the form of an oval.
  • the fold edges 215c also point radially outward.
  • the fold edges 215c may lie parallel to one another in the middle region, but may also run inclined relative to one another.
  • a sealing element 251 is provided for sealing and stabilizing.
  • the embodiments shown in Figure 7 and in Figure 8 beyond may also have an outer seal, for example in the form of an adhesive in a shape-preserving shell, which are not shown for reasons of clarity in Figures 7 and 8.
  • FIG. 7 can be used, for example, in safety filter elements which are to be connected downstream of a circular filter element or, for example, are arranged next to one another so as to be connected downstream of a filter element in an oval arrangement. Such an arrangement will be described with reference to FIG.
  • FIG. 8 The arrangement shown in Figure 8 can be used for example for a security element, which is connected downstream of an oval filter element.
  • Figure 9 shows an exemplary embodiment of a filter element 1 with a first outer bellows 10 and a second inner bellows 20 and a third, the bellows parallel to the second bellows 30.
  • the filter element 1 can be flown through the outer surface of the bellows 10 on the one hand, but also on the inner, not shown here Anströmungskanäle the second bellows 20 and the third bellows 30.
  • the second bellows 20 and the third bellows 30 can in turn be sealed with corresponding sealing elements 51 relative to the clean gas side, so that no Fehlluftströmungen from the raw gas side can occur to the clean gas side.
  • the end face of the first bellows 10 is in turn covered with a shape-preserving shell 60 in the embodiment shown in FIG.
  • grip tabs 94 may be provided on this shape-retaining shell, which may also serve, for example, to prevent twisted misincorporation.
  • a second sealing element 52 may be provided, which represents a false air-tight connection between the first bellows 10 on the one hand and the second bellows 20 and the third bellows 30 on the other.
  • centering cams 52a may be provided on this second sealing element 52, which may serve for a centered positioning of the filter element 1 in an air filter housing 100.
  • the opening in the second sealing element 52 may be, for example, two round openings corresponding to the second bellows 20 and the third bellows 30.
  • the filter element shown in Figure 9 can be traversed both from top to bottom and from bottom to top.
  • a safety filter element 200 may be configured such that two bellows 210, 230 may be arranged side by side, as they correspond to the bellows 210 described with reference to FIG.
  • a shape-preserving shell 260 can represent a support framework, into which the bellows 210 and 230 fail. tightly glued or sealed.
  • the two bellows 210 and 230 can be separated from each other by an intermediate sealing region 253.
  • Figure 10 shows another exemplary embodiment of the invention, in which the safety filter element 200 is not provided with a bellows with transverse to the axial flow direction A filter edge, but with bellows 210 and 220, the filter folds in a substantially axial direction A extend.
  • an axial extent is also to be understood as an arrangement inclined to the axial direction.
  • the arrangement of a safety filter element 200 shown in FIG. 10 can be configured in such a way that the bellows 210, 220 extending in the axial direction extend into corresponding outflow channels, which are formed by the interspace of the bellows 10 and 20 of the filter element 1.
  • the safety filter element 200 can save space in a discharge channel of a filter element 1, so that the total length of the filter element 1 and the safety filter element 200 together is less than the sum of the individual lengths of the filter element and the safety filter element.
  • a larger filter surface for the safety filter element can be provided so that the flow resistance through the safety filter element is reduced at this point.
  • the shape-retaining shells 60 of the filter element or 260 of the safety filter element 200 are shown here only schematically. Of course, appropriate sealing configurations can also be provided here again, which can serve for a false-air-tight separation of the raw gas space area and the clean gas space area.
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which an air filter housing 100, a filter element 1 is installed, which has a first bellows 10 and a second bellows 20 in the embodiment shown here.
  • the safety filter element 200 may have a bulged filter medium region 210, which can adapt to a geometry of an outflow tube of the air filter housing 100. This can be be done by a filter fleece or for example an open-cell foam. Such an arrangement is particularly important if the Abströmgeometrie or the outflow openings leave enough space to accommodate such a scoop-shaped bulge region. In this way, the inflow surface of the safety filter element 200 can be increased without significantly increasing the overall depth of the safety filter element with respect to its reception and sealing.
  • the actual outflow region of the air filter housing 100 can be included, regardless of a further curvature of a downstream pipe, so that suchablyfilterelementan- order represents a flexible application to different Abströmrohrgeometrien.
  • a foam or nonwoven stocking may be important, for example, if it is merely intended to prevent dust or dirt particles from entering the intake area of an internal combustion engine during brief change periods of the main filter element 1.
  • a nonwoven filter may be used as a prefilter instead of a safety filter element.
  • a pre-felt or a corresponding porous foam sheath which is placed around the outer bellows, can fulfill several functions.
  • the first function is an increase in dust capacity.
  • the additional volume of nonwoven material that can be used for dust storage increases the dust capacity.
  • the pre-fleece is used as a typical depth filter and can be optimized for pre-separation of very coarse or very fine dusts.
  • the ratio of pre-filter area to the total media area of the outer bladder is significantly higher compared to a compact air filter, which results in a lower filtration rate in the pre-filter compared to the compact air filter, which is better for deposition.
  • the filter surface load of the prefilter material should correspond, for example, at most 35 times the filter surface load and, for example, at least 4 times the filter surface load of the outer bellows.
  • the filter surface load is understood to mean the quotient of the flowed-on filter surface to the volume flow which flows against the corresponding filter surface.
  • very NEN dusts eg Rußaerosole as they occur in the exhaust gas of internal combustion engines
  • the highest possible residence time of the volume flow to be filtered as well as the largest possible surface in the pre-filter must be provided. This can be achieved, for example, by using particularly fine fibers with fiber diameters of less than 5 ⁇ m in the medium or, in the case of a foam, by means of particularly fine pores.
  • the use of such a Feinst- Vorabscheidermaterials offers decisive advantages, as it comes through the pre-filter to a much later blocking of the main filter medium, which in turn results in an increased life of the overall filter.
  • the prefilter material can also be optimized for the separation of coarse dust. For this purpose, a lower packing density and a larger pore volume of the prefilter is required, so that the grit can be stored better in the depth of the medium. Otherwise, there is too fast blocking of the pre-filter material, which has a negative effect on the service life.
  • the second function of a Vorvlieses on the outer bellows is that of a scuff protection (depending on the interaction with the housing), which prevents it at the pleat tips to chafing of the wrinkles and thus to a leak, if there are corresponding areas which the distance from the element to the housing is structurally very low.
  • the third function is that of a handle protection that protects the element or the outer bellows from damage during assembly or disassembly.
  • a multiplicity of filter media, both for the main filter element 1 and for the safety filter element 200, can be processed such that a double bellows system can be constructed from you.
  • impregnated cellulosic materials may be used to equip the filter medium.
  • Filter paper per se often does not provide sufficient stability, so that impregnation with synthetic resins can be carried out in order to achieve the necessary resistance to environmental influences (temperature, humidity, hydrocarbons,...) As well as sufficient rigidity, in particular against moisture.
  • flame-retardant chemicals By adding flame-retardant chemicals, the impregnation can be equipped so that the filter medium becomes flame retardant. This is a function that may be beneficial for a double bellows depending on the field of application - especially when glowing materials (e.g., cigarettes) that are in the area of the air cleaner intake are to be expected.
  • an additional pre-separator or a correspondingly designed air intake tract can be made more cost-effective.
  • Cellulose media can also be equipped with nanofibers.
  • nanofibers By using an extremely thin nanofiber network on the inflow side of the medium, a normal cellulose medium can be regarded as a pure surface filter, since no more dust can penetrate into the pores of the cellulose support.
  • nanofibers is meant fibers having diameters between 10 nm and 500 nm. Usually, the layer thickness of such nanofiber coatings is only a few fiber diameters.
  • the above-mentioned flame retardancy can be done purely by the cellulose carrier in such a medium, since the amount of the nanofiber layer on the fire behavior has no significant influence.
  • the degree of separation of a nanofiber-coated material is significantly higher than in conventional cellulose media.
  • the nanofiber layer results in the following possibilities, which are advantageous in particular for a double-bellows element.
  • the cellulose carrier can be made very thin, since the inner pore volume is not needed for a Staublaglagerung.
  • filter bladders with narrower pleat pitch can be used, resulting in a larger total filter area and thus an increase in performance is achieved.
  • only one of the two bellows can be designed with nanofibres and the flow distribution can be chosen such that the nanofiber-coated bellows receives a pre-separator which retains coarse particles. With this combination, an increase in service life is to be expected.
  • the bellows flowed at a higher speed are provided with a nanofiber layer to achieve the required degree of separation.
  • the background to this is that the degree of separation decreases with increasing speed (in the case of small particles due to the insufficient residence time in the medium for deposition via diffusion mechanisms, in the case of large particles due to the high kinetic energy which leads to a rebound).
  • impregnated cellulose media with glass or synthetic fiber components.
  • impregnated cellulose media can be provided with a membrane pad.
  • a nanofiber layer can also be a membrane (eg, stretched PTFE) are mounted on the upstream side.
  • the functions and advantages are comparable to those of a nanofiber coating (see above).
  • impregnated cellulose media can be provided with a Feinstmaschineetzlage.
  • Fine fibers are usually understood to mean polymer fibers with diameters between 200 nm and 5 ⁇ m, which can be produced, for example, by means of a meltblown process.
  • the layer thickness is significantly higher - with layer thicknesses that correspond to 200 times the mean fiber diameter are possible.
  • a lower limit can be set, which corresponds to 20 times the average fiber diameter and an upper limit which corresponds to 300 times the average fiber diameter.
  • the basis weight of the layer moves between 5 g / m 2 and 70 g / m 2 .
  • the fine-fiber layer is a depth-filter layer that delimits a corresponding internal dust-storage capacity and thus separates itself from the pure surface filter (medium together with nanofiber).
  • the ultrafine fiber support may be bonded to the support medium in a variety of ways. A distinction is made between laminated layers in which the support and layer are bonded together by means of an adhesive substance, thermally calendered composite in which support and layer are bonded together by pressure and temperature and welded layers in which the layer is welded to the support medium, e.g. by ultrasound.
  • the cellulose carrier can serve primarily as a stable layer, and the dust accumulation takes place for the most part in the superfine fiber layer. If this blocks, then it comes as in the nanofiber coating to a pure surface filtration or the so-called cake filtration. Similar to the nanofiber media, again, a very thin carrier can be used, which provides comparable advantages in terms of the pleat spacing and the realizable filter surface. Further, impregnated cellulosic media may be provided with a mixed fiber pad.
  • the Feinstmaschineauflage can also be constructed so that it contains coarse fibers as supporting tissue and a second fraction of significantly finer fibers, which are primarily responsible for the filtration performance. These finer fibers can be between 50 nm and 1 ⁇ m. The benefits and advantages are comparable to those of cellulose media with fine fiber overlay.
  • Filter media can also be provided with or consist of synthetic fibers. Similar to the production of filter media with paper fibers, media made from pure synthetic fibers can also be constructed. Due to the thinner fiber diameter that can be achieved with synthetic fibers in comparison to cellulose, higher degrees of separation are possible.
  • media with a gradient structure This refers to media of several layers of different density, with a very open-pored structure on the upstream side and a very narrow pore structure on the downstream side.
  • the gradient structure increases the dust storage capacity of such a medium, which works as a so-called depth filter.
  • the advantage of these media lies in the significantly higher flow velocity compared to cellulose media.
  • Synthetic fiber filter media may also be provided with integrated nanofibers.
  • Another type of media that is suitable for the design of a double bellows is an artificial fiber medium (fleece) with integrated nanofibers.
  • the advantage over a conventional nonwoven material is the higher degree of separation achieved by the nanofibers.
  • the pore volume of the medium can be increased by reducing the proportion of coarser fibers without reducing the degree of separation compared to a medium without nanofibers.
  • the larger storage volume allows the medium to absorb more dust before clogging occurs.
  • the advantage for a double bellows element would again be the fact that the media thickness can be reduced, and thus a higher total filter area can be realized by a narrower folding pitch.

Abstract

Luftfilteranordnung mit einem Filterelement (1) mit einem ersten Filterfaltenbalg (10) und einem nachgeschalteten Sicherheitsfilterelement (200), wobei das Filterelement eine mit der Anströmgeometrie des Sicherheitsfilterelmentes korrespondierende Abströmgeometrie aufweist aufweist.

Description

Beschreibung
Luftfilter mit Sicherheitselement
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftfilter mit Sicherheitselement und insbesondere auf einen Luftfilter mit Sicherheitselement mit einem erhöhten Wirkungsgrad.
Stand der Technik
[0002] Die für Brennkraftmaschinen benötigte Verbrennungsluft wird in der Regel vor dem Zuführen in den Verbrennungsraum gereinigt, um die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Dabei wird für die Reinigung der Verbrennungsluft oft eine Luftfilteranordnung verwendet. Dies ist insbesondere für Brennkraftmaschinen von Bedeutung, die in einer Umgebung arbeiten, die in einer besonderen Verschmutzungsbelastung der Umgebungsluft eingesetzt werden, so wie es beispielsweise im Bereich des Baugewerbes bzw. der Landwirtschaft der Fall ist. Insbesondere im Bereich des Baugewerbes bzw. in der Landwirtschaft tritt eine mitunter sehr hohe Staubbelastung auf, die eine Reinigung der Verbrennungsluft notwendig macht. Aufgrund der Tatsache, dass ein Spektrum der Staubpartikelgrößen im Regelfall vorher nicht bekannt ist, muss eine Luftfilteranordnung so ausgestaltet sein, dass sämtliche Partikelgrößen, die den Betrieb der Brennkraftmaschine in irgendeiner Weise beeinflussen können, zuverlässig herausgefiltert werden können, um eine Zuführung hinreichend sauberer Verbrennungsluft zu der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
[0003] Insbesondere im Bereich von Brennkraftmaschinen, die auf bzw. in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, ist die Ausgestaltung eines effizienz- und platzoptimierten Luftfiltersystems unerläss- lich, um die Abmessungen gering zu halten, und auf der anderen Seite eine dennoch hohe Effizienz der Luftfilteranordnung zu ermöglichen.
[0004] Aus beispielsweise EP 1 364 695 A1 ist ein Luftfilter bekannt, der in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine integriert ist, um die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft einer Filtration zu unterziehen. Der Luftfilter ist im Wesentlichen dreiteilig aufgebaut und umfasst in einem Filtergehäuse ein Filterelement, welches als auswechselbare Filterpatrone ausgebildet ist, die axial von der Verbrennungsluft durchströmt wird und radial über einen verschließbaren Deckel in das Filtergehäuse einsetzbar ist. Der Filterpatrone ist ein Zyklon-Vorabscheider vorgeschaltet, der zur Abscheidung von groben Schmutzpartikeln dient. Stromab der Filterpatrone befindet sich ein Sekundär- bzw. Feinfilterelement, das ebenfalls radial bei geöffnetem Deckel in das Filtergehäuse einsetzbar ist. Ein derartiges Sekundär- bzw. Feinfilterelement dient unter anderem auch als Sicherheitselement, um den Eintritt von Staubpartikeln oder Schmutzpartikeln in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine zu verhindern, auch wenn das eigentliche Hauptfilterelement bzw. die Filterpatrone nicht eingesetzt ist bzw. gerade gewechselt wird. Der Zyklonvorabscheider, die Filterpatrone und das Feinfilter- bzw. Sicherheitselement liegen axial hintereinander und werden ohne Umlenkung der zu reinigenden Verbrennungsluft in Achsrichtung durchströmt.
[0005] Der Zyklon-Vorabscheider, das Hauptfilterelement und das Sicherheitselement sind separate Filter- bzw. Staubabscheidevorrichtungen, die separat ersetzt werden können und eine unterschiedlich lange Lebensdauer aufweisen. Beispielsweise wird der Vorabscheider über die gesamte Lebensdauer des Luftfilters bzw. der Brennkraftmaschine nicht gewechselt, während das Hauptfilterelement in regelmäßigen Abständen ausgetauscht wird. Das Sicherheitselement bzw. der dem Hauptfilter nachgeschaltete Sicherheitsfilter kann beispielsweise in einem regelmäßigen Turnus, etwa bei jedem fünften Wechsel des Hauptfilterelementes mitgewechselt werden.
[0006] Eine der Möglichkeiten zur Ausgestaltung eines Hauptfilterelementes ist die Ausgestaltung in Form eines Faltenbalgfilters. Dabei kann beispielsweise ein Faltenbalg aus einem sternförmig gefalteten Filterelement bestehen, dessen Filterfalten in radialer Richtung verlaufen, wobei sich die Stirnkanten der Filterfalten im Wesentlichen in einer axialen Richtung erstrecken. Ein derartiger Filterfaltenbalg ist beispielsweise bekannt aus WO 2008/067030, bei der das Filterelement aus einem gefalteten Filterbalg besteht, wobei die Stirnkanten der Filterfalten sich in eine axiale Richtung erstrecken, die mit einer Durchströmrichtung korrespondiert, während sich die Filterfalten in eine dazu quer verlaufende Richtung erstrecken. Dieser Faltenbalg besteht aus einem Mehrfachbalg, der auf einem begrenzten axialen Abschnitt bzw. einem Abschnitt in Strömungsrichtung eine erhöhte Filterfläche bereitstellt, um auf diese Weise die Filterkapazität zu erhöhen. [0007] Derartige Faltenbalgfilterelemente weisen eine Abströmgeometrie auf, die im Gegensatz zu beispielsweise Flöten- bzw. Kompaktelementen im Wesentlichen keine homogene Abströmung aufweist, sondern diskret ausgeprägte Abströmkanäle aufweist, über die das gefilterte Fluid von dem Hauptfilterelement abströmt.
[0008] Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Luftfilter mit Sicherheitselement bereitzustellen, der einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist bzw. eine optimierte Durchströmung erlaubt.
Offenbarung der Erfindung
[0009] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen
Ansprüche, wobei weitergebildete Ausführungen in den abhängigen Ansprüchen verkörpert sind.
[0010] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Luftfilteranordnung bereitgestellt mit einem Filterelement mit einem ersten Filterfaltenbalg und einem Sicherheitsfilterelement, wobei das Filterelement eine Abströmgeometrie aufweist, wobei das Sicherheitselement dem Filterelement in der axialen Ausdehnungsrichtung abströmseitig nachgeschaltet ist, und wobei das Sicherheitsfilterelement ein mit der Abströmgeometrie des Filterelementes korrespondierende Anströmgeometrie aufweist.
[0011] Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Strömungswiderstand von der Abströmseite des Filterelementes und der Anströmseite des Sicherheitsfilterelementes gering gehalten werden kann. Dabei können sich beispielsweise die Öffnungen der Abströmkanäle des Filterelementes und die für die Anströmung des Sicherheitsfilterelementes relevanten Bereiche gegenüberliegen, so dass eine unnötige Strömungsumkehr zwischen der Abströmung des Filterelementes und der Anströmung des Sicherheitsfilterelementes im Wesentlichen vermieden werden kann. Ferner kann auf diese Weise ein größerer Zwischenraum zwischen dem Filterelement und dem Sicherheitsfilterelement vermieden werden, der bei einer nicht korrespondierenden Anström- und Abströmgeometrie notwendig wäre, um eine entsprechende Umverteilung der Abströmung des Filterelementes zu der Anströmung des Sicherheitsfilterelementes vornehmen zu können. Insbesondere sind bei einer korrespondierenden Ausgestaltung der Abströmgeo- metrie des Filterelementes und der Anströmgeometrie des Sicherheitsfilterelementes Querströmungen im Wesentlichen vermeidbar, wodurch sich zum einen die Effizienz des Zusammenspiels zwischen Filterelement und Sicherheitsfilterelement erhöht, zum anderen jedoch auch die Gesamtbaulänge der Luftfilteranordnung verringert, da keine Zwischenräume bereitgestellt werden müssen, die für eine eventuelle Querströmung notwendig wären.
[0012] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement einen Filterfaltenbalg auf mit einer quer zur axialen Ausdehnungsrichtung verlaufenden langen Ausdehnung und einer quer zur Ausdehnungsrichtung und orthogonal zu einer Richtung der langen Ausdehnung verlaufenden kurzen Ausdehnung, wobei der Filterfaltenbalg eine Mehrzahl von in Richtung der langen Ausdehnung verlaufenden Filterfalten aufweist.
[0013] Auf diese Weise kann erreicht werden, dass auch den langen Achsen des Filterelementes entsprechende Vertiefungen eines Filterfaltenbalges des Sicherheitsfilterelementes gegenüberliegen und auf diese Weise die Strömungswiderstände vom Übergang des Abströmkanals des Filterelementes zu der Anströmfläche des Sicherheitsfilterelementes gering gehalten werden kann. Ferner kann auf diese Weise ein äußerer Rahmen des Sicherheitsfilterelementes, der den Filterfaltenbalg aufnimmt und diesen gegenüber einer entsprechenden Dichtfläche des Luftfiltergehäuses abdichtet, in den Bereichen der langen Ausdehnung schmal ausgestaltet werden, so dass sich eine erhöhte Anströmfläche ergibt. Durch die Orientierung der Filterfalten in Richtung der langen Ausdehnungsrichtung des Sicherheitsfilterelementes kann die Anzahl der Filterfalten verringert werden, jedoch die Länge der Filterfalten erhöht werden. Der daraus resultierende Herstellungsprozess kommt somit mit einer geringeren Anzahl von Falzvorgängen aus, so dass sich ein derartiges Sicherheitsfilterelement wesentlich effizienter herstellen lässt.
[0014] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Filterelement an einer der Abströmseite zugewandten Seite an einer Außenkante eine formwahrende Schale auf.
[0015] Eine derartige formwahrende Schale kann zum einen als ein Stoßschutz dienen, jedoch zum anderen auch zur Aufnahme einer Dichtungskonfiguration, um das Filterelement gegenüber einem Luftfiltergehäuse abzudichten. Darüber hinaus kann eine derartige formwahrende Schale auch Fluidleitvorrichtungen aufweisen, mit denen das abströmende Fluid entsprechend umgeleitet wird, um eine optimale Anströmung eines Sicherheitsfilterelementes zu erreichen. Darüber hinaus kann die formwahrende Schale als eine Aufnahme- bzw. als eine Kontaktfläche dienen, um eine Dichtungsmasse derart an den Filterfaltenbalg anzubringen, dass eine Rohgasseite und eine Reingasseite des Filterelementes fehlluftdicht voneinander getrennt werden können. Insbesondere kann der Filterfaltenbalg in bzw. an der formwahrenden Schale durch eine Dichtungsmasse festgeheftet oder -geklebt sein, beispielsweise durch einen Polyurethanschaum.
[0016] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die formwahrende Schale nur teilweise in einer radialen Ausdehnungsrichtung nach innen über die Faltentiefe des Filterfaltenbalges.
[0017] Auf diese Weise bleiben die Stirnflächen zumindest teilweise unbedeckt, so dass die offenen Spalten zwischen den Filterfalten in Richtung der Stirnfläche als eine Abströmöffnung offenbleiben und sich damit der Strömungswiderstand in einem Abströmkanal bzw. einer Abströmgeometrie des Filterelementes verringert. Die Falten des Filterfaltenbalges sind dabei nur auf einer Seite miteinander verklebt und beispielsweise mit der formwahrenden Schale verbunden, um eine fehlluftdichte Abdichtung der Rohgasseite und der Reingasseite zu erreichen, während die andere Seite der Filterfalten unverklebt bleibt, um eine Abströmöffnung bereitzustellen.
[0018] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement an einer der Anströmseite zugewandten Seite eine formwahrende Schale auf, die sich nur teilweise in einer radialen Ausdehnungsrichtung, d.h. in einer Ebene der kurzen und der langen Erstreckungsachse nach innen über eine anströmseitige Stirnfläche des Sicherheitsfilterelementes erstreckt.
[0019] Eine derartige formwahrende Schale kann auch bei dem Sicherheitsfilterelement zu einem Kanten- bzw. Stoßschutz dienen. Ferner kann diese formwahrende Schale auch als Aufnahme für eine Dichtungsgeometrie zur Abdichtung des Sicherheitsfilterelementes gegenüber einem Luftfiltergehäuse bzw. gegenüber einem Filterelement dienen. Durch eine nur teilweise in radialer Ausdehnungsrichtung nach innen über eine anströmseitige Stirnfläche erstreckende Schale kann eine entsprechende Anströmfläche des Sicherheitsfilterelementes aufrechterhalten wer- den. Auch bei dem Sicherheitsfilterelement kann die formwahrende Schale als eine Aufnahme für eine Abdichtungsmasse dienen, mittels der ein Filterfaltenbalg des Sicherheitsfilterelementes an der formwahrenden Schale fehlluftdicht angebracht sein kann. Es sei dabei angemerkt, dass eine Dichtung des Sicherheitsfilterelementes entweder gegenüber dem Luftfiltergehäuse erfolgen kann oder gegenüber einem vorgeschalteten Filterelement oder auch gegenüber sowohl einem vorgeschalteten Filterelement als auch einem Luftfiltergehäuse.
[0020] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung korrespondieren eine in radialer Ausdehnungsrichtung innen liegende Öffnung der formwahrenden Schale des Filterelementes und eine in radialer Ausdehnungsrichtung innen liegende Öffnung der formwahrenden Schale des Sicherheitsfilterelementes bezüglich einer Fluidströmung miteinander.
[0021] Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die innen liegenden Öffnungen der formwahrenden Schale des Sicherheitsfilterelementes und die innen liegende Öffnung der formwahrenden Schale des Filterelementes eine im Wesentlichen kongruente Öffnungsgeometrie aufweisen. Unter korrespondieren ist hierbei jedoch auch eine Geometrie zu verstehen, die nicht zwingend kongruent ist, jedoch strömungstechnisch im Wesentlichen aufeinander abgestimmt ist. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Abströmung nicht rein axial geschieht, sondern eine gegenüber der axialen Erstreckungsrichtung geneigte Abströmrichtung aufweist, die beispielsweise eine Aufweitung oder eine Verengung des Strömungsquerschnittes darstellt, so dass eine entsprechend korrespondierende Öffnung entsprechend auf diese veränderte Geometrie eines Strömungsquerschnittes abgestimmt ist. Eventuelle Stabilisierungsstege sollen dabei als nicht die Korrespondenz der formwahrenden Schalen nicht berührend aufzufassen sein, sofern die entsprechenden Strömungsgeometrien aufeinander abgestimmt sind.
[0022] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Filterelement eine Dichtungsanordnung mit einer Anlagefläche auf und das Sicherheitsfilterelement eine Dichtungsanordnung mit der Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Filterelementes zusammenwirkenden Anlagefläche auf. [0023] Auf diese Weise muss eine Abdichtung des Filterelementes gegenüber dem Sicherheitsfilterelement nicht zwingend über ein Luftfiltergehäuse erfolgen, sondern kann auch unmittelbar zwischen dem Filterelement und dem Sicherheitsfilterelement erfolgen. Eine derartige Dichtungsanordnung kann beispielsweise eine elastische Fläche sein, ebenso jedoch auch eine elastisch verformbare Dichtung oder auch eine plastisch verformbare Dichtung. Eine plastisch verformbare Dichtung bietet sich insbesondere bei derartigen Komponenten an, die bei jedem Inspizieren der Luftfilteranordnung ausgewechselt werden, beispielsweise an dem Hauptfilterelement, das der häufigsten Auswechslung unterliegen kann.
[0024] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtungsanordnung an der formwahrenden Schale vorgesehen.
[0025] Auf diese Weise kann die formwahrende Schale als eine Aufnahme für die Dichtungsgeometrie dienen, um somit die Dichtungsgeometrie im Wesentlichen konstant zu halten. Ferner kann durch die formwahrende Schale eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte erfolgen, die für eine zuverlässige Abdichtung von Belang sein kann. Die Dichtungsgeometrie kann dabei an der formwahrenden Schale sowohl des Filterelementes als auch des Sicherheitsfilterelementes vorgesehen sein. Dabei können Dichtungen vorgesehen sein, die eine erste Dichtungskonfiguration an dem Filterelement aufweisen und eine zweite Dichtungskonfiguration einem Sicherheitsfilterelement aufweisen, wobei die erste Dichtungskonfiguration und die zweite Dichtungskonfiguration passend ineinandergreifen, um auf diese Weise sicherzustellen, dass nur zueinander passende Filterelemente und Sicherheitsfilterelemente kombiniert eingesetzt werden. Insbesondere kann auf diese Weise über die Dichtungskonfiguration an dem Filterelement und die Dichtungskonfiguration an dem Sicherheitsfilterelement eine Codierung erfolgen, die dem Betreiber bzw. dem Bediener unmittelbar signalisiert, ob die gerade eingebrachten Filterkomponenten zueinander passen und einen ordnungsgemäßen Betrieb erlauben. Insbesondere kann mit einer derartigen Dichtungskonfiguration auch eine Verdrehsicherung implementiert werden, wenn die entsprechenden Dichtungskonfigurationen entlang des Umfanges unsymmetrisch ausgestaltet werden. Selbstverständlich kann eine entsprechende elastische Dichtungskonfigu- ration auch entweder an dem Filterelement oder an dem Sicherheitsfilterelement vorgesehen sein, so dass eine entsprechende elastische oder plastische Dichtungskonfiguration nur an einem der beiden korrespondierenden Elemente vorgesehen sein kann bzw. muss.
[0026] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Dichtungsanordnung des Sicherheitsfilterelementes eine zweite Anlagefläche auf, die ausgelegt ist, um mit einer Anlagefläche einer Dichtungsanordnung eines Luftfiltergehäuses zusammenzuwirken.
[0027] Auf diese Weise kann nicht nur eine Abdichtung des Filterelementes gegenüber dem Sicherheitsfilterelement erfolgen, sondern auch eine entsprechende Abdichtung des Strömungsweges gegenüber dem Luftfiltergehäuse. Auf diese Weise kann bei einer entsprechenden Abdichtung des Sicherheitselementes gegenüber dem Filterelement eine weitere Abdichtung des Filterelementes gegenüber dem Luftfiltergehäuse entbehrlich sein, so dass in dem Bereich des häufiger gewechselten Filterelementes eine unter Umständen empfindliche Dichtungskonfiguration gegenüber dem Luftfiltergehäuse nicht zwingend notwendig ist.
[0028] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Filterelementes, die erste Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Sicherheitsfilterelementes und die zweite Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Sicherheitsfilterelementes derart ausgerichtet, dass bei einer entsprechenden Kraftausübung auf das Filterelement sowohl die Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Filterelementes mit der ersten Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Sicherheitsfilterelementes als auch die zweite Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Sicherheitsfilterelementes mit einer Anlagefläche eines Luftfiltergehäuses fehlluftdicht zusammenwirken.
[0029] Auf diese Weise kann eine Kraftbeaufschlagung an einer Stelle die seriellen Dichtungen mit einer entsprechenden Kraft beaufschlagen, so dass eine entsprechende Abdichtung sowohl des Filterelementes gegenüber dem Sicherheitsfilterelement erfolgt als auch des Sicherheitsfilterelementes gegenüber dem Luftfiltergehäuse. Eine Abdichtung kann dabei sowohl eine Abdichtung in axialer Richtung als auch eine Abdichtung in eine radiale Richtung darstellen, insbeson- dere wenn die Dichtflächen entsprechend konisch angestellt werden, so dass diese auch bei einer axialen Kraftbeaufschlagung eine radiale Abdichtung erfahren.
[0030] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement einen ersten Filterfaltenbalg auf mit einer im Wesentlichen in einer Ebene aufgefächerten Faltenanordnung.
[0031] Bei einer derartigen Anordnung erstrecken sich die Filterfalten nicht mehr in eine quer zur axialen Erstreckungsrichtung verlaufenden Richtung, sondern in eine radiale Richtung, während sich die Faltentiefe in eine axiale Erstreckungsrichtung erstreckt. Eine derartige Anordnung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass ein quer gefaltetes Material zu einer kreisrunden oder ovalen Faltenanordnung aufgefächert wird, die an entsprechenden Kanten derart abgedichtet wird, dass eine Rohgasseite und eine Reingasseite fehlluftdicht voneinander getrennt werden.
[0032] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Faltenanordnung dabei kreisförmig aufgefächert derart, dass in einer radialen Ausdehnungsrichtung die Faltenkanten radial nach außen verlaufen.
[0033] Eine derartige Anordnung ist beispielsweise für den Einsatz von Filterelementen relevant, die kreisrunden Hauptfilterelementen nachgeschaltet sind, oder für Sicherheitsfilterelemente, in denen beispielsweise zwei oder mehrere derartige kreisrunde Faltenbalganordnungen eingesetzt werden, wenn diese etwa einem ovalen Hauptfilterelement nachgeschaltet werden.
[0034] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Faltenanordnung oval aufgefächert.
[0035] Eine derartige oval aufgefächerte Faltenanordnung kann beispielsweise in einem Sicherheitsfilterelement zum Einsatz kommen, das einem Hauptfilterelement nachgeschaltet ist, das eine korrespondierende ovale Querschnittsgeometrie oder zumindest Abströmgeometrie aufweist.
[0036] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement einen zweiten Filterfaltenbalg auf mit einer im Wesentlichen in einer Ebene aufgefächerten und radial nach außen verlaufenden Faltenanordnung, wobei der erste Filterfaltenbalg und der zweite Filterfaltenbalg im Wesentlichen nebeneinander in der gleichen Ebene aufgefächert sind. [0037] Eine derartige Anordnung kann beispielsweise für ein Sicherheitsfilterelement zum Einsatz kommen, das einem Hauptfilterelement nachgeschaltet ist, das eine ovale Ausgestaltung aufweist oder das beispielsweise auch zwei diskrete Abströmkanäle aufweist, die auf die entsprechenden Abströmkanäle des zweiten Filterfaltenbalgs und des ersten Filterfaltenbalgs ausgerichtet sind.
[0038] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement einen Filterfaltenbalg mit im Wesentlichen in einer axialen Ausdehnungsrichtung des Sicherheitsfilterelementes verlaufenden Filterfalten auf, der in einen durch eine Filterfaltenbalganordnung mit im Wesentlichen in einer axialen Ausdehnungsrichtung des Filterelementes verlaufenden Filterfalten ausgebildeten Abströmkanal des Filterelementes eingreift.
[0039] Auf diese Weise kann die Anströmfläche des Sicherheitsfilterelementes erhöht werden, indem es analog zu dem Hauptfilterelement eine Faltenbalganordnung aufweist, deren Falten sich in eine im Wesentlichen axiale Richtung erstreckt. Durch das Ineinandergreifen der Faltenbälge des Sicherheitselementes in die Abströmkanäle der Faltenbälge des Hauptfilterelementes kann eine platzsparende Anordnung erreicht werden. Dabei kann beispielsweise die Faltenbalganordnung des Sicherheitsfilterelementes derart in einen Abströmkanal des Hauptfilterelementes eingreifen, dass die Gesamtbaulänge von Hauptfilterelement und Sicherheitsfilterelement geringer ist als die Summe der beiden Einzelbauhöhen des Filterelementes und des Sicherheitsfilterelementes. Daher kann mit einer derartigen Anordnung ein effizienter Sicherheitsfilter bereitgestellt werden, ohne jedoch eine erhöhte Baulänge des Luftfiltergehäuses zu benötigen.
[0040] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement ein Filtermedium auf mit einer sich in eine Abströmrichtung erstreckenden Auswölbung.
[0041] Eine derartige Auswölbung erhöht die gesamte Anströmfläche des Sicherheitsfilterelementes. Eine derartige Auswölbung kann sich beispielsweise bis in einen Abströmkanal des Luftfiltergehäuses hinein erstrecken. Gegebenenfalls kann ein derartiges Filtermedium eine Auswölbung aufweisen, die der weiteren Rohrleitungsform einer Abströmgeometrie folgt, selbst wenn diese beispielsweise in Kurven verlegt ist. [0042] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement als Filtermedium einen flexiblen Vliesstrumpf auf.
[0043] Ein derartiger Vliesstrumpf kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass er sich flexibel an die Geometrie der Abströmöffnung des Luftfiltergehäuses anpasst und eventuell auch weiter in diese Geometrie hineinreicht. Das Vlies kann dabei so ausgestaltet sein, dass er eine gewisse Vorfilterfunktion und eine Feinfilterfunktion aufweist, insbesondere wenn ein derartiges Vlies mehrlagig aufgebaut ist.
[0044] Eine derartige flexible Vliesstrumpfanordnung erlaubt eine platzoptimierte Geometrie eines Si- cherheitselemntes, insbesondere wenn dieser Vliesstrumpf der Geometrie der Abströmöffnung des Luftfiltergehäuses folgen kann.
[0045] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement als Filtermedium einen offenzelligen Schaumkörper auf. Ein derartiger offenzelliger Schaumkörper kann ebenfalls als ein Filtermedium dienen und ebenfalls der Geometrie der Abströmöffnung des Luftfiltergehäuses folgen. Ein derartiger Schaumkörper kann ebenfalls mehrschichtig aufgebaut sein, um eine gewisse Vorfilter- und Feinfilterfunktion zu erfüllen. Ein derartiger Aufbau muss dabei nicht diskrete Schichten aufweisen, sondern kann eine sich kontinuierlich variierende Struktur in Durchströmrichtung aufweisen, um eine derartige Vorfilter- und Feinfilterfunktion zu erfüllen. Insbesondere sei angemerkt, dass sich sowohl der offenzellige Schaumkörper mit dem flexiblen Vliesstrumpf kombinieren lässt als auch der offenzellige Schaumkörper und der Vliesstrumpf jeweils oder in Kombination mit einem vorgeschalteten Faltenbalg des Sicherheitsfilterelementes kombinieren lassen, wenn dieses notwendig sein sollte.
[0046] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Luftfilter bereitgestellt mit einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung, so wie oben beschrieben, wobei eine Rohgasseite der Luftfilteranordnung fehlluftdicht gegenüber einer Reingasseite der Luftfilteranordnung bezüglich des Luftfiltergehäuses abgedichtet ist.
[0047] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsfilterelement eine mit einem Abströmkanal des Luftfiltergehäuses korrespondierende Abströmgeometrie auf. [0048] Es sei verstanden, dass auch eine Kombination der zuvor beschriebenen Merkmale möglich ist, wodurch sich zum Teil eine synergetische Wechselwirkung einstellen kann, die über die Summe der Einzelwirkungen der genannten Merkmale hinausgeht.
[0049] Im Folgenden werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0050] Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden
Zeichnungen beschrieben.
[0051] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Luftfiltergehäuses mit einem darin einzusetzenden Filterelement sowie einem Luftgehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0052] Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines Luftfiltergehäuses mit einem darin eingesetzten Filterelement und einem Sicherheitsfilterelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0053] Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Faltenbalges für ein Sicherheitsfilterelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0054] Figur 4 zeigt eine Schnittansicht eines Filterelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0055] Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Sicherheitselementes mit einem Faltenbalg und einer formwahrenden Schale gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0056] Figur 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Filterelementes und eines Sicherheitselementes sowie eines Luftfiltergehäuses mit einer entsprechenden Dichtungskonfiguration gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0057] Figur 7 zeigt eine Faltung eines Faltenbalges für ein Sicherheitselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0058] Figur 8 zeigt eine weitere Faltung eines Faltenbalges für ein Sicherheitselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0059] Figur 9 zeigt ein Filterelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie ein dazu korrespondierendes Sicherheitsfilterelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. [0060] Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsfilterelementes im Zusammenspiel mit einem Filterelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
[0061] Figur 11 zeigt eine Schnittansicht eines Luftfiltergehäuses mit einem darin eingesetzten Filterelement sowie einem Sicherheitsfilterelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung
[0062] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Luftfiltergehäuses 100 mit einem darin einzusetzenden Filterelement 1 sowie einem Luftfiltergehäusedeckel 199. Das Filterelement weist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Griffmulde 94 auf, mit der das Filterelement 1 in das Luftfiltergehäuse 100 eingesetzt werden kann. In dem Luftfiltergehäuse 100 ist ferner ein Sicherheitselement bzw. ein Sicherheitsfilterelement 200 eingebaut, das im Detail in der Figur 1 jedoch nicht zu sehen ist. Die in Figur 1 gezeigten Pfeile symbolisieren die Durchströmrichtung des Fluids durch das Luftfiltergehäuse und damit durch das Filterelement 1 sowie das Sicherheitsfilterelement 200.
[0063] Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Luftfiltergehäuses 100 mit einem darin eingebauten Vorabscheider 120. In das Luftfiltergehäuse 100 ist ein Filterelement 1 eingesetzt, das vom Vorabscheider 120 her angeströmt wird. Stromabwärts des Filterelementes 100 befindet sich ein Sicherheitselement 200, das beispielsweise verhindern soll, dass Staub- oder Schmutzpartikel in den in Abströmungsrichtung liegenden Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine eindringen. Insbesondere wenn der Deckel 199 des Luftfiltergehäuses geöffnet ist und das Filterelement 1 beispielsweise zum Auswechseln entnommen ist, können beispielsweise bei laufender Brennkraftmaschine und einem weiteren Ansaugstrom in Richtung des Verbrennungsraumes der Brennkraftmaschine Schmutz- und Staubpartikel angesogen werden, die beispielsweise auch durch das geöffnete Luftfiltergehäuse einströmen können. Derartige Staubpartikel sollen in der Regel nicht in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine gelangen, so dass ein Sicherheitsfilterelement 200 stromabwärts vorgesehen werden kann, das insbesondere bei einem Entfernen des Filterelementes 1 eine Schutzfunktion erfüllt. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, das Filterelement 1 auch dann auszutauschen, wenn die Brennkraftmaschine läuft und einen weiteren Ansaugstrom erzeugt. Für diese verhältnismäßig kurzen Zeiträume, in denen häufig die Brennkraftmaschine auch in einem Leerlaufbetrieb arbeitet, reicht im Regelfall ein Sicherheitsfilterelement aus, um die dann angesogene Luft von Staub- und Schmutzpartikeln zu reinigen. Dieses Sicherheitsfilterelement 200 wird jedoch im Regelfall nach dem Einsetzen des Filterelementes 1 nicht entfernt, so dass eine strömungswi- derstandsarme Durchströmung nicht nur des Hauptfilterelementes 1 , sondern auch des Sicherheitsfilterelementes 200 erfolgen soll. Aus diesem Grund ist die Abströmgeometrie des Filterelementes 1 sowie die Anströmgeometrie des Sicherheitsfilterelementes 200 geometrisch aufeinander abgestimmt, so dass eine strömungswiderstandsarme Durchströmung sowohl des Filterelementes 1 als auch des Sicherheitsfilterelementes 200 erfolgen kann. Das Filterelement 1 weist beispielsweise einen Filterfaltenbalg 10 auf, der sich in axiale Richtung A erstreckt. Darüber hinaus kann das Filterelement auch weitere Faltenbälge aufweisen, die unter anderem beispielsweise auch schräg angestellt sein können, wodurch sich zum Teil konische Anströmbzw. Abströmkanäle bilden. Auch das Sicherheitsfilterelement 200 weist einen Faltenbalg 210 auf, dessen Falten 215 in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform jedoch nicht in axiale Richtung A verlaufen, sondern im Wesentlichen orthogonal dazu. Dies wird im Weiteren mit Bezugnahme auf die Figuren 3 und 5 näher erläutert. Figur 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Faltenbalges 210 für ein Sicherheitsfilterelement 200. Das Sicherheitsfilterelement 200 wird in axialer Richtung A durchströmt. Die Falten 215 des Faltenbalges 210 verlaufen dabei in einer Richtung quer zur axialen Durchströmungsrichtung A. In der hier gezeigten Ausführungsform verlaufen die Falten 215 des Faltenbalges 210 im Wesentlichen orthogonal zur axialen Durchströmungsrichtung A, wobei die axiale Durchströmungsrichtung A im Wesentlichen senkrecht auf der Ausdehnungsebene der Falten- balganordnung 210 des Sicherheitsfilterelementes 200 steht. Die Kanten 215c der Falten 215 zeigen dabei abwechselnd in Richtung der Anströmrichtung (hier beispielsweise oben) und Abströmrichtung (beispielsweise unten). Da, wie mit Bezug auf Figur 2 beschrieben wurde, das Filterelement 1 eine ovale Ausgestaltung hat, was in der hier gezeigten Ausführungsform auch einen Abströmkanal mit einem ovalen Querschnitt zur Folge hat, gestaltet sich bei dieser Ausfüh- rungsform eine Lage der Filterfalten in Richtung der längeren Ausdehnungsachse als strömungstechnisch günstiger bezüglich des Strömungswiderstandes. Insbesondere können die fertigungstechnisch aufwendiger herzustellenden Stirnkanten der Falten kleiner ausgestaltet werden, da sich diese lediglich über die Breite der kleineren Ausdehnungsachse erstrecken, im Vergleich zu einem Sicherheitselement, das eine Faltenausdehnung quer zu der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform aufweist. Es sei verstanden, dass die Ebene der Erstreckung der Filterfalten 215 im Wesentlichen auch zu der Richtung der axialen Durchströmung A geneigt sein kann. Figur 4 zeigt eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Filterelementes 1 mit einem ersten Faltenbalg 10 und einem zweiten Faltenbalg 20. Zwischen dem ersten Faltenbalg 10 und dem zweiten Faltenbalg 20 ergibt sich eine Öffnung eines Abströmkanals, der aufgrund der ovalen Ausgestaltung des Filterelementes 1 ebenfalls oval ausgestaltet ist. Der zweite Faltenbalg 20 ist beispielsweise auf der Abströmseite mit einem Dichtungselement 51 derart verheftet, dass eine hier unten liegende Rohgasseite von einer hier oben liegenden Reingasseite fehlluftdicht voneinander getrennt sind. In der in Figur 4 gezeigten Filterelementanordnung erfolgt die Anströmung von unten durch den mittigen schlitzförmigen Anströmkanal durch das zweite Faltenbalgelement 20 als auch von außen durch das erste Faltenbalgelement 10. Sowohl das zentral anströmende Fluid als auch das von außen anströmende Fluid durch das erste Faltenbalgelement 10 strömen in den konischen zwischen dem ersten Faltenbalgelement 10 und dem zweiten Faltenbalgelement 20 liegenden Abströmkanal, der hier nach oben breiter wird und dessen Auslass ebenfalls nach oben zeigt. In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform sind die Falten der Faltenbälge 10 und 20 nicht separat dargestellt und folglich auch die Verklebung der Falten zur fehlluftdichten Trennung einer Rohgasseite zu einer Reingasseite nicht dargestellt. Zu der rohgasseitigen Anströmseite sind der erste Faltenbalg 10 und der zweite Faltenbalg 20 durch ein zweites Dichtungselement 52 verbunden und fehlluftdicht abgedichtet. Das zweite Dichtungselement erstreckt sich in der hier gezeigten Ausführungsform über die gesamte Faltentiefe des ersten Faltenbalges 10 als auch des zweiten Faltenbalges 20 und kann beispielsweise als Stoßschutz dienen. Es ist jedoch ebenso möglich, dass sich das Dichtungs- element 52 nur über die aneinanderstoßenden Kanten des ersten Faltenbalges 10 und des zweiten Faltenbalges 20 erstreckt, so dass sich eine analoge Abdichtung ergibt, wie sie mit Bezugnahme auf das erste Dichtungselement 51 bereits beschrieben wurde. In diesem Fall müssen auch die entsprechenden Faltenzwischenräume derart verklebt werden, dass eine fehlluftdichte Trennung zwischen Rohgasseite und Reingasseite erfolgt. Es sei dabei verstanden, dass dabei nur die Zwischenräume an den Stirnseiten verklebt werden müssen, die zu einer rohgas- seitigen Anströmrichtung geöffnet sind, während die von der rohgasseitigen Anströmungsseite abgewandten Stirnseiten der Falten offenbleiben können, da diese nicht in Verbindung mit der Rohgasseite stehen. Auf diese Weise bleiben die Stirnseiten der Falten in Abström richtung geöffnet, so dass sich eine größere effektive Abströmfläche ergibt. Auf der abströmseitigen Stirnfläche ist ferner eine formwahrende Schale 60 aufgesetzt, an der beispielsweise eine Dichtungskonfiguration angeordnet sein kann, die hier im weiteren Detail jedoch nicht beschrieben wird. Darüber hinaus kann die formwahrende Schale 60 ebenfalls als ein Stoßschutz dienen und darüber hinaus hier nicht gezeigte Strömungsleitbleche oder Strömungsleitvorrichtungen aufweisen. In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die formwahrende Schale 60 nur teilweise radial nach innen und lässt einen Teil der Stirnkanten der Falten des ersten Faltenbalges 10 frei, wobei die Faltenzwischenräume, die zur Rohgasseite, das heißt hier nach außen zeigen, wiederum an der Stirnseite verklebt sind, um eine fehlluftdichte Trennung zwischen Rohgasseite und Reingasseite herzustellen. Die gegenüberliegenden offenen Faltenzwischenräume an den Stirnkanten können wiederum frei bleiben, so dass sich eine effektiv größere Abströmfläche zwischen der formwahrenden Schale 60 und dem Dichtungselement 51 bildet. Figur 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Sicherheitselementes 200 mit einem Faltenbalg 210. Der Faltenbalg besteht aus einer Vielzahl von Filterfalten 215, die abwechselnd nach unten und nach oben zeigende Filterfaltenkanten 215c aufweisen. In der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform ist das Sicherheitsfilterelement 200 ebenfalls mit einer formwahrenden Schale 260 ausgestaltet, die sich radial nur teilweise über die Filterfaltenkanten 215c der Filter- falten 215 erstreckt. Eine Schnittansicht ist in dem Teilschnitt l-l dargestellt. In der hier gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die formwahrende Schale 260 lediglich über die anströ- mungsseitige Außenkante des Sicherheitsfilterelementes 200. Dabei erfolgt die Anströmung des Sicherheitsfilterelementes 200 in der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform von oben. Die inneren Öffnungen der formwahrenden Schalen 260 des Sicherheitsfilterelementes 200 und der formwahrenden Schale 60 des Filterelementes 1 korrespondieren hierbei, so dass eine optimierte Anström- und Abströmgeometrie bereitgestellt werden kann. An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein Korrespondieren nicht zwingend eine Formidentität darstellen muss, sondern auch dadurch erreicht werden kann, dass die entsprechenden Strömungsquerschnitte aufeinander abgestimmt sind, insbesondere wenn die Abströmung aus dem Filterelement einen aufweitenden Abströmkegel oder einen fokussierenden Abströmkegel aufweisen. Eventuell notwendige konstruktive Elemente wie beispielsweise die Dichtungsanordnung 51 bzw. eventuell vorhandene, jedoch in Figur 5 nicht gezeigte Stabilisierungsstreben sollen an dieser Stelle als die korrespondierenden Abström- und Anströmgeometrien nicht beeinträchtigend betrachtet werden.
[0067] Figur 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Filterelement 1 und ein Sicherheitsfilterelement 200 gezeigt sind im Zusammenspiel mit einem Filtergehäuse 100. In der hier gezeigten Ausführungsform der Figur 6 ist die formwahrende Schale 60 mit einer vereinfachten schematischen Darstellung gezeigt, die lediglich die prinzipielle Wirkungsweise einer dichtenden Anordnung darstellen soll. Dabei weist die formwahrende Schale 60 des Filterelementes 1 eine Dichtungsanordnung 70 auf, die eine Anlagefläche 72 aufweist. Die formwahrende Schale 260 des Sicherheitsfilterelementes 200 weist ebenfalls eine Dichtungsanordnung 70 auf, die ebenfalls eine erste Anlagefläche 272 aufweist. Die erste Anlagefläche 272 des Sicherheitsfilterelementes 200 ist dabei so ausgelegt, dass sie mit der Anlagefläche 72 des Filterelementes des Filterelementes 1 zusammenwirkt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass plastische oder elastische Dichtungselemente ferner vorgesehen sein können, die in der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform jedoch nicht dargestellt sind. Insbesondere kann ein plasti- sches oder elastisches Dichtungselement entweder auf der Anlagefläche 72 des Filterelementes oder auf der Anlagefläche 270 des Sicherheitsfilterelementes 200 angeordnet sein, jedoch auch auf beiden Anlageflächen 72 und 272. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass Dichtungsprofile auf den Anlageflächen 272 bzw. 72 vorgesehen sind, die formschlüssig ineinandergreifen, so dass eine gewisse Codierung zwischen Filterelement 1 und Sicherheitsfilterelement 200 möglich ist, so dass ein fehlerhaftes Kombinieren des Filterelementes 1 und des Sicherheitsfilterelementes 200 ausgeschlossen werden kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Abströmgeometrie des Filterelementes 1 nicht mit der Anströmgeometrie eines nicht passenden Sicherheitsfilterelementes 200 korrespondiert. In der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform weist die formwahrende Schale 260 des Sicherheitsfilterelementes 200 darüber hinaus einen weiteren Kragen auf mit einer zweiten Anlagefläche 273. Eine derartige Anlagefläche kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, um mit einer entsprechenden Anlagefläche 173 eines Luftfiltergehäuses 100 zusammenzuwirken. Auf diese Weise erfolgt die Abdichtung des Rohgasbereiches zu dem Reingasbereich nicht zwischen dem Hauptfilterelement 1 und dem Luftfiltergehäuse, sondern zwischen dem Sicherheitsfilterelement 200 und dem Luftfiltergehäuse 100, während das Filterelement 1 über die Anlage der Anlagenflächen 72 und 272 gegenüber dem Sicherheitsfilterelement 200 fehlluftdicht abgedichtet ist. Selbstverständlich kann auch an der formwahrenden Schale 60 des Filterelementes 1 eine weitere Dichtungskonfiguration vorhanden sein, um das Filterelement 1 gegenüber einer hier nicht gezeigten Wandung eines Luftfiltergehäuses 100 abzudichten. Insbesondere können an der formwahrenden Schale 60 Abstandhalter oder Zentriernocken vorgesehen sein, die für eine ordnungsgemäße Positionierung des Filterelementes 100 in einem Luftfiltergehäuse 100 sorgen. Durch eine Kraftbeaufschlagung des Filterelementes 100 gegenüber dem Luftfiltergehäuse in axialer Richtung kann somit das Sicherheitsfilterelement 200 zwischen dem Filterelement 1 und dem Luftfiltergehäuse 100 eingeklemmt werden und bei einer entsprechenden Dichtungskonfiguration zwischen dem Filterelement 100 und dem Sicherheitsfilterelement 200 einerseits und dem Sicherheitsfilterelement 200 und dem Luftfiltergehäuse 100 andererseits eine fehlluftdichte Trennung zwischen Rohgasseite und Reingasseite erfolgen.
[0069] Figur 7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Faltenfilters 210 eines Sicherheitsfilterelementes 200. Die Falten 215 verlaufen in der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform wie ein Fächer, so dass die Faltenkanten 215c radial nach außen zeigen. Mittig können die Filterfalten sowie die Faltenkanten 215c mittels eines Dichtungselementes 251 verbunden sein, so dass sowohl eine mechanische Stabilisierung als auch eine fehlluftdichte Trennung zwischen Rohgasseite und Reingasseite erfolgen kann. Dies schließt insbesondere die Abdichtung der Faltenzwischenräume ein, die dem Dichtungselement 251 zugewandt sind.
[0070] Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Filterfalten 215 ebenfalls fächerförmig angeordnet sind, hier jedoch in Form eines Ovals. Die Faltenkanten 215c weisen hier ebenfalls radial nach außen. Je nach Ausgestaltung des Ovals können dabei die Faltenkanten 215c im mittleren Bereich parallel zueinander liegen, jedoch auch geneigt zueinander verlaufen. Auch hier ist zur Abdichtung und zur Stabilisierung ein Dichtungselement 251 vorgesehen. Es sei verstanden, dass die in Figur 7 und in Figur 8 gezeigten Ausführungsformen darüber hinaus selbstverständlich auch eine äußere Abdichtung aufweisen können, beispielsweise in Form einer Verklebung in einer formwahrenden Schale, die jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen in den Figuren 7 und 8 nicht gezeigt sind.
[0071] Die in Figur 7 gezeigte Ausführungsform kann beispielsweise bei Sicherheitsfilterelementen zum Einsatz kommen, die einem kreisrunden Filterelement nachgeschaltet werden sollen, oder beispielsweise nebeneinander angeordnet werden, um somit einem Filterelement in einer ovalen Anordnung nachgeschaltet zu werden. Eine derartige Anordnung wird mit Bezugnahme auf Figur 9 beschrieben.
[0072] Die in Figur 8 gezeigte Anordnung kann beispielsweise für ein Sicherheitselement verwendet werden, das einem ovalen Filterelement nachgeschaltet ist.
[0073] Figur 9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Filterelementes 1 mit einem ersten außen liegenden Faltenbalg 10 sowie einem zweiten innen liegenden Faltenbalg 20 und einem dritten zu dem zweiten Faltenbalg parallel liegenden Faltenbalg 30. Dabei kann das Filterelement 1 zum einen über die äußere Mantelfläche des Faltenbalges 10 angeströmt werden, jedoch auch über die inneren, hier nicht gezeigten Anströmungskanäle des zweiten Faltenbalges 20 und des dritten Faltenbalges 30. Der zweite Faltenbalg 20 und der dritte Faltenbalg 30 können dabei wiederum mit entsprechenden Dichtungselementen 51 gegenüber der Reingasseite abgedichtet werden, so dass keine Fehlluftströmungen von der Rohgasseite zu der Reingasseite auftreten können. Die Stirnseite des ersten Faltenbalges 10 ist in der in Figur 9 gezeigten Ausführungsform wiederum mit einer formwahrenden Schale 60 abgedeckt. An dieser formwahrenden Schale können beispielsweise Grifflaschen 94 vorgesehen sein, die beispielsweise auch zu einer Verhinderung eines verdrehten Fehleinbaus dienen können. Auf der gegenüberliegenden Seite kann beispielsweise ein zweites Dichtungselement 52 vorgesehen sein, das eine fehlluftdichte Verbindung zwischen dem ersten Faltenbalg 10 einerseits und dem zweiten Faltenbalg 20 sowie dem dritten Faltenbalg 30 andererseits darstellt. An diesem zweiten Dichtungselement 52 können beispielsweise Zentriernocken 52a vorgesehen sein, die zu einer zentrierten Positionierung des Filterelementes 1 in einem Luftfiltergehäuse 100 dienen können. Die Öffnung in dem zweiten Dichtungselement 52 können beispielsweise zwei runde Öffnungen korrespondierend zu dem zweiten Faltenbalg 20 und dem dritten Faltenbalg 30 sein. Das in Figur 9 gezeigte Filterelement kann dabei sowohl von oben nach unten als auch von unten nach oben durchströmt werden. Insbesondere bei einer Durchströmung von oben nach unten ergibt sich auf der Unterseite eine Abströmgeometrie, die aus zwei voneinander getrennten Auslässen gekennzeichnet ist, so dass zwei diskrete Abströmöffnungen vorhanden sind. Auch bei einer Durchströmung von unten nach oben ergibt sich eine Abströmgeometrie, die im Wesentlichen fokussiert ist auf die Formgestaltung der beiden runden Faltenbälge 20 und 30. Damit korrespondierend kann ein Sicherheitsfilterelement 200 derart ausgestaltet sein, dass zwei Faltenbälge 210, 230 nebeneinander angeordnet sein können, so wie sie dem Faltenbalg 210 entsprechen, der mit Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben wurde. Eine formwahrende Schale 260 kann dabei ein Stützgerüst darstellen, in das die Faltenbälge 210 und 230 fehlluft- dicht eingeklebt oder eingedichtet sind. Die beiden Faltenbälge 210 und 230 können dabei durch einen Zwischendichtungsbereich 253 voneinander getrennt sein.
[0075] Figur 10 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der das Sicherheitsfilterelement 200 nicht mit einem Faltenbalg mit quer zur axialen Durchströmungsrichtung A verlaufenden Filterkante versehen ist, sondern mit Faltenbälgen 210 bzw. 220, deren Filterfalten sich in eine im Wesentlichen axiale Richtung A erstrecken. Dabei ist unter einer axialen Erstreckung auch eine zu der axialen Richtung geneigte Anordnung zu verstehen. Die in Figur 10 gezeigte Anordnung eines Sicherheitsfilterelementes 200 kann dabei so ausgestaltet sein, dass die sich in axialer Richtung erstreckenden Faltenbälge 210, 220 in entsprechende Abströmkanäle hinein erstrecken, die durch den Zwischenraum der Faltenbälge 10 und 20 des Filterelementes 1 gebildet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Anordnung, bei der das Sicherheitsfilterelement 200 platzsparend in einen Abströmkanal eines Filterelementes 1 eingreifen kann, so dass die Gesamtbaulänge des Filterelementes 1 und des Sicherheitsfilterelementes 200 zusammen geringer ist als die Summe der Einzelbaulängen des Filterelementes und des Sicherheitsfilterelementes. Zugleich kann bei einer derartigen Ausgestaltung des Sicherheitsfilterelementes 200 mit im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Filterfalten der Faltenbälge 210 und 220 eine größere Filterfläche für das Sicherheitsfilterelement bereitgestellt werden, so dass sich der Strömungswiderstand durch das Sicherheitsfilterelement an dieser Stelle verringert. Die formwahrenden Schalen 60 des Filterelementes bzw. 260 des Sicherheitsfilterelementes 200 sind hier lediglich schematisch dargestellt. Selbstverständlich können auch hier wieder entsprechende Dichtungskonfigurationen vorgesehen sein, die zu einer fehlluftdichten Abtrennung des Rohgasraumbereiches und des Reingasraumbereiches dienen können.
[0076] Figur 11 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der in ein Luftfiltergehäuse 100 ein Filterelement 1 eingebaut ist, das in der hier gezeigten Ausführungsform einen ersten Faltenbalg 10 und einen zweiten Faltenbalg 20 aufweist. Das Sicherheitsfilterelement 200 kann dabei einen ausgewölbten Filtermediumbereich 210 aufweisen, der sich einer Geometrie eines Abströmrohres des Luftfiltergehäuses 100 anpassen kann. Dies kann beispielswei- se erfolgen durch ein Filtervlies oder beispielsweise einen offenzelligen Schaumstoff. Eine derartige Anordnung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Abströmgeometrie bzw. die Abströmöffnungen genügend Platz lassen, um einen derartigen strumpfförmigen Auswölbungsbereich aufzunehmen. Auf diese Weise kann die Anströmfläche des Sicherheitsfilterelementes 200 vergrößert werden, ohne dass sich die Bautiefe des Sicherheitsfilterelementes bezüglich seiner Aufnahme und Abdichtung wesentlich vergrößert. Vielmehr kann auch der eigentliche Abströmbereich des Luftfiltergehäuses 100 einbezogen werden, ungeachtet einer weiteren Krümmung eines abstromseitigen Rohres, so dass eine derartige Sicherheitsfilterelementan- ordnung eine flexible Anwendung auf unterschiedliche Abströmrohrgeometrien darstellt. Ein derartiger Schaum- oder Vliesstrumpf kann beispielsweise dann von Bedeutung sein, wenn lediglich verhindert werden soll, dass während kurzer Wechselperioden des Hauptfilterelementes 1 Staub- oder Schmutzpartikel in den Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine gelangen.
[0077] Ein Vliesfilter kann jedoch anstelle eines Sicherheitsfilterelementes auch als ein Vorfilter verwendet werden. Ein Vorvlies oder ein entsprechender poröser Schaummantel, der um den äußeren Balg gelegt wird, kann mehrere Funktionen erfüllen. Als erste Funktion ist eine Erhöhung der Staubkapazität zu nennen. Durch das zusätzliche Volumen des Vliesmaterials, das zur Staubeinlagerung genutzt werden kann, wird eine Erhöhung der Staubkapazität erreicht. Das Vorvlies wird dabei als typisches Tiefenfilter eingesetzt und kann dabei sowohl auf die Vorabscheidung sehr grober bzw. sehr feiner Stäube hin optimiert werden. Das Verhältnis von Vorfilterfläche zur gesamten Medienfläche des äußeren Balges ist im Vergleich zu einem Kompaktluftfilter deutlich höher, was im Vergleich zum Kompaktluftfilter zu einer niedrigeren Filtrationsgeschwindigkeit im Vorfilter führt, was besser für die Abscheidung ist. Die Filterflächenbelastung des Vorfiltermaterials sollte dabei beispielsweise maximal dem 35fachen der Filterflächenbelastung und beispielsweise minimal dem 4fachen der Filterflächenbelastung des äußeren Balges entsprechen.
[0078] Unter der Filterflächenbelastung versteht man dabei den Quotient aus angeströmter Filterfläche zum Volumenstrom der die entsprechende Filterfläche anströmt. Für die Filtration von sehr fei- nen Stäuben, z.B. Rußaerosole wie sie im Abgas von Verbrennungsmotoren vorkommen, muss eine möglichst hohe Verweilzeit des zu filtrierenden Volumenstroms sowie eine möglichst große Oberfläche im Vorfilter zur Verfügung gestellt werden. Dies lässt sich z.B. durch den Einsatz besonders feiner Fasern mit Faserdurchmessern unter 5 μm im Medium erreichen oder im Falle eines Schaumes durch besonders feine Poren. Der Einsatz eines solchen Feinst- Vorabscheidermaterials bietet entscheidende Vorteile, da es durch den Vorfilter zu einer deutlich späteren Verblockung des Hauptfiltermediums kommt, was wiederum in einer erhöhten Standzeit des Gesamtfilters resultiert.
[0079] Vergleichbar zur Filtration feiner Stäube kann das Vorfiltermaterial auch auf die Abscheidung von Grobstaub optimiert werden. Dazu ist eine niedrigere Packungsdichte und ein größeres Porenvolumen des Vorfilters erforderlich, so dass der Grobstaub in der Tiefe des Mediums besser gespeichert werden kann. Ansonsten kommt es zu einer zu schnellen Verblockung des Vorfiltermaterials, was sich negativ auf die Standzeit auswirkt.
[0080] Der Vorteil eines Vorfilters, der nur am Außenbalg vorhanden ist, jedoch nicht am inneren Balg, stellt sich folgendermaßen dar: Verblockt ein Vorvlies zu schnell (z.B. durch das Wechselspiel verschiedener Stäube), so kann der innere Balg immer noch eine Durchströmung des Elements gewährleisten.
[0081] Die zweite Funktion eines Vorvlieses am äußeren Balg ist die eines Scheuerschutzes (abhängig vom Zusammenspiel mit dem Gehäuse), der verhindert dass es an den Faltenspitzen zu einem Durchscheuern der Falten und somit zu einer Undichtigkeit kommt, falls es entsprechende Bereiche gibt, bei denen der Abstand vom Element zum Gehäuse konstruktiv bedingt sehr gering ist.
[0082] Die dritte Funktion ist die einer Griffschutzes, der bei der Montage bzw. Demontage das Element bzw. den äußeren Balg vor Beschädigungen schützt.
[0083] Selbstverständlich sind anstelle eines Vlieses oder eines offenporigen Schaumes auch andere Materialien denkbar, die entsprechend den äußeren Gegebenheiten ausgewählt werden können. [0084] Eine Vielzahl von Filtermedien, sowohl für das Hauptfilterelement 1 als auch für das Sicherheitsfilterelement 200 lässt sich so verarbeiten, dass aus Ihnen ein Doppelbalgsystem aufgebaut werden kann.
[0085] Beispielsweise können imprägnierte Zellulosematerialen verwendet werden zur Ausrüstung des Filtermediums. Filterpapier an sich bietet oft keine ausreichende Stabilität, so dass ein Imprägnierung mit Kunstharzen vorgenommen werden kann, um die notwendige Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen (Temperatur, Feuchte, Kohlenwasserstoffe, ...) sowie eine ausreichende Steifigkeit zu erreichen, insbesondere gegen Feuchtigkeit. Durch die Zugabe von flammhemmenden Chemikalien kann die Imprägnierung so ausgerüstet werden, dass das Filtermedium schwer entflammbar wird. Dies ist eine Funktion die je nach Einsatzgebiet für ein Doppelbalgelement von Vorteil sein kann - insbesondere wenn mit glühenden Materialien (z.B. Zigaretten) gerechnet werden muss, die in den Bereich der Luftfilteransaugung kommen. Bei der Verwendung eines entsprechenden Mediums kann ein zusätzlicher Vorabscheider oder ein entsprechend ausgelegter Luftansaugtrakt kostengünstiger gestaltet werden.
[0086] Zellulosemedien können auch mit Nanofasern ausgerüstet werden. Durch die Verwendung eines extrem dünnen Nanofasernetzes auf der Anströmseite des Mediums kann ein normales Zellulosemedium als reiner Oberflächenfilter betrachtet werden, da kein Staub mehr in die Poren des Zelluloseträgers eindringen kann. Unter Nanofasern versteht man dabei Fasern mit Durchmessern zwischen 10 nm und 500 nm. Üblicherweise beträgt die Schichtdicke solcher Nanofaserbeschichtungen nur wenige Faserdurchmesser.
[0087] Die bereits zuvor erwähnte Flammhemmung kann bei einem solchen Medium rein durch den Zelluloseträger erfolgen, da die Menge der Nanofaserschicht auf das Brandverhalten keinen signifikanten Einfluss hat. Der Abscheidegrad eines mit Nanofasern beschichteten Materials ist deutlich höher, als bei herkömmlichen Zellulosemedien. Bezüglich der Standzeit bzw. der Staubkapazität sieht man vor allem für sehr feine Stäube, z.B. Ruß aus Verbrennungmaschinen, eine deutlich höhere Kapazität bei der Verwendung einer Nanofaserschicht auf der An- strömseite. Bei groben Stäuben (ISO fein, ISO grob) konnte hier bislang ein deutlich höherer
Abscheidegrad nachgewiesen werden.
[0088] Durch die Nanofaserschicht ergeben sich folgende Möglichkeiten, die insbesondere für ein Doppelbalgelement vorteilhaft sind. Der Zelluloseträger kann sehr dünn ausgeführt werden, da das innere Porenvolumen nicht für einen Staubeinlagerung benötigt wird. Somit lassen sich Filterbälge mit engerer Faltenteilung verwenden, so dass sich eine größere Gesamtfilterfläche ergibt und somit eine Leistungssteigerung erreicht wird. Ferner kann je nach Anströmungsvertei- lung und gefordertem Abscheidegrad auch nur einer der beiden Bälge mit Nanofasern ausgeführt werden und die Strömungsaufteilung so gewählt werden, dass der mit Nanofasern beschichtete Balg einen Vorabscheider erhält, der grobe Partikeln zurückhält. Bei dieser Kombination ist mit einer Standzeiterhöhung zu rechnen. Darüber hinaus kann, wenn aus Bauraumgründen die geforderte Filterfläche nicht so untergebracht werden, dass sich eine vergleichbare Anströmgeschwindigkeit am inneren und am äußeren Balg einstellt, der mit höherer Geschwindigkeit angeströmte Balg mit einer Nanofaserschicht versehen werden, um den geforderten Abscheidegrad zu erreichen. Hintergrund ist dabei, dass der Abscheidegrad mit zunehmender Geschwindigkeit sinkt (bei kleinen Partikeln bedingt durch die zu geringe Verweilzeit im Medium für eine Abscheidung über Diffusionsmechanismen, bei großen Partikeln bedingt durch die hohe kinetische Energie, die zu einem Abprallen führt.)
[0089] Weiterhin besteht die Möglichkeit, imprägnierte Zellulosemedien mit Glas- bzw. Kunstfaseranteilen zu verwenden. Zur Steigerung des Abscheidegrades können dem Zellulosemedium Anteile von Glasfasern oder Kunstfasern zugesetzt werden. Dadurch erhöht sich der Abscheidegrad des Mediums gegenüber der reinen Zellulose.
[0090] Weiterhin können imprägnierte Zellulosemedien mit einer Membranauflage versehen werden. Anstelle einer Nanofaserschicht kann auch eine Membrane (z.B, gerecktes PTFE) auf der Anströmseite angebracht werden. Die Funktionen und Vorteile sind vergleichbar mit denen einer Nanofaserbeschichtung (siehe oben). [0091] Weiterhin können imprägnierte Zellulosemedien mit einer Feinstfaserauflage versehen werden.
Vergleichbar zu den vorher beschriebenen Medien mit Nanofasern, kann auch einer Feinstfaserauflage auf der Anströmseite eines Zelluloseträgers aufgebracht werden. Unter Feinstfasern versteht man dabei üblicherweise Polymerfasern mit Durchmessern zwischen 200 nm und 5 μm, die z.B. mit einem Meltblownprozess hergestellt werden können. Im Vergleich zur Nano- faserbeschichtung ist die Schichtdicke deutlich höher - wobei Schichtdicken, die dem 200fachen des mittleren Faserdurchmessers entsprechen, möglich sind. Geht man von einer unimodalen Verteilung der Fasern aus, dann kann eine untere Grenze gesetzt werden, die dem 20fachen des mittleren Faserdurchmessers entspricht sowie eine obere Grenze die dem 300fachen des mittleren Faserdurchmessers entspricht. Das Flächengewicht der Schicht bewegt sich dabei zwischen 5 g/m2 und 70 g/m2. Im Vergleich zur Nanofaserschicht handelt es sich bei der Feinstfaserauflage um eine Tiefenfilterschicht, die eine entsprechende interne Staubspeicherkapazität und sich damit von dem reinen Oberflächenfilter (Medium zusammen mit Nanofaser) abgrenzt.
[0092] Die Feinstfaserauflage kann auf verschieden Art und Weise mit dem Trägermedium verbunden sein. Dabei unterscheidet man zwischen auflaminierten Schichten, bei der Träger und Schicht mittels einer Klebersubstanz miteinander verbunden werden, thermokalandriertem Verbund, bei dem Träger und Schicht durch Druck und Temperatur miteinander verbunden werden und aufgeschweißten Schichten, be denen die Schicht mir dem Trägermedium verschweißt wird, z.B. durch Ultraschall.
[0093] Der Zelluloseträger kann auch hier primär als stabile Schicht dienen, und die Staubeinlagerung größtenteils in der Feinstfaserschicht stattfinden. Wenn diese verblockt, dann kommt es wie bei der Nanofaserbeschichtung zu einer reinen Oberflächenfiltration bzw. der sogenannten Kuchenfiltration. Ähnlich wie bei den Nanofasermedien kann auch hier wieder ein sehr dünner Träger verwendet werden, der Vergleichbare Vorteile hinsichtlich des Faltenabstands und der realisierbaren Filterfläche liefert. [0094] Ferner können imprägnierte Zellulosemedien mit einer Mischfaserauflage versehen werden.
Prinzipiell kann die Feinstfaserauflage auch so aufgebaut sein, dass sie grobe Fasern als Stützgewebe enthält und eine zweite Fraktion von deutlich feinere Fasern, die primär für die Filtrationsleistung verantwortlich sind. Diese feineren Fasern können zwischen 50 nm und 1 μm liegen. Die Leistungen und Vorteile sind vergleichbar mit denen von Zellulosemedien mit Feinstfaserauflage.
[0095] Filtermedien können auch mit Kunstfasern versehen werden oder aus diesen bestehen. Vergleichbar zu Herstellung von Filtermedien mit Papierfasern können auch Medien aus reinen Kunstfasern aufgebaut werden. Bedingt durch die dünneren Faserdurchmesser die bei Kunstfasern im Vergleich zur Zellulose erreicht werden könne, sind höhere Abscheidegrade möglich.
[0096] Es ist auch möglich, Medien mit einer Gradientenstruktur aufzubauen. Darunter versteht man Medien aus mehreren Schichten unterschiedlicher Dichte, wobei auf der Anströmseite eine sehr offenporige Struktur und auf der Abströmseite eine sehr enge Porenstruktur vorhanden ist. Durch die Gradientenstruktur erhöht sich die Staubspeicherkapazität eines solchen Mediums, das als sogenannter Tiefenfilter arbeitet. Der Vorteil dieser Medien liegt in der deutlich höheren Anströmgeschwindigkeit gegenüber Zellulosemedien.
[0097] Filtermedien aus Kunstfasern können auch mit integrierten Nanofasern versehen werden. Ein weitere Medientyp der sich für die Bauform eines Doppelbalg eignet ist ein Kunstfasermedium (Vlies) mit integrierten Nanofasern. Der Vorteil gegenüber einem herkömmlichen Vliesmaterial ist der höhere Abscheidegrad, der durch die Nanofasern erreicht wird. Als Konsequenz hieraus kann das Porenvolumen des Mediums durch Reduzierung des Anteils der gröberen Fasern erhöht werden, ohne den Abscheidegrad im Vergleich zu einem Medium ohne Nanofasern zu reduzieren. Durch das größere Speichervolumen kann das Medium mehr Staub aufnehmen, bevor es zu einem Verblocken (Clogging) kommt. Vorteil für ein Doppelbalgelement wäre auch hier wieder die Tatsache, dass die Mediendicke reduziert werden kann, und somit eine höhere Gesamtfilterfläche durch eine engere Faltenteilung realisiert werden kann. [0098] Es sei angemerkt, dass der Begriff „ umfassend" weitere Elemente nicht ausschließt, ebenso wie die Begriffe „ ein" und „ eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließen. [0099] Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.

Claims

Ansprüche
1. Luftfilteranordnung mit einem Filterelement (1) mit einem ersten Filterfaltenbalg (10) und einem Sicherheitsfilterelement (200), wobei das Filterelement eine Abströmgeometrie aufweist, wobei das Sicherheitselement dem Filterelement in der axialen Ausdehnungsrichtung abströmseitig nachgeschaltet ist, wobei das Sicherheitsfilterelement eine mit der Abströmgeometrie des Filterelementes korrespondierende Anströmgeometrie aufweist.
2. Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 1 , wobei das Sicherheitsfilterelement (200) einen Filterfaltenbalg (210) aufweist mit einer quer zur axialen Ausdehnungsrichtung (A) verlaufenden langen Ausdehnung und einer quer zur Ausdehnungsrichtung und orthogonal zu einer Richtung der langen Ausdehnung verlaufenden kurzen Ausdehnung, wobei der Filterfaltenbalg (210) eine Mehrzahl von in Richtung der langen Ausdehnung verlaufenden Filterfalten (215) aufweist.
3. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Filterelement (1) an einer der Abströmseite zugewandten Seite an einer Außenkante eine formwahrende Schale (60) aufweist.
4. Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 3, wobei die formwahrende Schale (60) sich nur teilweise in einer radialen Ausdehnungsrichtung nach innen über eine Faltentiefe des Filterfaltenbalges (10) erstreckt.
5. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sicherheitsfilterelement (200) an einer der Anströmseite zugewandten Seite eine formwahrende Schale (260) aufweist, die sich nur teilweise in einer radialen Ausdehnungsrichtung nach innen über eine anströmseitige Stirnfläche des Sicherheitsfilterelementes (200) erstreckt.
6. Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 5, wobei eine in radialer Ausdehnungsrichtung innenliegende
Öffnung der formwahrenden Schale (60) des Filterelementes (1) und eine in radialer Ausdehnungsrichtung innenliegende Öffnung der formwahrenden Schale (260) des Sicherheitsfilterelementes (200) bezüglich einer Fluidströmung korrespondieren.
7. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Filterelement (1) eine Dichtungsanordnung (70) mit einer Anlagefläche (72) und das Sicherheitsfilterelement (200) eine Dichtungsanordnung (270) mit einer mit der Anlagefläche der Dichtungsanordnung des Filterelementes zusammenwirkende Anlagefläche (272) aufweist.
8. Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 7, wobei die Dichtungsanordnung (70, 270) an der formwahrenden Schale (60, 260) vorgesehen ist.
9. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, wobei die Dichtungsanordnung (270) des Sicherheitsfilterelementes (200) eine zweite Anlagefläche (273) aufweist, die ausgelegt ist, um mit einer Anlagefläche einer Dichtungsanordnung eines Luftfiltergehäuses zusammenzuwirken.
10. Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 9, wobei die Anlagefläche (72) der Dichtungsanordnung (70) des Filterelementes (1 ), die erste Anlagefläche (272) der Dichtungsanordnung (270) des Sicherheitsfilterelementes (200) und die zweite Anlagefläche (273) der Dichtungsanordnung (270) des Sicherheitsfilterelementes (200) derart ausgerichtet sind, dass bei einer entsprechenden Kraftausübung auf das Filterelement (1 ) sowohl die Anlagefläche (72) der Dichtungsanordnung (70) des Filterelementes (1) mit der ersten Anlagefläche (272) der Dichtungsanordnung (270) des Sicherheitsfilterelementes (200), als auch die zweite Anlagefläche (273) der Dichtungsanordnung (270) des Sicherheitsfilterelementes (200) mit einer Anlagefläche eines Luftfiltergehäuses fehlluftdicht zusammenwirken.
11. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sicherheitsfilterelement (200) einen ersten Filterfaltenbalg (210) aufweist mit einer im Wesentlichen in einer Ebene aufgefächerten Faltenanordnung.
12. Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 11 , wobei die Faltenanordnung kreisförmig aufgefächert ist derart, dass in einer radialen Ausdehnungsrichtung die Faltenkanten (215c) radial nach außen verlaufen.
13. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 11 und 12, wobei die Faltenanordnung oval aufgefächert ist.
14. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Sicherheitsfilterelement (200) einen zweite Filterfaltenbalg (230) aufweist, mit einer im Wesentlichen in einer Ebene aufgefächerten und radial nach außen verlaufenden Faltenanordnung, wobei der erste Filterfaltenbalg (210) und der zweite Filterfaltenbalg im Wesentlichen nebeneinander in der gleichen Ebene aufgefächert sind.
15. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Sicherheitsfilterelement (200) einen Filterfaltenbalg (210) mit im Wesentlichen in einer axialen Ausdehnungsrichtung (A) des Sicherheitsfilterelementes (200) verlaufenden Filterfalten (215) aufweist, der in einen durch eine Filter- faltenbalganordnung (10, 20) mit im Wesentlichen in einer axialen Ausdehnungsrichtung (A) des Filterelementes (1) verlaufenden Filterfalten (15) gebildeten Abströmkanal des Filterelementes eingreift.
16. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Sicherheitsfilterelement (200) ein Filtermedium aufweist mit einer sich in eine Abström richtung erstreckenden Auswölbung.
17. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Sicherheitsfilterelementes (200) als Filtermedium einen flexiblen Vliesstrumpf aufweist.
18. Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Sicherheitsfilterelementes (200) als Filtermedium einen offenzelligen Schaumkörper aufweist.
19. Luftfilter mit einem Luftfiltergehäuse und einer Luftfilteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei eine Rohgasseite (102) der Luftfilteranordnung fehlluftdicht gegenüber einer Reingasseite
(203) der Luftfilteranordnung bezüglich des Luftfiltergehäuses (100) abgedichtet ist.
20. Luftfilter gemäß Anspruch 19, wobei das Sicherheitsfilterelement eine mit einem Abströmkanal (190) des Luftfiltergehäuses (100) korrespondierende Abströmgeometrie aufweist
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