EP4774047A1 - Filterelement mit zwei ineinander angeordneten filtermediumkörpern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Filterelement mit einem inneren und einem äußeren Filtermedienkör- per, die seriell durchströmbar sind. Der innere Filtermediumkörper ist in einem Innenraum des äußeren Filtermediumkörpers angeordnet. Zumindest einer der Filtermediumkörper weist ein gefaltetes Filterme- dium, vorzugsweise enthaltend Aktivkohle, auf, welches stirnseitig von einem Seitenband abgedeckt ist. Das Seitenband ist zumindest in einem radialen Teilbereich und in Umfangsrichtung durchgängig in eine Endscheibe eingebettet, welche den anderen Filtermediumkörper stirnseitig abdichtet. Die Endscheibe kann auch den gefalteten Filtermediumkörper mit dem Seitenband abdichten, wobei das Seitenband voll- ständig in die Endscheibe eingebettet sein kann. Das Seitenband kann im in die Endscheibe eingebetteten Bereich Schlitze aufweisen.

Description

Filterelement mit zwei ineinander angeordneten Filtermediumkörpern

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung 102023124179.6, die am 07. September 2023 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit einem ersten und einem zweiten ringförmigen Filtermediumkörper, wobei einer der Filtermediumkörper innerhalb des anderen Filtermediumkörpers angeordnet ist und wobei die beiden Filtermediumkörper nacheinander durchströmbar sind, wobei das Filterelement an einer Stirnseite eine Endscheibe aufweist, und wobei zumindest der zweite Filtermediumkörper ein gefaltetes Filtermedium aufweist.

Stand der Technik

Ein solches Filterelement ist aus WO 2015/092681 A1 bekannt.

Bei verschiedenen Anwendungen kann es erforderlich sein, ein zu filterndes Fluid, hier insbesondere Gas, nacheinander durch zwei unterschiedliche Filtermedien zu leiten, um alle störenden Bestandteile aus dem Fluid zu entfernen. Für einen platzsparenden Aufbau können zwei ringförmige Filtermediumkörper verwendet werden, wobei einer der Filtermediumkörper im Inneren des anderen Filtermediumkörpers angeordnet ist.

Um schädliche Gase zurückzuhalten, sind adsorbierende Filtermedien bekannt. Beispielsweise kann Aktivkohle in dem Filtermedium enthalten sein. Ein solches Filtermedium kann insbesondere Aktivkohlepartikel enthalten, die zwischen zwei Lagen von Filterpapier eingeschlossen sind. Beispielsweise bei der Verarbeitung solcher Filtermedien besteht dabei die Gefahr, dass Aktivkohlepartikel aus den offenen Kanten des Filtermediums austreten. Auch beim Gebrauch solcher Filtermedien ist darauf zu achten, dass keine Aktivkohlepartikel auf die Reinseite gelangen. Zudem besitzen solche Filtermedien nur eine vergleichsweise geringe Eigensteifigkeit, was die Handhabung bei der Herstellung und Montage erschwert.

Für eine serielle Durchströmung zweier Filtermediumkörper müssen diese in geeigneter Weise gegeneinander oder ein Filtergehäuse abgedichtet werden.

Die oben bereits genannte WO 2015/092681 A1 beschreibt ein Filterelement mit zwei Lagen von Filtermaterial aus gefaltetem Papier, das eine zylindrische Form besitzt. Die beiden Lagen von Filtermaterial sind unlösbar aneinander gehalten, indem sie bereichsweise in Dichtungen aus Plastik eingebettet sind. Die Dichtungen können in der Art von Endscheiben an beiden Stirnseiten des Filterelements angeordnet sein. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Filterelement mit zwei gegeneinander abgedichteten und seriell durchströmbaren Filtermediumkörpern anzugeben, das rationell herstellbar und einfach montierbar ist, insbesondere wobei ein Austritt von adsorbierenden Partikeln bei der Herstellung des Filterelements und dessen Betrieb vermieden wird.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement gemäß Anspruch 1 , eine Verwendung eines Filterelements gemäß Anspruch 18 und eine Brennstoffzelle mit einem Filterelement gemäß Anspruch 19 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.

Erfindungsgemäß ist ein Filterelement mit einem ersten und einem zweiten ringförmigen Filtermediumkörper vorgesehen. Das Filterelement ist insbesondere ein Gasfilterelement. Typischerweise schließen beide Filtermediumkörper in Umfangsrichtung einen Innenraum ein. Einer der Filtermediumkörper ist innerhalb des anderen Filtermediumkörpers angeordnet. Der eine (innere) Filtermediumkörper ist somit im Innenraum des anderen (äußeren) Filtermediumkörpers aufgenommen. Die beiden Filtermediumkörper sind nacheinander durchströmbar.

Das Filterelement kann in Querschnitt rund oder oval sein; dies gilt entsprechend für die beiden Filtermediumkörper. Grundsätzlich umgeben die beiden Filtermediumkörper gemeinsam eine Längsachse des Filterelements, welche sich durch den Innenraum des inneren und somit auch den Innenraum des äußeren Filtermediumkörpers erstreckt. Die Längsachse kann eine Symmetrieachse des Filterelements sein oder in einer Symmetrieebene des Filterelements liegen. Das Filterelement ist jedoch nicht notwendigerweise symmetrisch bezüglich einer Achse oder Ebene. Richtungsangaben wie beispielsweise radial oder axial beziehen sich für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf die Längsachse, sofern nicht anders angegeben.

Typischerweise ist der zweite Filtermediumkörper nach dem ersten Filtermediumkörper durchströmbar. Das Filterelement ist in radialer Richtung von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmbar.

Das Filterelement weist an einer (ersten, axialen) Stirnseite eine (erste) Endscheibe auf. Die Endscheibe wirkt an der Abdichtung der beiden Filterelemente gegeneinander mit. Zudem kann die Endscheibe den ersten Filtermediumkörper stirnseitig abdichten. Der erste Filtermediumkörper kann in die Endscheibe eingebettet sein. Die Endscheibe kann aus einem spritzbaren oder gießbaren Material bestehen oder dieses aufweisen. Insbesondere kann die Endscheibe aus Polyurethanschaum bestehen oder diesen aufweisen. Die Endscheibe kann geschlossen sein. Alternativ kann die Endscheibe eine zentrale Öffnung aufweisen, durch welche zu filterndes Fluid in den Innenraum des Filterelements einströmen oder gefiltertes Fluid aus dem Innenraum ausströmen kann. In Ausführungen kann das Seitenband zumindest teilweise in ein spritzbares oder gießbares Material der Endscheibe eingebettet sein. Der erste Filtermediumkörper kann ein gefaltetes Filtermedium aufweisen. Der erste Filtermediumkörper ist vorzugsweise aus einem Filtermedium zur Partikelfiltration erhalten. Der erste Filtermediumkörper kann mit zellulosehaltigem oder synthetischem Filterpapier gefertigt sein.

Der zweite Filtermediumkörper weist ein gefaltetes Filtermedium auf. Der zweite Filtermediumkörper kann ein Adsorptionsmedium enthalten. Das gefaltete Filtermedium des zweiten Filtermediumkörpers kann beispielsweise Aktivkohle enthalten. Insbesondere können Aktivkohlepartikel zwischen zwei Lagen von Filterpapier eingeschlossen sein. Solche Filtermedien sind besonders wirkungsvoll, um Schadgase zurückzuhalten.

Erfindungsgemäß sind Stirnkanten des gefalteten Filtermediums des zweiten Filtermediumkörpers an der (ersten) Stirnseite von einem (ersten) Seitenband abgedichtet. Das Seitenband ist typischerweise dauerhaft mit dem Filtermedium verbunden, sodass es nicht zerstörungsfrei vom Filtermedium des zweiten Filtermediumkörpers lösbar ist. Insbesondere kann das Seitenband an den Stirnkanten mit dem zweiten Filtermediumkörper verklebt sein. Das Seitenband besteht in der Regel aus einem Material, dessen Gasdurchlässigkeit kleiner ist als die des Filtermediums des gefalteten Filtermediumkörpers. Je nach Einbausituation ist aber auch eine größere Gasdurchlässigkeit des Seitenbands möglich.

In Ausführungen kann sich das Seitenband in einer normal zur Längsachse erstreckenden Ebene erstrecken. In Ausführungen kann das Seitenband eine Dicke aufweisen, die um ein Vielfaches geringer, insbesondere zumindest 5 mal geringer, ist als eine Erstreckung des Seitenbands in Radialrichtung.

Das Seitenband dient einerseits der Strömungsführung am zweiten Filtermediumkörper, indem es verhindert, dass ein Gasstrom den zweiten Filtermediumkörper ungefiltert umgeht. Anderseits vereinfacht das Seitenband die Handhabung des zweiten Filtermediumkörpers, nachdem es mit diesem verbunden wurde. Hierzu kann das Seitenband den zweiten Filtermediumkörper aussteifen. Dies vereinfacht insbesondere das Befestigen der beiden Filtermediumkörper aneinander. Zudem verhindert das Seitenband, dass bei einem Filtermedium, welches Aktivkohle enthält, Aktivkohlepartikel austreten.

Das Seitenband kann eine größere Biegesteifigkeit besitzen als das Filtermedium des zweiten Filtermediumkörpers. Hierdurch wird der zweite Filtermediumkörper besonders wirkungsvoll stabilisiert.

Das Seitenband kann ein Vliesmaterial, insbesondere ein Filtervlies, ein Gewebe, insbesondere ein Filtergewebe, oder einen Gitterstoff, insbesondere ein Filtergitter, enthalten. Diese Materialien sind kostengünstig verfügbar und weisen geeignete Eigenschaften auf.

In Ausführungen kann das Seitenband ein luftdurchlässiges Material aufweisen, insbesondere ein Vliesmaterial. Eine Luftdurchlässigkeit des Vliesmaterials des Seitenbands kann insbesondere geringer sein als eine Luftdurchlässigkeit des Filtermediums des Filtermediumkörpers. Weiter erfindungsgemäß ist das Seitenband zumindest teilweise in die Endscheibe eingebettet. Dadurch werden einerseits die beiden Filtermediumkörper aneinander gehalten. Somit wird ein einfach handhabbares Filterelement geschaffen, das die beiden Filtermediumkörper zusammenfasst. Andererseits werden die beiden Filtermediumkörper durch die Einbettung des Seitenbands in die Endscheibe gegeneinander abgedichtet. Hierzu ist das Seitenband grundsätzlich ringförmig umlaufend in die Endscheibe eingebettet. Die Abdichtung der beiden Filtermediumkörper gegeneinander an der Stirnseite kann auch die Abdichtung des Filterelements gegenüber einem Gehäuse vereinfachen, insbesondere wenn die Endscheibe eine offene Endscheibe ist. Vorzugsweise sind die Endscheibe und das Seitenband im Wesentlichen auf gleicher axialer Höhe angeordnet. Dies verringert den Materialbedarf für die Einbettung.

Das Seitenband kann in radialer Richtung über das gefaltete Filtermedium des zweiten Filtermediumkörpers vorstehen (überstehenden). Insbesondere kann das Seitenband nach innen und/oder außen vorstehen. Der Überstand des Seitenbands kann dessen Einbettung in die Endscheibe vereinfachen und dazu beitragen, den Materialbedarf für die Endscheibe weiter zu verringern.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist, nur ein (erster) radialer Teilbereich des Seitenbands in die Endscheibe eingebettet. Insbesondere kann das Seitenband nur im radial vorstehenden Teilbereich in die Endscheibe eingebettet sein. Im restlichen (zweiten) radialen Teilbereich liegt dann die - vom gefalteten Filtermediumkörper abgewandte - Oberfläche des Seitenbands frei. Diese Gestaltung benötigt besonders wenig Material zur Herstellung der Endscheibe. Mit „radialer Teilbereich“ wird insbesondere ein umlaufender Rand an einem Innen- und/oder Außenumfang des Seitenbands bezeichnet.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Seitenband vollständig in die Endscheibe eingebettet. Dies kann im Hinblick auf die Abdichtung des Filterelements gegenüber einem Gehäuse vorteilhaft sein. Auch falls das Seitenband Schlitze aufweist, um die Herstellung der Ringform zu erleichtern, kann eine vollständige Einbettung aus Gründen der Strömungsführung vorteilhaft sein.

Der zweite Filtermediumkörper mit dem Seitenband kann radial innerhalb des ersten Filtermediumkörpers angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der erste Filtermediumkörper den zweiten Filtermediumkörper mit dem Seitenband außenseitig umgeben. Die Durchströmung des Filterelements erfolgt bei dieser Anordnung typischerweise von radial außen nach radial innen.

Alternativ kann der zweite Filtermediumkörper mit dem Seitenband den ersten Filtermediumkörper außen- seitig umgeben. Mit anderen Worten kann der erste Filtermediumkörper innerhalb des zweiten Filtermediumkörpers mit dem Seitenband angeordnet sein. Die Durchströmung des Filterelements erfolgt bei dieser Anordnung typischerweise von radial innen nach radial außen.

Der zweite Filtermediumkörper kann wenigstens einen gefalteten Filterbalg aufweisen, dessen Kopfseiten durch Kopfbänder abgedichtet sind, wobei die Ringform des zweiten Filtermediumkörpers durch Verkleben zweier Kopfbänder miteinander erhalten ist. Dies vereinfacht die Herstellung des zweiten Filtermediumkör- pers. Zunächst wird das (zweite) Filtermedium zickzackförmig gefaltet, sodass ein im Wesentlichen rechteckiger Filterbalg erhalten wird. Dessen Kopfseiten (parallel zur Falzrichtung und in Tiefenrichtung der Falten) werden mit den Kopfbändern versehen, beispielsweise indem diese angeklebt werden. Danach wird der Filterbalg gebogen und durch Verkleben aneinander angrenzender Kopfbänder in der Ringform fixiert. Auch das Seitenband wird typischerweise angebracht, bevor der Filterbalg in die Ringform gebogen wird.

Insbesondere kann der zweite Filtermediumkörper aus wenigstens zwei Filterbälgen erhalten sein, wobei in Umfangsrichtung aneinandergrenzende Filterbälge an ihren jeweiligen Kopfbändern miteinander verklebt sind. Der zweite Filtermediumkörper wird somit aus mehreren Filterbälgen zusammengesetzt, wobei in der Ringform aneinandergrenzende Filterbälge jeweils durch Verkleben ihrer Kopfbänder aneinander fixiert und gegeneinander abgedichtet sind. Derart können große Filterelemente rationell gefertigt werden.

Das Filterelement kann sich in axialer Richtung verjüngen. Dies kann das Anbringen eines Stützkörpers am Filterelement vereinfachen. Insbesondere kann das Filterelement konisch sein.

Das Seitenband kann Schlitze aufweisen, die sich in Falten des zweiten Filtermediumkörpers hineinerstrecken. Die Schlitze erleichtern es, den zweiten Filtermediumkörper in die Ringform zu bringen. Die Schlitze können von einer Außenkante oder einer Innenkante des Seitenbands ausgehen. Die Schlitze durchgreifen das Seitenband grundsätzlich zwischen der Innenkante und der Außenkante nicht vollständig, sondern typischerweise höchstens zu vier Fünfteln, bevorzugt höchstens drei Vierteln, der Breite des Seitenbands.

Es kann vorgesehen sein, dass zumindest in einem Teilbereich umfassend wenigstens fünf, bevorzugt wenigstens zehn, aufeinanderfolgende, an einer gemeinsamen Umfangsseite offene Falten, besonders bevorzugt über den gesamten Umfang, des zweiten Filtermediumkörpers, je ein Schlitz, insbesondere je genau ein Schlitz, sich in jede an der gemeinsamen Umfangsseite offene Falte des Teilbereichs hineinerstreckt. Derart kann die Flexibilität des Seitenbandes, insbesondere lokal, besonders wirkungsvoll erhöht werden.

Das Filterelement kann an einer zweiten (axialen) Stirnseite eine zweite Endscheibe aufweisen, wobei Stirnkanten des zweiten Filtermediumkörpers an der zweiten Stirnseite von einem zweiten Seitenband abgedichtet sind, und wobei das zweite Seitenband zumindest teilweise in die zweite Endscheibe eingebettet ist. Derart können die beiden Filtermediumkörper zusätzlich zur ersten Stirnseite auch an der zweiten Stirnseite gegeneinander abgedichtet und aneinander fixiert werden. Die Einbettung des zweiten Seitenbandes in die zweite Endscheibe kann wie oben für das erste Seitenband und die erste Endscheibe beschrieben erfolgen. Insbesondere können das zweite Seitenband und die zweite Endscheibe weitere oben in Zusammenhang mit dem ersten Seitenband und dem zweiten Seitenband beschriebene Merkmale aufweisen. Eine der Endscheiben kann eine offene Endscheibe und die andere Endscheibe eine geschlossene Endscheibe sein.

Zusätzlich zum ersten Seitenband kann auch das zweite Seitenband Schlitze aufweisen, die sich in die Falten des zweiten Filtermediumkörpers hineinerstrecken. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schlitze an einem der Seitenbänder von seiner Innenkante ausgehen und dass die Schlitze an dem anderen Seitenband von seiner Außenkante ausgehen. Durch Expandieren des Seitenbands mit außenseitigen Schlitzen und Komprimieren des Seitenbands mit innenseitigen Schlitzen kann ein sich verjüngendes Filterelement erhalten werden, ohne wobei Spannungen bzw. Dehnungen in den Seitenbändern klein bleiben.

Vorzugsweise ist an einer von dem ersten Filtermediumkörper abgewandten Umfangsfläche des zweiten Filtermediumkörpers ein Kaschiervlies angeordnet. Das Kaschiervlies verhindert, dass eventuell an dem zweiten Filtermediumkörper anhaftende, aus dem Produktionsprozess vor Anbringen des Seitenbands stammende Aktivkohlepartikel auf die Reinseite gelangen.

An einer von dem ersten Filtermediumkörper abgewandten Umfangsfläche des zweiten Filtermediumkörpers kann ein Stützkörper angeordnet sein. Der Stützkörper stabilisiert das typischerweise in Richtung auf den Stützkörper hin durchströmte Filterelement. Hierzu kann der zweite Filtermediumkörper mittelbar oder unmittelbar an dem Stützkörper abgestützt sein. Sofern ein Kaschiervlies vorgesehen ist, kann dieses zwischen dem zweiten Filtermediumkörper und dem Stützkörper angeordnet sein. Der Stützkörper kann ein zentrales Stützrohr oder ein Außenkäfig sein.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Filtereinrichtung, insbesondere eine Gasfiltereinrichtung, aufweisend ein Gehäuse und ein oben beschriebenes, erfindungsgemäßes Filterelement, welches in dem Gehäuse anordenbar ist, sodass es eine Rohseite von einer Reinseite trennt.

Ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt eine Verwendung eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Filterelements, insbesondere einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Filtereinrichtung, als Kathodenluftfilter einer Brennstoffzelle.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt schließlich eine Brennstoffzelle mit einer Anode und einer Kathode, zwischen denen ein Elektrolyt angeordnet ist, und mit einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Filterelement durch welches Luft zu der Kathode leitbar ist.

Bei Brennstoffzellen ist häufig eine zweistufige Filtration der zur Kathode geführten Luft erforderlich, insbesondere wobei neben Partikeln auch Schadgase zurückgehalten werden sollen. Das erfindungsgemäße Filterelement ermöglicht dies durch seine oben beschriebene vorteilhafte Gestaltung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelements mit einem ersten und einem zweiten Filtermediumkörper in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 im Bereich einer ersten Stirnseite;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 im Bereich einer zweiten Stirnseite;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelements mit einem ersten und einem zweiten Filtermediumkörper in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4 im Bereich einer ersten Stirnseite;

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4 im Bereich einer zweiten Stirnseite;

Fig. 7 eine Filtereinrichtung mit dem Filterelement von Figur 4 in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 8 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelements mit einem ersten und einem zweiten Filtermediumkörper in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 9 das Filterelement von Figur 8 in einer weiteren schematischen Schnittansicht, senkrecht zur Schnittebene von Figur 8;

Fig. 10 den zweiten Filtermediumkörper des Filterelements von Figur 8 in einer schematischen Perspektivansicht von schräg oben;

Fig. 1 1 eine unterseitige schematische Ansicht des zweiten Filtermediumkörpers von Figur 10;

Fig. 12 eine Prinzipskizze der Abdeckung von Stirnkanten des zweiten Filtermediumkörpers mit einem geschlitzten Seitenband;

Fig. 13 eine Filtereinrichtung mit dem Filterelement von Figur 8 in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 14 eine schematische Schnittansicht eines gefalteten Filtermediums enthaltend Aktivkohle;

Fig. 15 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle mit einem erfindungsgemäßen Filterelement als Kathodenluftfilter.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Filterelement 10, welches als Luftfilterelement ausgebildet ist. Das Filterelement 10 weist zwei ringförmige, hier hohlzylindrische, Filtermediumkörper 12, 14 auf. Der erste Filtermediumkörper 12 ist innerhalb des zweiten Filtermediumkörpers 14 angeordnet. Die beiden Filtermediumkörper 12, 14 umgreifen eine gemeinsame Längsachse 16. Das Filterelement 10 bzw. die beiden Filtermediumkörper 12, 14 sind fluidisch in Reihe geschaltet. Der zweite Filtermediumkörper 14 ist dem ersten Filtermediumkörper 12 nachgeschaltet. Das Filterelement 10 ist in dieser Ausführungsform von radial innen nach radial außen durchströmbar.

Der erste Filtermediumkörper 12 weist ein Filtermedium zur Partikelfiltration auf. Das Partikelfiltrationsmedium ist hier ein sternförmig gefaltetes Filterpapier. Alternativ könnte das Partikelfiltrationsmedium ein Tiefenfiltrationsmedium sein.

Der zweite Filtermediumkörper 14 weist ein Filtermedium 18 in Form eines Adsorptionsmediums auf, das hier Aktivkohle enthält. Der zweite Filtermediumkörper 14 dient zum Entfernen von Schadgasen aus dem zu filternden Luftstrom. Das adsorbierende Filtermedium 18 ist sternförmig gefaltet, vergleiche Figur 14. In Figur 14 ist ferner zu erkennen, dass bei dem adsorbierenden Filtermedium 18 eine Aktivkohlepartikel enthaltende Schicht 20 zwischen zwei Schichten von Filterpapier 22 eingeschlossen ist.

An einer ersten Stirnseite 24 und einer zweiten Stirnseite 26 sind die beiden Filtermediumkörper 12, 14 miteinander verbunden und gegeneinander abgedichtet, vgl. Figur 1.

An der ersten Stirnseite 24 ist der erste Filtermediumkörper 12 von einer ersten Endscheibe 28 eingefasst, vergleiche auch Figur 2. Die erste Endscheibe 28 ist eine offene Endscheibe mit einer zentralen Öffnung 30 zum Eintritt von zu filternder Luft. Die erste Endscheibe 28 kann aus Polyurethanschaum bestehen.

Der zweite Filtermediumkörper 14 ist an der ersten Stirnseite 24 von einem ersten Seitenband 32 eingefasst. Das erste Seitenband 32 ist mit ersten Stirnkanten 34 des Filtermediums 18 verklebt. Der zweite Filtermediumkörper 14 ist dadurch an der ersten Stirnseite 24 abgedichtet. Zudem verhindert das erste Seitenband 32 ein Austreten von Aktivkohlepartikeln.

Das erste Seitenband 32 steht nach radial innen über den zweiten Filtermediumkörper 14 vor. Lediglich im Bereich des Überstands ist das erste Seitenband 32 in die erste Endscheibe 28 eingebettet. Ein radial weiter außen befindlicher Teilbereich des ersten Seitenbands 32 liegt (auf der vom zweiten Filtermediumkörper 14 abgewandten Seite) frei. Die erste Endscheibe 28 kann an den ersten Filtermediumkörper 12 und den überstehenden Teilbereich des ersten Seitenbands 32 angespritzt sein.

An der zweiten Stirnseite 26 ist der erste Filtermediumkörper 12 von einer zweiten Endscheibe 36 eingefasst, vergleiche Figur 1 und Figur 3. Die zweite Endscheibe 36 ist eine geschlossene Endscheibe. Die zweite Endscheibe 36 kann aus Polyurethanschaum bestehen.

Der zweite Filtermediumkörper 14 ist an der zweiten Stirnseite 26 von einem zweiten Seitenband 38 eingefasst. Das zweite Seitenband 38 ist mit zweiten Stirnkanten 40 des Filtermediums 18 verklebt. Der zweite Filtermediumkörper 14 ist dadurch an der zweiten Stirnseite 26 abgedichtet. Zudem verhindert das zweite Seitenband 38 ein Austreten von Aktivkohlepartikeln.

Das zweite Seitenband 38 steht nach radial innen über den zweiten Filtermediumkörper 14 vor. Lediglich im Bereich des Überstands ist das zweite Seitenband 38 in die zweite Endscheibe 36 eingebettet. Ein radial weiter außen befindlicher Teilbereich des zweiten Seitenbands 38 liegt (auf der vom zweiten Filtermediumkörper 14 abgewandten Seite) frei. Die zweite Endscheibe 36 kann an den ersten Filtermediumkörper 12 und den überstehenden Teilbereich des zweiten Seitenbands 38 angespritzt sein.

Das erste und das zweite Seitenband 32, 38 können aus einem Vliesmaterial bestehen.

Figur 4 zeigt ein Filterelement 42 mit zwei seriell von radial außen nach radial innen durchströmbaren Filtermediumkörpern 12, 14. Beim Filterelement 42 ist der zweite Filtermediumkörper 14 innerhalb des ersten Filtermediumkörpers 12 angeordnet. Die beiden Filtermediumkörper 12, 14 sind im Wesentlichen wie oben beim Filterelement 10 beschrieben ausgebildet; insofern sei auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Nachfolgend werden vorrangig die Unterschiede zwischen den Filterelementen 10 und 42 beschrieben.

Der zweite Filtermediumkörper 14 ist an der ersten und zweiten Stirnseite 24, 26 mit einem ersten bzw. zweiten Seitenband 32, 38 versehen, vergleiche auch Figuren 5 und 6. An der ersten und zweiten Stirnseite 24, 26 sind zudem eine erste bzw. zweite Endscheibe 28, 36 vorgesehen. Die Endscheiben 28, 36 können aus Polyurethanschaum bestehen. Die Seitenbänder 32, 38 sind hier jeweils vollständig ins Material der ersten bzw. zweiten Endscheibe 28, 36 eingebettet, vergleiche auch Figuren 5 und 6. Die Endscheiben 28, 26 umschließen mit anderen Worten die Seitenbänder 32 bzw. 38 jeweils allseitig.

An einer von dem ersten Filtermediumkörper 12 abgewandten Umfangsfläche 44, hier also radial innen, ist ein Kaschiervlies 46 an dem zweiten Filtermediumkörper 14 angeordnet.

An der radial inneren Umfangsfläche 44 ist ferner ein Stützkörper 48, hier in Form eines gitterartigen Stützrohrs, angeordnet. Das Kaschiervlies 46 ist dabei zwischen dem Stützkörper 48 und dem zweiten Filtermediumkörper 14 aufgenommen. Es versteht sich, dass der Stützkörper 48 auch vorhanden sein könnte, wenn das Kaschiervlies 46 nicht vorgesehen sein sollte.

Figur 7 zeigt eine Filtereinrichtung 50 mit dem Filterelement 42, das in einem Gehäuse 52 aufgenommen ist. Ein Einlass 54 ermöglicht den Eintritt von zu filternder Luft zur Außenseite des Filterelements 42. Gefilterte Luft ist durch einen Auslass 56 aus dem Innenraum des Filterelements 42 abführbar.

Die erste Endscheibe 28 ist eine offene Endscheibe mit einer zentralen Öffnung 30. Die erste Endscheibe 28 weist einen Dichtwulst 58 (vergleiche auch Figuren 4 und 5) zur Abdichtung gegen das Gehäuse 50 auf. Hier umgreift der Dichtwulst 58 den Auslass 56.

An der zweiten Stirnseite 26 ist das Filterelement 42 geschlossen, wobei der Stützkörper 48 die zweite Endscheibe 36 radial innen verschließt. Derart wird eine Luftströmung vom Einlass 54 her zunächst durch den ersten Filtermediumkörper 12 und sodann durch den zweiten Filtermediumkörper 14 geleitet, bevor die Luftströmung am Auslass 56 das Gehäuse 50 verlässt.

Figuren 8 und 9 zeigen ein Filterelement 60, welches einen ovalen Querschnitt aufweist. Das Filterelement 60 ist von radial innen nach radial außen durchströmbar. Ein erster Filtermediumkörper 12 ist innerhalb eines zweiten Filtermediumkörpers 14 angeordnet. Der erste Filtermediumkörper 12 weist ein Filtermedium zur Partikelfiltration auf. Der zweite Filtermediumkörper 14 weist ein gefaltetes Filtermedium 18 in Form eines Adsorptionsmediums auf, das hier Aktivkohle enthält. Das Filterelement 60 und insbesondere die beiden Filtermediumkörper verjüngen sich entlang ihrer gemeinsamen Längsachse 16 von einer ersten Stirnseite 24 zu einer zweiten Stirnseite 26 hin. An der ersten Stirnseite 24 ist eine offene erste Endscheibe 28 angeordnet, welche sowohl den ersten Filtermediumkörper 12 als auch den zweiten Filtermediumkörper 14 einfasst. Ein erstes Seitenband 32, welches erste Stirnkanten 34 des zweiten Filtermediumkörpers 14 abdeckt, ist vollständig in die erste Endscheibe 28 eingebettet.

An der zweiten Stirnseite 26 ist eine geschlossene zweite Endscheibe 36 angeordnet, welche sowohl den ersten Filtermediumkörper 12 als auch den zweiten Filtermediumkörper 14 einfasst. Ein zweites Seitenband 38, welches zweite Stirnkanten 40 des zweiten Filtermediumkörpers 14 abdeckt, ist vollständig in die zweite Endscheibe 36 eingebettet.

Ein Stützkörper 48 in Form eines gitterartigen Außenkäfigs umgreift den zweiten Filtermediumkörper 14 an einer äußeren Umfangsfläche 62. Zwischen dem Stützkörper 48 und dem zweiten Filtermediumkörper 14 kann ein Kaschiervlies 46 angeordnet sein.

In Figuren 10 und 11 ist der zweite Filtermediumkörper 14 des Filterelements 60 dargestellt. Der zweite Filtermediumkörper 14 ist aus zwei Filterbälgen 64, 66 zusammengesetzt, die jeweils durch zick-zack-för- miges Falten des Aktivkohle enthaltenden, Schadgase adsorbierenden Filtermediums 18 erhalten sind, vergleiche auch Figur 14. Die Filterbälge 64, 66 sind an ihren Kopfseiten 68 jeweils durch Kopfbänder 70 abgedichtet, welche an den jeweiligen Filterbalg 64, 66 angeklebt sind. Die Kopfbänder 70 können aus einem Vliesmaterial bestehen und L-förmig abgewinkelt sein, wobei sich ein kurzer Schenkel umfangsseitig, hier innenumfangsseitig, am zweiten Filtermediumkörper 14 erstreckt. Um den ringförmig geschlossenen zweiten Filtermediumkörper 14 zu erhalten, sind die Filterbälge 64, 66 gebogen und es ist jeweils ein Kopfband 70 des Filterbalgs 64 mit einem Kopfband 70 des Filterbalgs 66 flächig verklebt. Derart sind die beiden Filterbälge 64, 66 an ihren beiden Kopfseiten 68 jeweils mit einer Kopfseite des anderen Filterbalgs 64, 66 luftdicht verbunden.

In entsprechender Weise können auch die zweiten Filtermediumkörper 14 der Filterelemente 10 oder 42 aus mehreren Filterbälgen zusammengesetzt sein. Es versteht sich, dass die zweiten Filtermediumkörper 14 der Filterelemente 10, 42 oder 60 jeweils auch aus einem einzigen Filterbalg erhalten sein können, dessen beide Kopfbänder miteinander verklebt sind, um den Filtermediumkörper 14 in Umfangsrichtung zu schließen. Ebenso könnten die zweiten Filtermediumkörper 14 der Filterelemente 10, 42 oder 60 aus mehr als zwei Filterbälgen zusammengesetzt sein.

Die Seitenbänder 32, 38 sind hier zweiteilig ausgebildet, wobei jeweils ein Teilstück 32a, 32b bzw. 38a, 38b des ersten bzw. zweiten Seitenbands 32, 38 mit einem der Filterbälge 64, 66 verbunden ist.

Die beiden Seitenbänder 32, 38 sind hier jeweils mit Schlitzen 72, 74 versehen. Am ersten Seitenband 32 erstrecken sich die Schlitze 72 von einer Außenkante 76 nach radial innen, vergleiche Figur 10. Am zweiten Seitenband 38 erstrecken sich die Schlitze 74 von einer Innenkante 78 nach radial außen, vergleiche Figur 11. Die Schlitze 72, 74 durchgreifen die Seitenbänder 32, 38 in Breitenrichtung (radialer Richtung des Filterelements 60) nicht vollständig. In Figur 12 ist beispielhaft für das erste Seitenband 32 dargestellt, dass die Schlitze 72 sich jeweils in eine nach außen offene Falte 79 hineinerstrecken. Dabei greift in jede Falte 79 genau ein Schlitz 72 ein.

In entsprechender Weise erstrecken die Schlitze 74 des zweiten Seitenbands 38 sich jeweils in eine nach innen offene Falte 81 hinein (nicht näher dargestellt). Auch am zweiten Seitenband 38 kann genau ein Schlitz 74 in jede Falte 81 eingreifen.

Figur 13 zeigt eine Filtereinrichtung 82 mit dem Filterelement 60, das in einem Gehäuse 52 aufgenommen ist. Ein Einlass 54 ermöglicht den Eintritt von zu filternder Luft in den Innenraum des Filterelements 60. Gefilterte Luft ist durch einen Auslass 56 von der Außenseite des Filterelements 60 abführbar. Bei dieser Ausführungsform liegt das Filterelement 60 mit einer am Stützkörper 48 vorgesehenen Dichtung 84 dichtend am Gehäuse 52 an, um den Einlass 54 von dem Auslass 56 zu trennen. Zwischen der Dichtung 84 und der ersten Endscheibe 28 ist der Stützkörper 48 geschlossen, um eine Durchströmung zunächst des ersten Filtermediumkörpers 12 und sodann des zweiten Filtermediumkörpers 14 zu erzwingen.

Figur 15 zeigt eine Brennstoffzelle 86. Die Brennstoffzelle 86 weist eine Anode 88, eine Kathode 90 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 92 auf. Die Anode 88 und die Kathode 90 können nach außen je an eine Gasdiffusionslage 93 angrenzen. Die Anode 88 und die Kathode 90 können zwischen Seitenteilen 94, 96 einer Bipolarplatte 98 aufgenommen sein. Durch das Seitenteil 94 der Bipolarplatte 98 ist Wasserstoff von einem Wasserstoffeinlass 100 zu der Anode 88 leitbar. Durch das Seitenteil 96 der Bipolarplatte 98 ist Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft von einem Lufteinlass 102 zu der Kathode 90 leitbar. Zwischen dem Lufteinlass 102 und der Kathode 88 ist eine Filtereinrichtung mit einem in einem Gehäuse 52 angeordneten Filterelement vorgesehen. Das Filterelement kann eines der oben beschriebenen Filterelemente 10, 42 oder 60 sein; die Filtereinrichtung kann entsprechend eine oben beschriebene Filtereinrichtung 50 oder 82 sein. Das Filterelement 10, 42, 60 fungiert somit als ein Kathodenluftfilter. In der Brennstoffzelle 86 entstehendes Wasser ist durch einen Wasserauslass 104 ableitbar. Elektrische Verbindungen der Brennstoffzelle 86 sind nicht näher dargestellt.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein zweistufiges Filterelement mit einem inneren und einem äußeren Filtermedienkörper, die seriell durchströmbar sind. Der innere Filtermediumkörper ist in einem Innenraum des äußeren Filtermediumkörpers angeordnet. Zumindest einer der Filtermediumkörper weist ein gefaltetes Filtermedium, vorzugsweise enthaltend Aktivkohle, auf, welches stirnseitig von einem Seitenband abgedeckt ist. Das Seitenband ist in Umfangsrichtung durchgängig zumindest in einem radialen Teilbereich in eine Endscheibe eingebettet, welche den anderen Filtermediumkörper stirnseitig abdichtet. Die Endscheibe kann auch den gefalteten Filtermediumkörper mit dem Seitenband abdichten, wobei das Seitenband vollständig in die Endscheibe eingebettet sein kann. Das Seitenband kann im in die Endscheibe eingebetteten Bereich Schlitze aufweisen. Bezugszeichenliste

Filterelement 10 erster Filtermediumkörper 12 zweiter Filtermediumkörper 14

Längsachse 16

Filtermedium 18

Aktivkohlepartikel enthaltende Schicht 20

Filterpapierschicht 22 erste Stirnseite 24 zweite Stirnseite 26 erste Endscheibe 28 zentrale Öffnung 30 erstes Seiten band 32

Teilstücke 32a, 32b des ersten Seitenbands 32 erste Stirnkanten 34 zweite Endscheibe 36 zweites Seitenband 38

Teilstücke 38a, 38b des ersten Seitenbands 38 zweite Stirnkanten 40

Filterelement 42

Umfangsfläche 44

Kaschiervlies 46

Stützkörper 48

Filtereinrichtung 50

Gehäuse 52

Einlass 54

Auslass 56

Dichtwulst 58

Filterelement 60

Umfangsfläche 62

Filterbälge 64, 66

Kopfseiten 68

Kopfbänder 70

Schlitze 72, 74

Außenkante 76

Innenkante 78

Falten 79, 81

Filtereinrichtung 82

Dichtung 84

Brennstoffzelle 86

Anode 88

Kathode 90

Elektrolyt 92

Gasdiffusionslage 93

Seitenteile 94, 96

Bipolarplatte 98

Wasserstoffeinlass 100

Lufteinlass 102

Wasserauslass 104

Claims

Ansprüche

1. Filterelement (10; 42; 60), insbesondere Gasfilterelement, mit einem ersten und einem zweiten ringförmigen Filtermediumkörper (12, 14), wobei einer der Filtermediumkörper (12, 14) innerhalb des anderen Filtermediumkörpers (12,

14) angeordnet ist und wobei die beiden Filtermediumkörper (12, 14) nacheinander durchströmbar sind, wobei das Filterelement (10; 42; 60) an einer Stirnseite (24) eine Endscheibe (28) aufweist, wobei zumindest der zweite Filtermediumkörper (14) ein gefaltetes Filtermedium (18) aufweist, wobei Stirnkanten (34) des gefalteten Filtermediums (18) des zweiten Filtermediumkörpers (14) an der Stirnseite (24) von einem Seitenband (32) abgedichtet sind, und wobei das Seitenband (32) zumindest teilweise in die Endscheibe (28) eingebettet ist.

2. Filterelement (10) nach Anspruch 1 , wobei das Seitenband (32) in radialer Richtung über das gefaltete Filtermedium (18) des zweiten Filtermediumkörpers (14) vorsteht.

3. Filterelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei nur ein radialer Teilbereich des Seitenbands (32) in die Endscheibe (28) eingebettet ist.

4. Filterelement (42; 60) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Seitenband (32) vollständig in die Endscheibe (28) eingebettet ist.

5. Filterelement (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Filtermediumkörper (14) mit dem Seitenband (32) radial innerhalb des ersten Filtermediumkörpers (12) angeordnet ist.

6. Filterelement (10; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Filtermediumkörper (14) mit dem Seitenband (32) den ersten Filtermediumkörper (12) außenseitig umgibt.

7. Filterelement (10; 42; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seitenband (32) ein Vliesmaterial, insbesondere ein Filtervlies, ein Gewebe, insbesondere ein Filtergewebe, oder einen Gitterstoff, insbesondere ein Filtergitter, enthält.

8. Filterelement (10; 42; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Filtermediumkörper (14) wenigstens einen gefalteten Filterbalg (64, 66) aufweist, dessen Kopfseiten (68) durch Kopfbänder (70) abgedichtet sind, wobei die Ringform des zweiten Filtermediumkörpers (14) durch Verkleben zweier Kopfbänder (70) miteinander erhalten ist.

9. Filterelement (10; 42; 60) nach Anspruch 8, wobei der zweite Filtermediumkörper (14) aus wenigstens zwei Filterbälgen (64, 66) erhalten ist, wobei in Umfangsrichtung aneinandergrenzende Filterbälge (64, 66) an ihren jeweiligen Kopfbändern (70) miteinander verklebt sind.

10. Filterelement (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (60) sich in axialer Richtung verjüngt.

11 . Filterelement (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seitenband (32) Schlitze (72) aufweist, die sich in Falten (79) des zweiten Filtermediumkörpers (14) hineinerstrecken.

12. Filterelement (60) nach Anspruch 11 , wobei zumindest in einem Teilbereich umfassend wenigstens fünf aufeinanderfolgende, an einer gemeinsamen Umfangsseite offene Falten (79), bevorzugt über den gesamten Umfang, des zweiten Filtermediumkörpers (14), je ein Schlitz (72) sich in jede an der gemeinsamen Umfangsseite offene Falte (79) des Teilbereichs hineinerstreckt.

13. Filterelement (10; 42; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (10; 42; 60) an einer zweiten Stirnseite (26) eine zweite Endscheibe (36) aufweist, wobei Stirnkanten (40) des zweiten Filtermediumkörpers (14) an der zweiten Stirnseite (26) von einem zweiten Seitenband (38) abgedichtet sind, und wobei das zweite Seitenband (38) zumindest teilweise in die zweite Endscheibe (36) eingebettet ist.

14. Filterelement (60) nach Anspruch 13 und nach Anspruch 11 oder 12, wobei das zweite Seitenband (38) Schlitze (74) aufweist, die sich in die Falten (81) des zweiten Filtermediumkörpers (14) hineinerstrecken, wobei die Schlitze (74) an einem der Seitenbänder (38) von seiner Innenkante (78) ausgehen und wobei die Schlitze (72) an dem anderen Seitenband (32) von seiner Außenkante (76) ausgehen.

15. Filterelement (10; 42; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gefaltete Filtermedium (18) des zweiten Filtermediumkörpers (14) Aktivkohle enthält.

16. Filterelement (10; 42; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer von dem ersten Filtermediumkörper (12) abgewandten Umfangsfläche (44; 62) des zweiten Filtermediumkörpers (14) ein Kaschiervlies (46) angeordnet ist.

17. Filterelement (42; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer von dem ersten Filtermediumkörper (12) abgewandten Umfangsfläche (44; 62) des zweiten Filtermediumkörpers (14) ein Stützkörper (48) angeordnet ist.

18. Verwendung eines Filterelements (10; 42; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als Katho- denluftfilter einer Brennstoffzelle (86).

19. Brennstoffzelle (86) mit einer Anode (88) und einer Kathode (90), zwischen denen ein Elektrolyt (92) angeordnet ist, und mit einem Filterelement (10; 42; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, durch welches Luft zu der Kathode (90) leitbar ist.