KR20150035972A - 중첩되는 스트럿들을 구비한 필터 장치 - Google Patents

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울리히 슈탈
우베 펠버
마르켈 바이젤
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칼 프로이덴베르크 카게
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Abstract

폴디드 필터 매체(2)를 구비한 필터 소자(1) 및 상기 필터 소자(1)를 수용하기 위한 필터 하우징(6 6')을 포함하고, 이때 상기 폴디드 필터 매체(2)는 폴드 벽들(4)과 폴드 밸리들(5)을 갖는 종방향 폴드들(3)을 포함하며, 상기 필터 하우징(6, 6')은 상부 부분(7, 7')과 하부 부분(8, 8')을 가지며, 이때 상기 상부 부분(7)에는 제 1 삽입 스트럿(9)이 배치되어 있고, 하부 부분(8)에는 제 2 삽입 스트럿(10)이 배치되어 있으며, 이때 적어도 하나의 삽입 스트럿(9, 10)은 하나의 폴드 밸리(5) 내부에 삽입되며, 그리고 이때 상기 삽입 스트럿들(9, 10)은 그들 사이에 있는 폴드 벽(4)을 가압하는, 엔진의 유입 공기를 필터링 하기 위한 필터 장치의 과제는, 선행 기술의 밀봉 설계(seal concept)를 개선하고 그리고 비가공 공기 측의 먼지가 순수 공기 측으로 유입되는 것을 매우 높은 신뢰성으로 방지하고자 하는 본 발명의 과제와 관련하여, 상기 필터 소자(1)가 측면 스트립들(11)을 갖고, 상기 측면 스트립들이 하중을 받지 않은 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능한 압축성 재료로 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

중첩되는 스트럿들을 구비한 필터 장치 {FILTER ARRANGEMENT WITH OVERLAPPING STRUTS}
본 발명은 특허 청구항 1의 전제부에 따른 엔진의 유입 공기를 필터링하기 위한 필터 장치와 관련이 있다.
EP 1 640 055 A1호에는, 상부 부분과 하부 부분으로 이루어진 필터 하우징에 의해 필터 소자가 수용되는 필터 장치가 공지되어 있다. 상기 문서에서 필터 소자는 비가공 공기(raw air) 측으로부터 순수 공기(pure air) 측을 분리한다. 상기와 같은 필터 장치의 경우에는 삽입 스트럿들(insertion strut)이 필터 소자의 이웃하는 폴드(fold)들의 폴드 밸리(fold valley)들 내부에 삽입된다. 상기 문서에 따르면, 삽입 스트럿들이 폴드 밸리들 내부에 삽입됨으로써, 비가공 공기 측과 순수 공기 측 간의 매우 낮은 공기 누설률이 달성된다.
상기와 같은 밀봉 설계(seal concept)에서 나타나는 단점은, 필터 매체와 삽입 스트럿들의 밀봉 시스템을 만들어 내기 위해서 상기 삽입 스트럿들의 길이가 폴드 밸리들의 깊이에 매우 정확하게 매칭되어야 한다는 것이다.
따라서, 본 발명에서 해결하려는 과제는 선행 기술의 밀봉 설계를 개선하고 그리고 비가공 공기 측의 먼지가 순수 공기 측으로 유입되는 것을 매우 높은 신뢰성으로 방지하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 언급된 과제는 특허 청구항 1의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명에 따라 드러난 사실은, 비가공 공기 측과 순 공기 측 상에 배치되어 있는 중첩되는 삽입 스트럿들이 필터 소자의 두 개의 이웃하는 폴드를 둘러싸고 그들 사이에서 상기 폴드들을 가압할 수 있다는 점이다. 개별 삽입 스트럿은, 이 삽입 스트럿이 그 내부로 삽입되는 개개의 폴드 밸리의 깊이에 맞게 복잡한 방식으로 매칭되지 않아도 된다. 오히려 폴드 벽을 가압하기 위해서는, 바람직하게 부직포 재료로 이루어진 필터 매체의 압축성이 이용된다. 폴드 벽을 가압함으로써, 상승된 밀봉력이 구현된다.
또한, 본 발명에 따르면 필터 소자는 압축성 재료로 제조된 측면 스트립들을 가지며, 상기 압축성 재료는 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로, 그러나 바람직하게는 자신의 두께의 30 %로 압축 가능하다. 이러한 점에서 상기 압축성 재료는 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 20 %만큼, 그러나 바람직하게는 자신의 두께의 70 %만큼 압축 가능하다.
상기 측면 스트립들은 폴드 벽들과 폴드 밸리들로 형성된 벨로우즈(bellows)의 가장자리를 둘러싼다(seaming). 상기 측면 스트립들은 상기 폴드 벽들을 서로 정해진 간격으로 유지한다. 따라서, 상기 벨로우즈의 붕괴가 저지된다. 또한, 상기 압축 가능한 측면 스트립들은 벨로우즈와 필터 하우징의 내부벽들의 밀봉 시스템을 보장한다.
이러한 점에서 선행 기술의 밀봉 설계가 개선되고 그리고 비가공 공기 측의 먼지가 순수 공기 측으로 유입되는 것을 매우 높은 신뢰성으로 방지할 수 있다.
따라서, 도입부에 언급된 과제가 해결된다.
필터 소자는 측면 스트립들을 구비할 수 있으며, 상기 측면스트립은 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로, 그러나 바람직하게는 자신의 두께의 30 %로 압축 가능한 압축성 부직포 재료로 제조되어 있다. 이러한 점에서 상기 부직포 재료는 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 20 %만큼, 그러나 바람직하게는 자신의 두께의 70 %만큼 압축 가능하다. 부직포 재료의 사용은 필터 소자의 단일 재료성(mono-material)을 보장하는데, 그 이유는 측면 스트립과 필터 매체 모두 동일한 폴리머로 제조될 수 있기 때문이다.
이러한 배경에서 상부 부분 및/또는 하부 부분에는 다수의 삽입 스트럿이 배치될 수 있다. 바람직하게 상기 두 개의 구성 부분 중 하나의 구성 부분에는 두 개의 삽입 스트럿이 배치되어 있고, 마주 놓인 다른 한 구성 부분에는 하나의 삽입 스트럿이 배치되어 있다. 그럼으로써, 하나의 폴드 밸리을 제한하는 두 개의 폴드 벽이 가압될 수 있다.
상기 상부 부분 및/또는 하부 부분에 하나 또는 다수의 삽입 스트럿이 배치되는 것을 생각할 수 있다. 특히, 상부 부분과 하부 부분 모두에 다수의 삽입 스트럿이 배치되는 것을 생각할 수 있다. 그럼으로써, 래버린스 밀봉(labyrinth seal)이 구현될 수 있다.
전체적으로 단 하나의 삽입 스트럿만 제공된다면, 상기 삽입 스트럿은 하나의 폴드 밸리 내부로 삽입되어 마주 놓인 필터 하우징의 벽에 대하여 폴드 벽을 압착할 수 있다. 그럼으로써, 비록 단 하나의 삽입 스트럿만 사용됨에도 불구하고 밀봉이 달성된다.
제 1 삽입 스트럿은 제 1 에지를 구비할 수 있고, 제 2 삽입 스트럿은 제 2 에지를 구비할 수 있으며, 이때 상기 제 1 에지 및 제 2 에지는 평행하게 방향 설정되어 폴드 벽에 라인 압력(line pressure)을 가한다. 상기 라인 압력에 의해서는 매우 높은 밀봉력이 구현된다.
하나의 삽입 스트럿 또는 다수의 삽입 스트럿에는 코팅이 제공될 수 있다. 매우 구체적으로는, 코팅이 폴드 벽과 밀봉 방식으로 콘택팅되도록 연성인 코팅이 사용되는 것을 생각할 수 있다.
이러한 배경에서 하나의 삽입 스트럿이 두 개의 부품으로 이루어진 것을 생각할 수 있다. 제 1 부품은 제 2 부품보다 단단하다. 매우 구체적으로는, 경성의 기본 부품에 연성의 피크(peak)가 제공되는 것을 생각할 수 있으며, 이때 상기 연성의 피크는 폴드 벽에 인접하여 상기 폴드 벽과 밀봉 콘택팅된다.
또한, 상기 삽입 스트럿들이 밀봉력을 돕는 특정한 구조를 갖는 것도 생각할 수 있다. 매우 구체적으로는, 상기 삽입 스트럿들이 소정의 경사각으로 하나의 폴드 벽에 닿는 것을 생각할 수 있다.
상기 시점에서 삽입 스트럿들은 이 삽입 스트럿들이 공기 흐름 방향에 대해 공선(collinear) 방식으로 배치되도록 설치되어 있다. 매우 구체적으로는 상기 시점에서 상기 삽입 스트럿들은 90도의 각도로, 벨로우즈의 폴드 피크들이 놓이는 하나의 평면에 닿도록 제공되었다.
그러나 상기 삽입 스트럿들은 앞서 기술한 평면에 대해 90도와는 다른 각도로도 배치될 수 있다. 특히, 제 1 삽입 스트럿은 90도와 상이한 제 1 각도로 기울어지고, 하나의 제 2 삽입 스트럿은 상기 평면에 대해 90도와 상이한 제 2 각도로 기울어지는 것을 생각할 수 있다.
상기 제 1 삽입 스트럿 및 제 2 삽입 스트럿의 경사각은 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 경사각들은 상기 삽입 스트럿들이 하나의 폴드 벽을 자신들 사이에서 특히 단단하게 또는 약하게 수용 및 가압하는 방식으로 선택되는 것을 생각할 수 있다. 본 경우에는 모든 각도를 생각할 수 있다. 본 경우에서는 또한, 특정 각도로 기울어진 단 하나의 삽입 스트럿만 사용되는 것도 생각할 수 있다.
필터 소자는 삽입 스트럿 없이도 필터 하우징 내부에 삽입될 수 있다. 밀봉을 위해서는 상기 필터 소자의 네 개의 측에 용적이 큰 부직포 재료가 제공된다. 상기 용적이 큰 부직포 재료는 밀봉의 과제를 담당한다. 그럼으로써, 폴드 밸리들 내부에 삽입되는 삽입 스트럿들이 필요하지 않게 된다.
폴드 벽들은 압축성 부직포 재료로 제조될 수 있으며, 상기 부직포 재료는 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로, 그러나 바람직하게는 자신의 두께의 30 %로 압축 가능하다. 가압된 폴드 벽에서 충분한 밀봉력을 만들어내기 위해서는, 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 초기 재료 두께(initial material thickness)의 적어도 80 %로 압축될 수 있는 폴더 벽의 압축성이 필요하다.
이러한 배경에서 폴드 벽은 하중을 받지 않는 상태에서 적어도 2 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 상기 두께는 우수한 밀봉력과 충분한 여과력(filtering capacity)을 달성하기에 충분한 것으로 입증되었다.
측면 스트립들은 필터 하우징의 언더 컷 공간들 내부에 수용될 수 있다. 그럼으로써, 상기 필터 하우징의 밀봉이 개선되는데, 그 이유는 측면 스트립들의 밀봉 영역이 흐름 경로 내에 직접 놓여있지 않기 때문이다.
필터 소자에는 밖으로 펼쳐지는 그리고/또는 릴리즈(release)되는 단부 폴드들이 제공될 수 있다. 그럼으로써, 상기 단부 폴드들의 다음 폴드들까지의 간격은, 삽입 스트럿들이 문제없이 상기 폴드들 내부에 삽입될 수 있도록 선택된다. 뿐만 아니라, 상기와 같은 구조적인 조치는, 하나의 삽입 스트럿이 마주 놓인 삽입 스트럿과 함께 라인 압력 또는 표면 압력을 달성하기 위하여 하나의 폴드 밸리 내부에 충분히 깊게 삽입되도록 한다는 점에서 의의가 있다.
본 출원서에 기재된 필터 소자는 폴리우레탄-밀봉제 없이도 충분하게 밀봉된다. 따라서 본 출원서에 기재된 필터 소자는 폴리우레탄-밀봉제를 포함하지 않는다. 경우에 따라서는 필터 소자에 트레이스(residual trace) 함량의 또는 소량의 폴리우레탄이 존재할 수는 있지만, 그러나 상기 트레이스 함량의 또는 소량의 폴리우레탄은 상대적으로 더 넓은 필터 소자 영역에 걸쳐서는 연장되지 않음으로써, 실질적으로 폴리우레탄은 생략된다. 상기 필터 소자는 특히 단일 재료로 형성되어야 하며, 이 때문에 폴리우레탄은 실질적으로 또는 완전히 생략된다.
또한, 상기 필터 소자의 자외선-안정성도 상승 된다. 상기 필터 소자는 장시간에 걸친 자외선 조사에 대해 저항력이 있다. 밀봉 소자들의 노화 현상은 거의 일어나지 않는다.
또한, 상기 필터 소자의 중량이 감소하는데, 그 이유는 상대적으로 무거운 폴리우레탄-밀봉 소자들이 생략되기 때문이다.
도 1은 중첩되는 삽입 스트럿들을 포함하는 필터 장치의 단부측을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 도 1에 따른 필터 장치에 사용되는 압축 가능한 측면 스트립들을 구비한 필터 소자를 도시한 도면이며, 그리고
도 3은 언더 컷 부분들에 의해 필터 하우징 내부에 형성된 공간들 내부에 측면 스트립들을 수용하는 필터 하우징을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 자동차 엔진의 유입 공기를 필터링하기 위한 필터 장치의 단부측을 도시한다. 상기 필터 장치는 폴디드 필터 매체(2)를 구비한 필터 소자(1) 및 상기 필터 소자(1)를 수용하기 위한 필터 하우징(6)을 포함하고, 이때 상기 폴디드 필터 매체(2)는 폴드 벽들(4)과 폴드 밸리들(5)을 갖는 종방향 폴드들(3)을 포함하며, 상기 필터 하우징(6)은 상부 부분(7) 및 하부 부분(8)을 갖는다. 상기 상부 부분(7)에는 제 1 삽입 스트럿(9)이 배치되어 있고 그리고 상기 하부 부분(8)에는 제 2 삽입 스트럿(10)이 배치되어 있으며, 이때 적어도 하나의 삽입 스트럿(10)은 하나의 폴드 밸리(5)에 삽입되며, 그리고 이때 상기 삽입 스트럿들(9, 10)은 그들 사이에 있는 하나의 폴드 벽(4)을 가압한다.
상기 필터 소자(1)는 측면 스트립들(11)을 가지며, 상기 측면 스트립들은 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 즉 자신의 두께의 0 %보다 크고 80 % 이하가 되도록 압축 가능한 압축성 부직포 재료로 제조되어 있다.
도 1에 따른 구체적인 실시예에서는 상부 부분(7)에 두 개의 제 1 삽입 스트럿(9)이 배치되어 있고, 하부 부분(8)에는 하나의 제 2 삽입 스트럿(10)이 배치되어 있으며, 이때 두 개의 삽입 스트럿(9, 10)은 각각 이웃하는 폴드 밸리들(5) 내부에 삽입되고, 그리고 이 경우 상기 삽입 스트럿들(9, 10)은 그들 사이에 있는 하나의 폴드 벽(4)을 가압한다. 상기 가압되는 폴드 벽(4)은 상기 이웃하는 두 개의 폴드 밸리(5)를 분리한다.
상기 상부 부분(7)에는 다수의 제 1 삽입 스트럿(9), 즉 두 개의 삽입 스트럿(9)이 배치되었다. 하부 부분(8)에 있는 하나의 제 2 삽입 스트럿(10)은 중첩되는 방식으로 상기 제 1 삽입 스트럿들(9) 사이에 삽입되고 상기 제 1 삽입 스트럿들과 함께 두 개의 폴드 벽(4)을 가압한다.
상기 제 1 삽입 스트럿(9)은 제 1 에지를 구비하고, 상기 제 2 삽입 스트럿(10)은 제 2 에지를 구비하며, 이때 상기 제 1 에지 및 제 2 에지는 평행하게 방향 설정되어 상기 폴드 벽(4)에 라인 압력을 가한다.
상기 폴드 벽(4)은 압축성 부직포 재료로 제조되었으며, 상기 부직포 재료는 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능하다. 상기 폴드 벽(4)은 하중을 받지 않는 상태에서 적어도 2 ㎜의 두께를 갖는다.
도 2는 도 1에 따른 필터 장치 내부에 삽입된 필터 소자(1)를 도시한다,
상기 필터 소자(1)는 측면 스트립들(11)을 가지며, 상기 측면 스트립들은 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능한 압축성 부직포 재료로 제조되어 있다.
상기 측면 스트립들(11)은 폴드 벽들(4)과 폴드 밸리들(5)로 형성된 벨로우즈(12)의 가장자리를 둘러싼다. 상기 측면 스트립들(11)은 상기 폴드 벽들(4)을 서로 정해진 간격으로 유지한다.
따라서, 상기 벨로우즈(12)의 붕괴가 저지된다. 또한, 상기 압축 가능한 측면 스트립들(11)은 벨로우즈(12)와 필터 하우징(6)의 내부벽들의 밀봉 시스템을 보장한다.
도 2는 폴디드 필터 매체(2)가 벨로우즈(12)를 형성하는 것을 도시하는데, 상기 벨로우즈는 자신의 적어도 두 측에 압축성 부직포 재료로 제조된 측면 스트립들(11)을 가지며, 상기 부직포 재료는 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능하다. 구체적으로 본 도면에서는 측면 스트립들(11)이 사각형 필터 소자(1)의 두 종측에 배치되었다. 상기 측면 스트립들(11)은 열가소성 부직포 재료로 제조되었다.
상기 필터 소자(1)의 벨로우즈(12)에는 접착제 또는 다른 접착 물질이 제공되었다. 상기 필터 소자(1)는 밖으로 펼쳐지는 그리고/또는 릴리즈되는 단부 폴드들(13)을 갖는다.
상기 벨로우즈(12)의 종측으로 통하고 지그-재그 형태로 뻗는 폴드 에지들(15)은 상기 측면 스트립들(11)에 의해서 서로 일정한 간격으로 유지된다. 폴드 피크들(14)은 서로 간격을 두고 배치되었다.
도 3은 필터 하우징(6')의 언더 컷 공간들(16) 내부에 측면 스트립들(11)이 수용되어 있는 상황을 도시한다. 상기 측면 스트립들(11)은 언더 컷 부분에 의해서 필터 하우징(6') 내부에 형성된 언더 컷 공간들(16)에 수용되어 있다. 그럼으로써, 상기 측면 스트립들(11)은 정화될 유입 공기의 흐름 경로에 놓여있지 않은데, 상기 유입 공기의 흐름 방향은 화살표로 개략적으로 도시되었다. 상기 필터 하우징(6')은 상부 부분(7') 및 하부 부분(8')을 갖는다.

Claims (7)

  1. 모터의 유입 공기를 필터링하기 위한 필터 어레인지먼트로서,
    폴디드 필터 매체(folded filter medium)(2)를 구비한 필터 소자(1) 및 상기 필터 소자(1)를 수용하기 위한 필터 하우징(6 6')을 포함하고, 이때 상기 폴디드 필터 매체(2)는 폴드 벽들(fold wall)(4)과 폴드 밸리들(fold valley)(5)을 갖는 종방향 폴드들(3)을 포함하며, 상기 필터 하우징(6, 6')은 상부 부분(7, 7')과 하부 부분(8, 8')을 가지며, 이때 상기 상부 부분(7)에는 제 1 삽입 스트럿(9)이 배치되어 있고, 상기 하부 부분(8)에는 제 2 삽입 스트럿(10)이 배치되어 있으며, 이때 적어도 하나의 삽입 스트럿(9, 10)은 하나의 폴드 밸리(5) 내부에 삽입되며, 그리고 이때 상기 삽입 스트럿들(9, 10)은 그들 사이에 있는 하나의 폴드 벽(4)을 가압하는, 필터 어레인지먼트에 있어서,
    상기 필터 소자(1)는 측면 스트립들(11)을 가지며, 상기 측면 스트립들은 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능한 압축성 재료로 제조된 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 소자(1)는 측면 스트립들(11)을 가지며, 상기 측면 스트립들은 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능한 압축성 부직포 재료로 제조된 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 부분(7) 및/또는 상기 하부 부분(8)에 다수의 삽입 스트럿(9, 10)이 배치된 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 삽입 스트럿(9)은 제 1 에지를 구비하고, 상기 제 2 삽입 스트럿(10)은 제 2 에지를 구비하며, 이때 상기 제 1 에지 및 제 2 에지는 평행하게 방향 설정되어 상기 폴드 벽(4)에 라인 압력(line pressure)을 가하는 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴드 벽(4)은 하중을 받지 않는 상태에서 자신의 두께의 적어도 80 %로 압축 가능한 압축성 부직포 재료로 제조된 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴드 벽(4)은 하중을 받지 않는 상태에서 적어도 2 ㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 스트립들(11)은 상기 필터 하우징(6, 6')의 언더 컷 공간들(16) 내부에 수용된 것을 특징으로 하는,
    필터 어레인지먼트.
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