ITTO20120185A1 - Cartuccia filtro aria per motori endotermici, suo metodo di fabbricazione e filtro aria che incorpora detta cartuccia. - Google Patents

Description

Cartuccia filtro aria per motori endotermici, suo metodo di fabbricazione e filtro aria che incorpora detta cartuccia Air filter cartridge for I.C. motors, method for its manufacture and air filter incorporating said cartridge

DESCRIZIONE

Settore della Tecnica

La presente invenzione concerne una cartuccia filtro aria per motori endotermici, il suo metodo di fabbricazione ed un filtro aria che incorpora detta cartuccia.

Arte Nota

Nel settore dei motori endotermici, in particolare dei motori destinati ad equipaggiare veicoli terrestri, à ̈ noto l’impiego di filtri per la purificazione dell’aria in ingresso nel circuito di aspirazione del motore.

I filtri aria noti possono essere di vario genere ed assumere forme diverse, a seconda della collocazione e degli usi. I filtri noti possono comprendere un’unità intercambiabile, denominata cartuccia, la quale può essere ad esempio realizzata in materiale a base di cellulosa o simile, ad esempio carta pieghettata. La cartuccia à ̈ generalmente alloggiata all’interno di un involucro dotato di coperchio e di aperture di ingresso e uscita per l’aria. Involucro e coperchio possono essere realizzati in materiale plastico e fra di essi può essere prevista una guarnizione di tenuta per consentire all’aria di entrare o uscire dall’involucro solamente attraverso le apposite aperture di ingresso e uscita senza che si verifichino trafilamenti fra involucro e coperchio.

Attualmente, in particolare nel settore dei veicoli terresti, à ̈ fortemente sentita l’esigenza di disporre di filtri aria compatti, ossia dall’ingombro ridotto, con elevate capacità di separazione del pulviscolo ed in grado di produrre un ridotto differenziale di pressione “∆P†fra l’ingresso e l’uscita per l’aria, ossia fra il condotto a monte e a valle del filtro nel verso di percorrenza dell’aria.

Per soddisfare questa esigenza sono state proposte in passato numerose architetture e forme, sia dell’involucro che ospita la cartuccia, sia della cartuccia stessa. Forme recenti di filtri prevedono cartucce a pannello a forma di parallelepipedo disposti a “V†all’interno di un involucro prismatico.

EP 1189675 descrive una cartuccia avente configurazione a “V†comprendente due pannelli rettangolari di materiale filtrante, in cui il materiale filtrante à ̈ carta pieghettata. La carta pieghettata definisce una serie di corrugamenti e di scanalature parallele ed à ̈ orientata in modo tale che quando il pacco a “V†à ̈ posizionato in orientamento verticale le pieghe della carta si estendano anch’esse verticalmente. Secondo questa disposizione, l’aria entra nel filtro secondo una direzione sostanzialmente parallela ai corrugamenti ed alle scanalature della cartuccia filtrante.

Questo tipo di disposizione a “V†si à ̈ rivelata promettente per lo sviluppo di cartucce filtranti compatte ed efficienti.

Uno dei problemi che si incontrano nello sviluppo dei filtri aria à ̈ quello di come aumentare la capacità di separazione, mantenendo immutate le dimensioni esterne del filtro e conseguentemente il suo ingombro o, più preferibilmente, riducendo tale ingombro.

Generalmente la capacità di separazione può essere incrementata aumentando la superficie del materiale filtrante che intercetta il flusso di aria da purificare. Questa via non rappresenta tuttavia una soluzione praticabile in quanto non risolve, ma anzi accentua, il problema dell’ingombro del filtro. L’aumento della superficie filtrante ottenuto aumentando le dimensioni della cartuccia, comporta infatti l’aumento delle dimensioni e dell’ingombro dell’involucro.

Nel tentativo di risolvere il problema suddetto, nel settore dei veicoli terrestri ad esempio, vengono attualmente proposti filtri configurati per sfruttare al meglio i volumi disponibili nel vano motore. Tali filtri presentano pertanto forme irregolari e comportano un costo di progettazione e di realizzazione elevato.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di risolvere il problema enunciato, provvedendo un filtro aria dalle prestazioni migliorate e dall’ingombro ridotto.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di provvedere un filtro aria per motori endotermici, di forma regolare e che si presti pertanto ad essere montato su una vasta gamma di veicoli.

Uno scopo ulteriore dell’invenzione à ̈ quello di provvedere un filtro del tipo suddetto, che possa essere realizzato a costi contenuti e che si presti pertanto ad una produzione industriale su vasta scala.

Non ultimo scopo dell’invenzione à ̈ quello di provvedere un metodo di fabbricazione del filtro aria secondo l’invenzione, che consenta di realizzare filtri aria standardizzati di elevata efficienza ed a costi ridotti.

Descrizione dell’Invenzione

Gli scopi suddetti sono ottenuti con un filtro aria ed un metodo per la sua fabbricazione, come rivendicato nelle unite rivendicazioni.

Vantaggiosamente, la previsione di una cartuccia a “V†dotata di almeno un pannello avente spessore non uniforme consente di risolvere il problema di come incrementare la capacità di separazione del filtro riducendone le dimensioni complessive.

Lo spessore del pannello della cartuccia a “V†à ̈ determinato in modo da definire una corrispondente superficie filtrante di ampiezza variabile in funzione della distanza dall’apertura di ingresso dell’aria nell’involucro del filtro e della direzione di impatto dell’aria contro il pannello.

Vantaggiosamente, in una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, la cartuccia filtro ha una configurazione a “V†singola o multipla “VV…VV†e presenta uno spessore crescente man mano che ci si allontana dall’apertura di ingresso dell’aria nell’involucro che ospita la cartuccia.

Descrizione Sintetica delle Figure

Alcune forme preferite di realizzazione dell’invenzione saranno descritte a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure allegate in cui:

- la Figura 1 à ̈ una vista prospettica dall’alto di una cartuccia filtro realizzata secondo l’invenzione;

- la Figura 2 à ̈ una sezione trasversale della cartuccia lungo il piano “P†di Figura 1;

- la Figura 3 Ã ̈ una sezione trasversale lungo un piano perpendicolare alle pieghe della carta, di un pannello della cartuccia di Figura 1;

- la Figura 4 à ̈ una sezione trasversale schematica di un filtro dotato di una cartuccia in una prima forma di realizzazione dell’invenzione;

- la Figura 5 à ̈ una sezione trasversale schematica di un filtro dotato di una cartuccia in una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;

- la Figura 6 à ̈ una sezione trasversale schematica di un filtro dotato di una cartuccia in una terza forma di realizzazione dell’invenzione;

- le Figure da 7A a 7D mostrano schematicamente altrettante fasi del metodo di fabbricazione della cartuccia filtro secondo l’invenzione.

Descrizione di alcune forme preferite di realizzazione

In tutte le figure annesse sono stati usati gli stessi riferimenti numerici per contraddistinguere componenti uguali o funzionalmente equivalenti, inoltre le frecce nei disegni indicano il verso di percorrenza dell’aria quando il filtro à ̈ in uso.

Riferendoci alla Figure 1 e 2, à ̈ illustrata una cartuccia filtro aria, in particolare per motori endotermici, realizzata secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione e indicata complessivamente con il riferimento 11.

Nella forma di realizzazione illustrata, la cartuccia 11 comprende un corpo 13 in cui sono definite, nel verso di percorrenza dell’aria da filtrare (ossia dall’alto verso il basso nelle Figure 1 e 2), una faccia di monte 15 ed una faccia di valle 17 della cartuccia. Sempre con riferimento alla forma di realizzazione illustrata, dette faccia di monte 15 e di valle 17 sono sostanzialmente piane e giacciono su piani sostanzialmente paralleli fra loro. In altre forme di realizzazione della cartuccia, potrà essere previsto tuttavia che detti piani risultino non paralleli o che le facce 15,17 siano non piane, ad esempio curve.

Nell’esempio illustrato il corpo 13 ha inoltre una forma a parallelepipedo, tuttavia sarà possibile realizzare detto corpo 13 anche in altre forme, ad esempio cubica.

Il corpo 13 comprende almeno una coppia di pannelli 19a,19b di materiale filtrante, disposti secondo una configurazione a “V†, cosicché almeno un canale 21 per il passaggio dell’aria da detta faccia di monte 15 verso detta faccia di valle 17 risulta definito fra i pannelli 19a,19b.

Come meglio visibile in Figura 3, il materiale filtrante di almeno uno dei pannelli 19a,19b comprende un foglio 23 di materiale filtrante in cui sono definiti, su superfici opposte dello stesso, una successione di corrugamenti 25 e di scanalature 27.

Nelle figure annesse detti corrugamenti 25 e scanalature 27 sono rappresentati schematicamente e la loro ampiezza e passo sono rappresentati a puro titolo esemplificativo.

Ad esempio il foglio 23 potrà consistere in un foglio di carta per filtri aria, corrugato mediante una macchina piegatrice di tipo noto, ad esempio una piegatrice a coltelli, come quella descritta in EP-A-2168649. Il foglio 23 potrà essere ad esempio in carta tradizionale per filtri aria, o in un materiale a base di nano fibre.

Secondo l’invenzione almeno due dei corrugamenti 25 di almeno uno dei pannelli 19a,19b hanno altezze rispettivamente H1,H2 diverse fra loro. Corrispondentemente, le scanalature 27, definite sulla faccia opposta degli stessi pannelli, in corrispondenza dei corrugamenti 25 di altezza diversa, avranno profondità, rispettivamente, P1,P2, diverse fra loro. Conseguentemente, il corrispondente pannello 19a,19b avrà uno spessore “S†non uniforme.

Riferendoci nuovamente alle Figure 1 e 2, nella forma di realizzazione illustrata, l’altezza dei corrugamenti 25 in almeno una porzione 20 dei pannelli 19a,19b cresce progressivamente dalla faccia di monte 15 alla faccia di valle 17 della cartuccia 11. In altre forme di realizzazione sarà possibile viceversa prevedere che l’altezza dei corrugamenti 25, in almeno una porzione dei pannelli 19a,19b, decresca progressivamente dalla faccia di monte 15 alla faccia di valle 17. In altre forme di realizzazione ancora sarà possibile prevedere che uno solo dei pannelli 19a,19b presenti corrugamenti 25 di altezza crescente o decrescente per almeno una porzione del pannello. Secondo l’invenzione sarà anche possibile prevedere che l’altezza dei corrugamenti 25 vari secondo una legge lineare o secondo altri profili.

Nell’esempio illustrato i corrugamenti 25 e le corrispondenti scanalature 27 sono paralleli fra loro e sono paralleli a detta faccia di monte 15 e di valle 17 della cartuccia.

Sempre con riferimento all’esempio illustrato, il materiale filtrante di entrambi i pannelli 19a,19b della almeno una coppia di pannelli appartenenti alla cartuccia 11, comprende un foglio corrugato 23 in cui i corrugamenti 25 hanno altezza diversa fra loro e decrescente dalla faccia di monte 15 a quella di valle 17 della cartuccia 11, per almeno una porzione 20. Una eventuale restante porzione 22 del pannello presenta invece spessore uniforme essendo detti corrugamenti 25 di altezza uguale.

I pannelli 19a,19b definiscono inoltre una faccia di monte 29 ed una faccia di valle 31 dei pannelli nel verso di percorrenza dell’aria da filtrare. Si noti che sempre secondo l’invenzione sarà anche possibile prevedere una disposizione capovolta in cui la faccia di monte sia quella indicata con il riferimento 31 e quella di valle quella indicata con il riferimento 29.

Nell’esempio illustrato, la faccia di monte 29 e di valle 31 dei pannelli sono sostanzialmente piane e fra loro non parallele, per almeno una porzione 20 del corrispondente pannello. In altre forme di realizzazione la faccia di monte 29 e di valle 31 potranno essere non parallele per tutta la lunghezza del pannello e/o non piane, ad esempio curve.

Secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, almeno uno dei pannelli 19a,19b della cartuccia 11 ha sezione trasversale, ossia parallela al piano “P†di Figura 1, sostanzialmente trapezoidale, a trapezio rettangolo nell’esempio illustrato, per almeno una porzione 20 di esso.

Le facce 33,35 dei pannelli 19a,19b rivolte verso la faccia di monte 15 e la faccia di valle 17 della cartuccia, rispettivamente, sono preferibilmente dotate di un corrispondente fondello 34 e 18, rispettivamente. I fondelli 34 e 18, se presenti, possono eventualmente essere impermeabili all’aria e/o avere funzione di irrigidimento della struttura della cartuccia 11. E’ noto infatti che man mano che la cartuccia 11 si intasa di sporcizia durante l’uso, aumentano le perdite di carico e conseguentemente la pressione esercitata sul fondello stesso. La faccia di monte 15 della cartuccia 11 à ̈ aperta nella zona compresa fra i due pannelli 19a,19b per consentire l’ingresso dell’aria nel canale 21 definito fra i pannelli 19a,19b, mentre la faccia di valle 17 della cartuccia 11 à ̈ chiusa, ad esempio mediante il fondello 18, per impedire l’uscita dell’aria attraverso detta faccia di valle 17 obbligandola a fluire solo lateralmente attraverso il materiale filtrante dei pannelli 19a,19b. Le estremità opposte delle scanalature 27 sono inoltre preferibilmente chiuse da piastre laterali 26, preferibilmente incollate o saldate ai pannelli 19a,19b, così da sigillare le rispettive estremità opposte di dette scanalature 27.

Riferendoci alle Figure 4 e 5, la cartuccia 11 secondo l’invenzione può essere vantaggiosamente incorporata in un filtro 51 per purificare l’aria destinata ad un motore endotermico, ad esempio di un veicolo terrestre.

Il filtro aria 51 secondo l’invenzione comprende un involucro 53 dotato di apertura 55 di ingresso per l’aria da filtrare e di apertura 57 di uscita per l’aria filtrata ed ospita al suo interno una cartuccia filtro 11 realizzata secondo l’invenzione.

Fra la cartuccia 11 e l’involucro 53 à ̈ prevista una guarnizione di tenuta 37 perimetrale, che circonda la faccia di monte 15 del corpo 13 della cartuccia 11.

Le disposizioni di Figura 4 e 5 si differenziano fra loro per il fatto che nella disposizione di Figura 4 à ̈ prevista una cartuccia 11 in cui l’altezza dei corrugamenti cresce dalla faccia di monte 15 aperta della cartuccia verso la faccia di valle 17 chiusa della cartuccia, mentre nella disposizione di Figura 5, viceversa, l’altezza dei corrugamenti 25 decresce dalla faccia di monte 15 aperta della cartuccia verso la faccia di valle 17 chiusa.

Riferendoci ora alla Figura 6 à ̈ illustrata una seconda forma di realizzazione della cartuccia secondo l’invenzione in cui sono previste due coppie di pannelli 19a’,19b’ e 19a†,19b†. La cartuccia secondo questa forma di realizzazione à ̈ complessivamente indicata con il riferimento 111 ed à ̈ incorporata in un filtro 151 dotato di involucro 153.

In questa forma di realizzazione il corpo 113 della cartuccia 111 comprende pannelli 19a’,19b’ e 19a†,19b†i quali presentano ciascuno una porzione 20 in cui i corrugamenti 25 hanno altezza crescente dalla faccia di monte 15 della cartuccia verso la faccia di valle 17 ed una porzione 22 in cui l’altezza dei corrugamenti 25 à ̈ sostanzialmente costante.

Secondo questa disposizione, le coppie di pannelli 19a’,19b’ e 19a†,19b†sono affiancate in modo da definire un canale 24 di ampiezza idonea per l’uscita dell’aria fra i due pannelli adiacenti 19b’,19b†. Inoltre, il canale 24 à ̈ chiuso in corrispondenza della faccia di monte 15 e per questa ragione le facce 33 dei pannelli adiacenti 19b’,19b†che si trovano al centro della cartuccia 111, sono fra loro unite ad esempio mediante un unico fondello 134, che si estende fra i due pannelli senza soluzione di continuità.

Con riferimento in particolare alle Figure da 7A a 7D, il metodo di fabbricazione di una cartuccia filtro aria per motori endotermici secondo l’invenzione comprende principalmente le fasi di:

- prevedere un foglio di materiale filtrante 23, ad esempio in rotolo;

- corrugare detto foglio 23 in modo da formare, su superfici opposte dello stesso, una successione di corrugamenti 25 e scanalature 27 in cui almeno due corrugamenti 25 hanno altezza diversa fra loro;

- chiudere le estremità opposte delle scanalature 27 così da ottenere un pannello 19a,19b di materiale filtrante;

- associare in una configurazione a “V†detto pannello corrugato 19a,19b ad un secondo pannello oppure ripiegare su se stesso in una configurazione a “V†detto pannello corrugato 19a,19b, così da definire un corpo 13 di cartuccia in cui sono definite, nel verso di percorrenza dell’aria da filtrare, una faccia di monte 15 ed una faccia di valle 17 della cartuccia, ed un canale 21 fra i pannelli 19a,19b per il passaggio dell’aria.

La fase di corrugamento del foglio 23 può avvenire ad esempio partendo da un nastro di carta il quale viene sottoposto ad un’operazione di piegatura tramite una piegatrice a coltelli elettronica 211, in grado di piegare ad altezza variabile progressiva il mezzo filtrante. In tal modo il risultato sarà una serie continua di piramidi di carta pieghettata come illustrato in Figura 7A, in cui la freccia F1 indica il verso di avanzamento del flusso produttivo.

In tal caso il nastro pieghettato 23 viene tagliato nella dimensione desiderata e dopo questa operazione di taglio, il pacco 10 di carta pieghettata viene introdotto in un apposito stampo 213 dove, grazie alla temperatura raggiunta ed alla deposizione di cordoni di colla trasversali 39, il pacco 10 viene conformato e mantenuto con le pieghe distanziate correttamente come visibile in Figura 7B.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione il pacco 10 con i cordoni 39 di colla di rinforzo, viene ripiegato su se stesso sostanzialmente a metà a formare un doppio trapezio contiguo come visibile in Figura 7C e, se necessario, il pacco viene inserito in un elemento di rinforzo ad “U†41 in rete metallica o di plastica.

Successivamente il pacco a “V†viene introdotto in una macchina rotativa 215 che consente la chiusura delle pareti laterali del pannello 10 tramite materiale sigillante, ad esempio tramite le piastre 26 incollate alle pareti laterali del materiale filtrante. Questa operazione viene generalmente condotta in due passaggi, prima un lato del pacco 10 e poi l’altro.

L’operazione conclusiva del metodo prevede di introdurre il pacco filtrante 10 dentro uno stampo per la schiumatura della guarnizione 37 di poliuretano, necessaria alla tenuta della cartuccia 11 così ottenuta con l’involucro in cui sarà ospitata.

Il filtro ed il metodo così come descritti ed illustrati sono suscettibili di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Cartuccia filtro aria (11;111) per motori endotermici comprendente un corpo (13;113) in cui sono definite, nel verso di percorrenza dell’aria da filtrare, una faccia di monte (15) ed una faccia di valle (17) della cartuccia, detto corpo (13) comprendendo almeno una coppia di pannelli (19a,19b; 19a’,19b’,19a†,19b†) di materiale filtrante disposti sostanzialmente a “V†, cosicché almeno un canale (21) per il passaggio dell’aria à ̈ definito fra i pannelli di detta almeno una coppia di pannelli, il materiale filtrante di almeno uno dei pannelli comprendendo un foglio corrugato (23) di materiale filtrante in cui sono definiti, su superfici opposte dello stesso, una successione di corrugamenti (25) e scanalature (27), caratterizzata dal fatto che almeno due dei corrugamenti di almeno uno di detti pannelli hanno altezza diversa fra loro.
2. 2. Cartuccia secondo la rivendicazione 1, in cui l’altezza dei corrugamenti in almeno una porzione (20) di almeno uno dei pannelli (19a,19b;19a’,19b’,19a†,19b†) cresce progressivamente dalla faccia di monte (15) alla faccia di valle (17) della cartuccia o viceversa.
3. 3. Cartuccia secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i corrugamenti (25) e le corrispondenti scanalature (27) sono parallele fra loro e sono parallele a detta faccia di monte (15) e di valle (17) della cartuccia.
4. 4. Cartuccia secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, in cui il materiale filtrante di entrambi i pannelli (19a,19b;19a’,19b’,19a†,19b†) della almeno una coppia di pannelli comprende un foglio corrugato (23) in cui i corrugamenti (25) hanno altezza diversa fra loro.
5. 5. Cartuccia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i pannelli definiscono una faccia di monte (29) ed una faccia di valle (31) dei pannelli nel verso di percorrenza dell’aria da filtrare ed in cui dette faccia di monte e di valle dei pannelli sono fra loro non parallele.
6. 6. Cartuccia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno uno dei pannelli (19a,19b;19a’,19b’,19a†,19b†) ha sezione trasversale trapezoidale.
7. 7. Cartuccia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la faccia di monte (15) della cartuccia à ̈ aperta per consentire l’ingresso dell’aria nel canale (21) definito fra i pannelli e la faccia di valle (17) della cartuccia à ̈ chiusa per impedire l’uscita dell’aria.
8. 8. Filtro aria per motori endotermici comprendente un involucro (51;151) dotato di apertura (55) di ingresso per l’aria da filtrare e di apertura (57) di uscita per l’aria filtrata, caratterizzato dal fatto di comprendere una cartuccia filtro (11;111) realizzata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.
9. 9. Filtro secondo la rivendicazione 8, in cui fra la cartuccia (11;111) e l’involucro (51;151) à ̈ prevista una guarnizione di tenuta (37) che circonda la faccia di monte (15) del corpo (13;113) della cartuccia.
10. 10. Metodo di fabbricazione di una cartuccia filtro aria per motori endotermici comprendente le fasi di: - prevedere un foglio di materiale filtrante (23); - corrugare detto foglio (23) in modo da formare, su superfici opposte dello stesso, una successione di corrugamenti (25) e scanalature (27) in cui almeno due corrugamenti (25) hanno altezza diversa fra loro; - chiudere le estremità opposte delle scanalature (27) così da ottenere un pannello (19a,19b) di materiale filtrante; - associare in una configurazione a “V†detto pannello corrugato (19a,19b) ad un secondo pannello oppure ripiegare su se stesso in una configurazione a “V†detto pannello corrugato (19a,19b), così da definire un corpo (10) di cartuccia in cui sono definite, nel verso di percorrenza dell’aria da filtrare, una faccia di monte (15) ed una faccia di valle (17) della cartuccia, ed un canale (21) fra i pannelli (19a,19b) per il passaggio dell’aria, caratterizzato dal fatto che la fase di corrugare il foglio (23) di materiale filtrante à ̈ condotta in modo da definire almeno due corrugamenti (25) di altezza diversa fra loro.