WO2019145132A1 - Filtereinrichtung mit einem filterelement in einem filtergehäuse - Google Patents

Filtereinrichtung mit einem filterelement in einem filtergehäuse Download PDF

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Pedro Miguel Pereira Madeira
Stefan Kunze
Ulrich Dehnen
Johannes STÜRNER
Markus Beylich
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Mann+Hummel Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a filter device with a filter element in a filter housing according to the preamble of claim 1.
  • US Pat. No. 3,816,982 describes an air filter with a hollow cylindrical filter element in a receiving filter housing.
  • the air to be filtered is introduced via an inlet opening arranged laterally in the filter housing, which is arranged axially upstream of the filter element, and then flows radially through the filter element from outside to inside.
  • the filter element has at its opposite end faces on an open and a closed end plate. The cleaned air is discharged axially from the inner flow space of the hollow cylindrical filter element via the open end disk.
  • an air filter with a filter element in a filter housing is known, the filter element having an annularly circulating filter medium body with an elongated cross-sectional shape.
  • the filter medium body encloses an internal flow space into which the raw fluid to be cleaned is introduced axially. Subsequently, the filter medium body is flowed through radially from the inside to the outside of the fluid.
  • DE 20 2007 004 476 U1 discloses a filter device for cleaning a fluid with a filter element arranged in a filter housing, preceded by a cyclone pre-separator, via which the fluid can be fed to the filter element.
  • the Zyklonvorabscheider comprises two Zy- lon cells with different diameters.
  • the object of the invention is to design a filter device with a filter element having an annular filter medium body with an elongated cross-sectional shape with simple structural measures in such a way that dirt particles are separated from the fluid flow to be filtered before the flow through the filter medium body - the.
  • the filter device comprises a filter housing and a filter element accommodated in the filter housing, on which the filtration of a fluid to be cleaned takes place.
  • the filter element is ring-shaped and comprises an annular filter medium body, which is flowed through by the fluid in the filtration, wherein the filter medium body is formed in particular annular closed and has an internal flow space for receiving the fluid.
  • the annular filter medium body is flowed through radially from outside to inside by the fluid to be cleaned, so that the internal flow chamber lies on the clean side of the filter medium body and the outside of the filter medium body forms the raw or inflow side. In principle, however, the reverse flow through the filter medium body radially from the inside to the outside into consideration.
  • the fluid is, in particular, a gaseous fluid, for example combustion air, which is supplied to the cylinders of an internal combustion engine. Furthermore, an application for liquid fluids is possible.
  • the fluid is passed via an inlet opening, which is located in the filter housing, in the direction of the filter element and the filter medium body.
  • a Dralleinrich device In the flow path between the inlet opening in the filter housing and the inflow side of the filter medium body is a Dralleinrich device, which is designed to impart a twist to the incoming fluid.
  • the inflow opening and the swirl device are arranged upstream of the inflow side of the filter medium body, in relation to the longitudinal axis of the annular filter element. Conveniently, the inflow opening has a greater axial distance to the inflow side of the filter medium body than the swirl device.
  • the swirl device can be formed separately from the outer housing wall of the filter housing and form a component formed separately from the outer wall of the filter housing.
  • the swirl device together with the outer wall of the filter housing, delimits a flow path for the fluid after it has entered the filter housing via the inlet opening.
  • the swirl device as a component formed separately from the outer wall of the filter housing has the further advantage that the inflow opening is positioned at different positions of the filter housing and that a swirl can be applied to the inflowing fluid from each of these positions. This expands the design possibilities with regard to the positioning of the inflow opening.
  • the flow cross-section of the flow path for the inflowing fluid is tapered, whereby a flow acceleration takes place. Entrained dirt particles in the fluid can be better separated by a higher flow velocity in the spin or centrifugal force separation.
  • the swirl device is arranged on the filter element, for example on a support grid, which is positioned on the clean side of the filter element, or on an end plate of the filter element, which is located on the front side of the filter medium body.
  • the swirl device is connected to the filter housing and, if appropriate, formed in one piece with the filter housing.
  • the swirl device is located, for example, on an inlet housing, which is part of the filter housing and can be placed on a filter base housing, in which the filter element is accommodated.
  • the swirl device forms an integral part of the inlet housing, but the swirl device is formed separately from the outer wall of the inlet housing.
  • the swirl device is located on the filter base housing, which accommodates the filter element.
  • the swirl device is axially upstream of its independent design and assignment to a component of the filter device of the inflow side of the filter medium body.
  • the deposition of dirt particles in the fluid also takes place axially in an upstream region of the upstream side of the filter medium. This has the advantage that a separation of most dirt particles from the fluid flow is achieved when it reaches the upstream side of the filter medium body.
  • the filter medium body has an elongated cross-sectional shape and comprises longitudinal sides and narrow sides, over which the two longitudinal sides are connected, so that the internal flow space is enclosed by the longitudinal and narrow sides of the filter medium body.
  • the cross-sectional shape of the filter medium body may be oval or ovalized.
  • non-oval, elongate cross-sectional shapes may also be considered, for example concavely curved longitudinal sides or straight-sided, flat longitudinal sides or non-oval curved, concave longitudinal sides.
  • the extent of the longitudinal sides is greater than the extent of the narrow sides, it may be expedient, for example, that the extension of the longitudinal sides is at least twice as large as the extent of the narrow sides.
  • the narrow sides are provided, for example, with a semicircular cross-sectional shape.
  • the elongated cross-sectional shape of the filter medium body or of the filter element has the advantage that relatively low installation space can be used for the filter device.
  • the filter element and the filter medium body can have a non-constant cross-sectional area over the axial length, relative to the longitudinal axis of the filter element, which changes from one end face to the opposite end face.
  • the cross-sectional area increases from the closed end disk to the opposite, open end disk.
  • filter elements or filter media bodies having a constant cross-sectional area over the length are also possible.
  • the swirl device is designed as a displacement body, which is arranged within the filter housing adjacent to the inflow opening.
  • the displacement body forms a flow guide for the introduced into the filter housing fluid.
  • the displacement body reduces the free volume available for the fluid and forces the inflowing fluid into a predetermined flow path to the inflow side of the filter medium body.
  • the flow path is preferably curved. This is achieved in particular in that the displacement body is curved in the direction of a flow passage, which is located between an end face of the filter medium body and a housing wall of the filter housing. This curvature of the displacement body forms the inner wall bounding the flow path, along which the fluid moves in the direction of the filter medium body.
  • the likewise curved outer wall of the flow path is preferably formed by the inside of the outer wall of the housing part, which receives the displacement body. Due to the curvature of the fluid undergoes a desired spin, which supports the deposition of dirt particles.
  • Fastening elements can be arranged on the displacement body, which are in engagement for fixing the displacement body, in particular in positive and / or non-positive engagement with further fastening elements, which are arranged for example on an end plate of the filter element.
  • the swirl device is designed as one or more guide ribs, which are arranged in a flow passage between an end face of the filter medium body and the housing wall of the filter housing.
  • the end face of the filter medium body is preferably closed in a flow-tight manner by an end disk, wherein the guide ribs extend at the end disk radially outwards in the direction of the inside of the circumferential housing wall of the filter housing.
  • the fluid introduced into the filter device must pass through the flow passage in order to reach the raw side of the filter medium body, the flow ribs causing the guide ribs to swirl the fluid as they flow through the flow passage.
  • the guide ribs are preferably arranged on the filter element, for example on the end plate on the end face of the filter medium body or in one piece with a support frame in the filter element.
  • the guide ribs are arranged on the filter housing, in particular fastened to the inside of the housing wall of the filter housing.
  • the guide ribs are formed, for example, as curved guide vanes. They may be arranged additionally or alternatively to the displacement body.
  • the filter medium body is formed in a fold shape, wherein the longitudinal extent of the filter folds in the axial direction - with respect to the longitudinal axis of the filter element - runs.
  • a flow-proof separating element which extends over a partial surface of the filter medium body is located on the inflow side of the filter medium body.
  • the fluid-tight separating element prevents or reduces at least an inflow of the filter medium body in this section, as a result of which flow calming of the raw fluid on the upstream side of the filter medium body is achieved.
  • the separating element is designed, for example, as a calming wall or as a separating foil and prevents the fluid to be cleaned at the upstream side from flowing on the upstream side Position of the separating element flows directly through the filter medium body.
  • the uncleaned raw fluid directed in the upstream side is prevented from flowing directly past the filter medium body at the position of the separation element and is therefore forced to stay in the space on the upstream side of the filter medium body for at least a slightly longer period, with a flow calming accompanied. Following this, the unpurified fluid can flow through the filter medium body.
  • the flow calming has the consequence that larger dirt particles, which are carried in the crude fluid, can settle in the space upstream of the upstream side of the filter medium body.
  • there is a pre-separation wherein the deposited particles can be advantageously derived via a discharge valve from the filter housing. Due to the pre-separation, the dirt load of the filter medium body is reduced.
  • the separating element is located on the filter housing, in which the filter element is received with the filter medium body. If necessary, the separating element can be formed in one piece with the filter housing.
  • the separating element is a calming wall, which surrounds the filter medium body in an annular manner and has a spacing from the outside of the filter medium body.
  • the separating element is arranged directly on the filter element, for example applied to the outside of the filter medium body.
  • the separating element is, for example, a separating film which is applied directly to the outside of the filter medium body. In the area of the separating film, no direct radial flow of the filter medium body is possible.
  • the separating film rests on the outer edges of the filter folds, wherein along the longitudinal extent of the filter folds a spreading of raw fluid on the inflow side is possible.
  • raw fluid which enters radially at a position of the filter medium body without such a separating film can be guided axially along the longitudinal extension of the folds into the region in which the separating film is located, whereupon the filter medium body also passes through radially in this section. is flowing.
  • the portion of the filter medium body can be used for the filtration, which is covered by the separating film.
  • a separating element in the form of a housing-side calming wall and also a further separating element in FIG Provide a filter element-side separating film. These two separating elements are located, in particular, on axially opposite sides of the filter medium body of the filter element.
  • the separating element extends from an axial end side of the filter medium body starting in the axial direction and completely in the circumferential direction of the filter medium body.
  • the axial extent of the calming element is in any case smaller than the axial total length of the filter medium body, so that a portion of the filter medium body remains free of the separating element.
  • the axial extent of a separating element is at most as large as half the total axial length of the filter medium body, for example only a maximum of one third of the total axial length of the filter medium body.
  • the separating film is fixedly connected to the filter medium body, for example by gluing or by welding.
  • FIG. 1 is an exploded view of a filter device as an air filter for an internal combustion engine, with a filter element having an elongate cross-sectional shape in a filter housing, with a displacement body which is arranged in the filter housing adjacent to an inflow opening,
  • FIG. 5 shows another embodiment of a filter device, which is designed as an air filter, with guide vanes in the flow path between an inflow opening in the filter housing and the filter element, in exploded view,
  • FIG. 6 shows the embodiment of FIG. 5 in longitudinal section
  • 7 shows a filter device designed as an air filter in a representation corresponding to FIG. 2 in a variant embodiment.
  • a filter device 1 which is designed as an air filter in the intake tract of an internal combustion engine for filtering the combustion air to be supplied to the cylinders of the internal combustion engine.
  • the filter device 1 comprises a filter element 2, which has an elongated cross-sectional shape and is arranged in a filter housing 3 with a filter base housing 4 and an upstream inlet housing 5.
  • the filter base housing 4 receives the filter element 2.
  • the inflow opening 6 is displaced laterally or radially, wherein the inflow axis of the inflow opening 6 is at an angle of approximately 90 ° to the central longitudinal axis 15 of the filter element 2.
  • the filter element 2 has a filter medium body 7, which is formed annularly closed and provided with an elongated cross-sectional shape.
  • the filter medium body 7 is based on the central longitudinal axis 15 radially from outside to inside of the fluid to be filtered - the combustion air - flows through, so that the outside of the filter medium body 7, the raw or upstream side and the inside forms the clean side.
  • the filter medium body 7 is on its inner or clean side of a supporting frame 8, which consists of plastic, lined.
  • the internal flow space in the filter medium body 7 forms the clean space in which the purified fluid collects and from which the cleaned fluid is discharged axially.
  • each have an end plate 9, 10 is arranged, wherein the inflow opening 6 adjacent first end plate 9 is formed closed and the second, opposite, the inflow opening 6 remote end plate 10 is open, so that the fluid from the inside clean room can flow axially through the open end plate 10.
  • the cross-sectional shape of the filter element 2 and the filter medium body 7 is elongated, wherein the longitudinal sides are flat and parallel to each other and are connected by curved narrow sides.
  • the extent of the long sides is at least twice as large as the distance bridged by the narrow sides, ie the distance between the two longitudinal sides.
  • the filter element 2 and the filter medium body 7 have over the axial length - with respect to the central longitudinal axis 15 - a non-constant cross-sectional area which is smaller in the region of the closed end plate 9 than in the opposite region with the open end plate 10 and of the smaller grows continuously and uniformly to the larger cross-sectional area.
  • a radially expanded annular space 14 Adjacent to the housing-side outlet section 1 1 is located in the filter base housing 4, a radially expanded annular space 14, on which a discharge valve 13 is arranged. In the radially widened annular space 14, separated dirt particles can collect, which can be discharged from the filter housing via the discharge valve 13.
  • a displacement body 16 is used, which significantly reduces the free, available for receiving the fluid introduced volume in the inlet housing 5 and at the same time forms a defined flow path for the fluid in the direction of Filterele Mentes 2 with the filter medium body 7.
  • the displacement body 16 is fastened in the inlet housing 5 and preferably has receptacles for the filter element 2, which preferably removably receive the filter element 2 at its closed end disk 9.
  • a plurality of fastening elements 17 are arranged on the outer circumference of the end disk 9 distributed over the circumference, to which corresponding fastening elements 18 on the displacement body 16 are assigned.
  • the fasteners 17 and 18 are to be brought into a fastening engagement to center the displacement body 16 and the filter element 2 against each other.
  • the displacement body 16 is dimensioned such that a flow path 19 (FIG. 3) for the fluid which is introduced via the inflow opening 6 is formed between the outside of the displacement body 16 and the inside of the outer housing wall of the inlet housing 5.
  • the outer contour of the displacement body 16 follows substantially the inner contour of the inlet housing 5, both contours are curved, so that the flow path 19 is correspondingly curved.
  • the flow path 19 extends in the direction of a flow passage 20, which is formed between the end face of the filter medium body 7 with the end disk 9 and the housing wall of the filter housing 3. This flow passage 20 runs all around and allows the passage of the introduced fluid to the raw or Anström- side of the filter medium body 7 in the filter base housing 4.
  • Both the displacement body 16 and the inlet housing 5 are the filter element 2 axially upstream in the flow direction.
  • the fluid introduced laterally via the inflow opening 6 flows into the flow path 19 between the displacement body 16 and the inlet housing 5 and, due to the curvature of the flow path 19, experiences a swirl which leads to the separation of dirt particles.
  • the flow path 19 has a reduced flow cross-sectional area compared to the inflow opening 6, as a result of which the introduced fluid is accelerated. The increased speed of the fluid and the entrained dirt particles improves the degree of separation.
  • a centrally placed support eye 22 is formed, with which the filter element 2 can be axially supported from the outside.
  • a recess 24 is introduced into the inlet housing 5, which is aligned axially with the support eye 22 and serves as a bearing for the support eye 22.
  • the displacement body 16 has an outer contour which is smaller than the inner contour of the receiving inlet housing 5.
  • a flow path is provided on several sides, preferably all around, on all sides between the outer wall of the displacement body 16 and the inner side of the housing wall of the inlet housing 5, which extends from the inflow opening 6 in the inlet housing 5 to the flow passage 20 in the region of the closed end disk 9 of the filter element 2.
  • This flow path 19 has a curvature in all directions, so that the inflowing fluid accordingly experiences a swirl in all directions and, with this swirl, strikes the annular circumferential flow passage 20, in which the guide ribs 21 are arranged.
  • the guide ribs 21 can be arranged on the filter housing 3, in particular the filter base housing 4. Also contemplated is an arrangement of the guide ribs 21 on the filter element 2, in particular on the closed end disk 9.
  • FIGS. 5 and 6 show a further exemplary embodiment of a filter device 1, which forms an air filter for the intake tract of an internal combustion engine.
  • the basic structure of the air filter 1 and the cross-sectional geometry of the filter element 2 correspond to those or those of the first embodiment.
  • the displacement body in the inlet housing 5 is missing in FIGS. 5 and 6.
  • the combustion air entering via the inlet opening 6 can propagate in the entire interior space in the inlet housing 5 and flow in the direction of the flow passage 20 extending between the outer circumference the closed end disk 9 is located on the filter medium body 7 and the inside of the housing wall of the filter base housing 4.
  • guide ribs 21 are arranged, which are partially formed as curved guide vanes 21 and partly have straight sections.
  • the vanes 21 form a swirl device for the combustion air flowing through. Over the circumference a plurality of such vanes 21 in the flow passage 20 is arranged.
  • the Leitschau- blades 21 are particularly attached to the filter element 2.
  • FIG. 7 illustrates a variant of a filter device 1 designed as an air filter.
  • the basic structure corresponds to that of Figures 1 to 4.
  • the filter device 1 comprises a filter element 2, which is hollow-cylindrical or has an elongate cross-sectional shape and is arranged in a filter housing 3, which comprises a filter base housing 4 and an upstream inlet housing 5.
  • the filter base housing 4 and the inlet housing 5, on which an inflow opening 6 is located, are formed in one piece.
  • the filter base housing 4 accommodates the filter element 2 in its receiving space 26.
  • the combustion air to be filtered is introduced via the laterally arranged inflow opening 6 into the filter housing 3 and directed in the direction of the filter element 2.
  • the inflow opening 6 is displaced laterally or radially, wherein the inflow axis of the inflow opening 6 is at an angle of approximately 90 ° to the central longitudinal axis 15 of the filter element 2.
  • the filter element 2 has a filter medium body 7, which is formed annularly closed and provided with an elongated cross-sectional shape.
  • the filter medium body 7 is based on its central longitudinal axis 15 radially from outside to inside of the fluid to be filtered - the combustion air - flows through, so that the outside of the filter medium body 7, the raw or upstream side and the inside forms the clean side.
  • the filter medium body 7 is on its inner or clean side of a supporting frame 8, which consists of plastic, dressed.
  • the internal flow space in the filter medium body 7 forms the clean room in which collects the purified fluid and from which the purified fluid is discharged axially.
  • one end disk 9, 10 is arranged on both opposite end faces of the filter medium body 7, wherein the first end disk 9 adjoining the inflow opening 6 is closed and the second, opposite end disk 10 facing away from the inflow opening 6 is open, so that the Fluid from the internal clean room can flow axially through the open end plate 10.
  • the outlet section 1 1 is formed separately from the filter base housing 4, but connected to the filter base housing 4.
  • the cross-sectional shape of the filter element 2 and the filter medium body 7 may be made elongated, the longitudinal sides are exemplary flat and parallel to each other and connected by curved narrow sides. However, a circular cross-sectional shape of the filter element 2 and of the filter medium body 7 is also possible.
  • the filter element 2 and the filter medium body 7 have over the axial length - with respect to the central longitudinal axis 15 - a non-constant cross-sectional area which is smaller in the region of the closed end plate 9 than in the opposite region with the open end plate 10 and grows the smaller to the larger cross-sectional area continuously and uniformly.
  • a radially expanded annular space 14 Adjacent to the housing-side outlet section 1 1 is located in the filter base housing 4, a radially expanded annular space 14, which forms a dirt collecting area and on which a discharge valve 13 is arranged.
  • a radially expanded dirt collecting area 14 which is of annular design, separated dirt particles can accumulate, which can be discharged from the filter housing 3 via the discharge valve 13.
  • the discharge valve 13 is preferably designed as a passive valve, which can be adjusted by external influences from the usually closed position to an open position in which the dirt particles can be discharged. It is possible, for example, that Discharge valve 13 to connect to a vacuum source, for example, to connect to the suction side of a radiator fan in a vehicle, so that the discharge valve 13 is opened at a sufficiently high pressure.
  • the dirt collecting area 14 communicates with the receiving space 26 on the raw or upstream side of the filter medium body 7. Axially, the dirt collecting area 14 is adjacent to the open end disk 10 on the outflow side of the filter element 2. Based on the total axial length of the filter element 2, the dirt collecting area 14 extends over an axial partial length, which is not more than 20% of the total length of the Filterele Mentes 2. The dirt collecting area 14 is widened radially with respect to the immediately adjoining housing wall of the filter base housing 4. In the axial center of the dirt collecting area 14, the filter base housing 4 and the outlet section 1 1 of the housing abut each other.
  • the dirt collecting area 14 is separated from the filter medium body 7 via a separating element 27, wherein the separating element 27 is formed as a circumferential, conically formed calming wall 27, which is part of the filter housing 3.
  • the calming wall 27 forms the radially inner boundary wall of the dirt collecting area 14.
  • the calming wall 27 runs all around and lies at a short distance to the inflow side or raw side of the filter medium body 7.
  • the calming wall 27 extends from an end section of the filter housing 3, in particular the outlet section 1 1, in the amount of the end plate 10 to beyond the axial extent of the dirt collecting area 14 addition.
  • the axial length of the calming wall 27 is, for example, at least one fourth of the axial overall length of the filter element 2.
  • the calming wall 27 ensures a flow tempering in this axial section in the receiving space 26 and reduces the flow of the filter medium body 7 in this section.
  • the dirt collecting area 14 is fluidly connected to the receiving space 26.
  • the calming wall 27 is located axially adjacent to the open end disk 10 and extends in the axial direction, starting from the open end disk 10, over a partial region of the filter medium body 7.
  • On the axially opposite side is another separating element 27a in the form of a separating film, which is applied directly to the filter medium body 7.
  • the separating film 27a extends in the axial direction from the closed end disk 9 so that the calming wall 27 and the separating film 27a extend axially from the opposite end sides toward the center of the filter medium body 7.
  • the axial length of the calming wall 27 and the separating film 27a is at least approximately equal.
  • In the middle between the two separating elements 27 and 27a is a portion of the filter medium body 7, which is free of separating elements and thus can be flowed directly radially from the raw fluid to be cleaned.
  • Both separating elements 27 and 27a ensure a flow calming of the raw fluid flowing into the inlet space on the inflow side of the filter medium body, which makes it possible for coarse dirt particles to settle in the annular space 14, which can be discharged via the discharge valve 13.
  • the filter medium body 7 can be flown over its entire axial length and its entire upstream side of the raw fluid.
  • the calming wall 27 is radially spaced from the inflow side of the filter medium body 7, whereby an annular space is formed between the calming wall 27 and the inflow side of the filter medium body into which the raw fluid can flow.
  • the filter medium body 7 is formed in a fold shape, wherein the longitudinal extent of the folds runs parallel to the longitudinal axis 15 of the filter element.
  • the raw fluid can flow axially along the folds of the filter media body 7, starting from the subsection of the filter medium body without separating elements flow the portion which is covered by the separation film 27a.
  • the filter medium body 7 is also available in the region of the separating film 27a for the filtration of the raw fluid.

Abstract

Eine Filtereinrichtung weist in einem Filtergehäuse ein Filterelement mit einem ringförmigen Filtermediumkörper mit langgestreckter Querschnittsform auf. Im Strömungsweg zwischen einer Einströmöffnung im Filtergehäuse und der Anströmseite des Filtermediumkörpers liegt eine Dralleinrichtung.

Description

Beschreibung
Filtereinrichtung mit einem Filterelement in einem Filtergehäuse Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement in einem Filterge- häuse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In US 3,816,982 wird ein Luftfilter mit einem hohlzylindrischen Filterelement in einem aufnehmen- den Filtergehäuse beschrieben. Die zu filtrierende Luft wird über eine seitlich im Filtergehäuse angeordnete Einströmöffnung eingeleitet, die dem Filterelement axial vorgelagert ist, und durch- strömt anschließend das Filterelement radial von außen nach innen. Das Filterelement weist an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten eine offene und eine geschlossene Endscheibe auf. Die gereinigte Luft wird axial aus dem innenliegenden Strömungsraum des hohlzylindrischen Fil- terelementes über die offene Endscheibe abgeleitet.
Aus DE 10 201 1 01 1 595 A1 ist ein Luftfilter mit einem Filterelement in einem Filtergehäuse be- kannt, wobei das Filterelement einen ringförmig umlaufenden Filtermediumkörper mit langge- streckter Querschnittsform aufweist. Der Filtermediumkörper umschließt einen innenliegenden Strömungsraum, in den das zu reinigende Rohfluid axial eingeführt wird. Anschließend wird der Filtermediumkörper radial von innen nach außen von dem Fluid durchströmt.
DE 20 2007 004 476 U1 offenbart eine Filtereinrichtung zur Reinigung eines Fluids mit einem in einem Filtergehäuse angeordneten Filterelement, dem ein Zyklonvorabscheider vorgeschaltet ist, über den das Fluid dem Filterelement zuführbar ist. Der Zyklonvorabscheider umfasst zwei Zyk- lonzellen mit unterschiedlichem Durchmesser.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement, das ei- nen ringförmigen Filtermediumkörper mit langgestreckter Querschnittsform aufweist, mit einfa- chen konstruktiven Maßnahmen in der Weise auszubilden, dass Schmutzpartikel aus dem zu filtrierenden Fluidstrom noch vor der Durchströmung des Filtermediumkörpers abgeschieden wer- den.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unter- ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung umfasst ein Filtergehäuse und ein in dem Filtergehäuse aufgenommenes Filterelement, an dem die Filtration eines zu reinigenden Fluids stattfindet. Das Filterelement ist ringförmig ausgebildet und umfasst einen ringförmigen Filtermediumkörper, der bei der Filtration von dem Fluid durchströmt wird, wobei der Filtermediumkörper insbesondere ringförmig geschlossen ausgebildet ist und einen innenliegenden Strömungsraum zur Aufnahme des Fluids aufweist. Vorteilhafterweise wird der ringförmige Filtermediumkörper radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, so dass der innenliegende Strömungs- raum an der Reinseite des Filtermediumkörpers liegt und die Außenseite des Filtermediumkör- pers die Roh- bzw. Anströmseite bildet. Im Prinzip kommt aber auch die umgekehrte Durchströ- mung des Filtermediumkörpers radial von innen nach außen in Betracht.
Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um ein gasförmiges Fluid, beispielsweise um Ver- brennungsluft, die den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. Des Weiteren ist auch eine Anwendung für flüssige Fluide möglich.
Das Fluid wird über eine Einströmöffnung, die sich im Filtergehäuse befindet, in Richtung des Filterelementes und dem Filtermediumkörper geleitet. Im Strömungsweg zwischen der Einström- öffnung im Filtergehäuse und der Anströmseite des Filtermediumkörpers liegt eine Dralleinrich tung, welche ausgebildet ist, dem einströmenden Fluid einen Drall aufzuprägen. Die Einströmöff- nung und die Dralleinrichtung sind der Anströmseite des Filtermediumkörpers axial - bezogen auf die Längsachse des ringförmigen Filterelements - vorgelagert. Zweckmäßigerweise besitzt die Einströmöffnung einen größeren axialen Abstand zur Anströmseite des Filtermediumkörpers als die Dralleinrichtung.
Die Dralleinrichtung kann separat von der äußeren Gehäusewand des Filtergehäuses ausgebil- det sein und ein separat von der äußeren Wand des Filtergehäuses ausgebildetes Bauteil bilden. Die Dralleinrichtung begrenzt gemeinsam mit der äußeren Wand des Filtergehäuses einen Strö- mungsweg für das Fluid nach dem Eintritt über die Einströmöffnung in das Filtergehäuse.
Aufgrund des Dralls, den das einströmende Fluid noch vor dem Erreichen der Anströmseite des Filtermediumkörpers erfährt, werden Schmutzpartikel, die im Fluid mitgeführt werden, nach au- ßen in Richtung auf die Innenseite der Außenwand des Filtergehäuses geführt und können vor dem Erreichen der Anströmseite des Filtermediumkörpers abgeschieden werden. Es findet somit eine Vorabscheidung von Schmutzpartikeln statt, die im Fluid mitgeführt werden. Die abgeschie- denen Schmutzpartikel können ggf. über eine hierfür ausgebildete Einrichtung aus dem Filterge häuse abgeleitet werden. Die Dralleinrichtung als separat von der Außenwand des Filtergehäuses ausgebildetes Bauteil hat den weiteren Vorteil, dass die Einströmöffnung an verschiedenen Positionen des Filtergehäu- ses positioniert und dass aus jeder dieser Positionen das einströmende Fluid mit einem Drall beaufschlagt werden kann. Dies erweitert die konstruktiven Möglichkeiten im Hinblick auf die Po- sitionierung der Einströmöffnung.
Mithilfe der Dralleinrichtung wird insbesondere der Strömungsquerschnitt des Strömungswegs für das einströmende Fluid verjüngt, wodurch eine Strömungsbeschleunigung stattfindet. Mitgeführte Schmutzpartikel im Fluid können durch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit bei der Drall- oder Fliehkraftabscheidung besser abgeschieden werden.
Es kommen verschiedene Ausführungsformen der Dralleinrichtung in Betracht. Gemäß einer vor- teilhaften Ausführung ist die Dralleinrichtung am Filterelement angeordnet, beispielsweise an ei- nem Stützgitter, welches an der Reinseite des Filterelementes positioniert ist, oder an einer End- scheibe des Filterelementes, die sich an der Stirnseite des Filtermediumkörpers befindet. In einer weiteren Ausführung ist dagegen vorgesehen, dass die Dralleinrichtung mit dem Filtergehäuse verbunden und ggf. einteilig mit dem Filtergehäuse ausgebildet ist. Die Dralleinrichtung befindet sich beispielsweise an einem Einlassgehäuse, welches Bestandteil des Filtergehäuses ist und auf ein Filtergrundgehäuse, in welchem das Filterelement aufgenommen ist, aufsetzbar ist. In dieser Ausführung bildet die Dralleinrichtung einen festen Bestandteil des Einlassgehäuses, je- doch ist die Dralleinrichtung separat von der Außenwand des Einlassgehäuses ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung befindet sich die Dralleinrichtung an dem Filtergrund- gehäuse, welches das Filterelement aufnimmt.
Die Dralleinrichtung ist unabhängig von ihrer konstruktiven Ausführung und Zuordnung zu einem Bauteil der Filtereinrichtung der Anströmseite des Filtermediumkörpers axial vorgelagert. Somit findet die Abscheidung der Schmutzpartikel im Fluid auch in einem der Anströmseite des Filter mediumkörpers axial vorgelagerten Bereich statt. Dies hat den Vorteil, dass eine Abtrennung der meisten Schmutzpartikel aus dem Fluidstrom erreicht ist, wenn es an die Anströmseite des Fil- termediumkörpers gelangt.
Der Filtermediumkörper weist eine langgestreckte Querschnittsform auf und umfasst Längsseiten und Schmalseiten, über die die beiden Längsseiten verbunden sind, so dass der innenliegende Strömungsraum von den Längs- und Schmalseiten des Filtermediumkörpers umschlossen ist. Die Querschnittsform des Filtermediumkörpers kann oval oder ovalisiert sein. Es kommen aber auch nicht-ovale, längsgestreckte Querschnittsformen in Betracht, beispielsweise konkav ge- krümmte Längsseiten oder geradflächige, ebene Längsseiten oder nicht-oval gekrümmte, kon- vexe Längsseiten. Die Erstreckung der Längsseiten ist größer als die Erstreckung der Schmal- seiten, es kann beispielsweise zweckmäßig sein, dass die Erstreckung der Längsseiten mindes- tens doppelt so groß ist wie die Erstreckung der Schmalseiten. Die Schmalseiten sind beispiels- weise mit einer halbkreisförmigen Querschnittsform versehen.
Die langgestreckte Querschnittsform des Filtermediumkörpers bzw. des Filterelementes hat den Vorteil, dass verhältnismäßig niedrig bauende Einbauräume für die Filtereinrichtung genutzt wer- den können. Außerdem ist eine große Anströmfläche an den Längsseiten des Filtermediumkör- pers gegeben, an der gleiche oder zumindest ähnliche Strömungsverhältnisse herrschen.
Das Filterelement und der Filtermediumkörper können über die axiale Länge - bezogen auf die Längsachse des Filterelements - eine nicht-konstante Querschnittsfläche aufweisen, die sich von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite ändert. Beispielsweise wächst die Quer- schnittsfläche von der geschlossenen Endscheibe zur gegenüberliegenden, offenen Endscheibe an.
Alternativ zu einer nicht-konstanten Querschnittsfläche sind auch Filterelemente bzw. Filtermedi- umkörper mit über die Länge konstanter Querschnittsfläche möglich.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Dralleinrichtung als Verdrängungskör- per ausgebildet, der innerhalb des Filtergehäuses benachbart zur Einströmöffnung angeordnet ist. Der Verdrängungskörper bildet ein Strömungsleitelement für das in das Filtergehäuse einge- leitete Fluid. Der Verdrängungskörper reduziert das für das Fluid zur Verfügung stehende freie Volumen und zwingt das einströmende Fluid in eine vorgegebene Strömungsbahn zur Anström- seite des Filtermediumkörpers. Die Strömungsbahn ist vorzugsweise gekrümmt ausgebildet. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Verdrängungskörper in Richtung eines Strömungs- durchgangs, der sich zwischen einer Stirnseite des Filtermediumkörpers und einer Gehäusewand des Filtergehäuses befindet, gekrümmt ausgebildet ist. Diese Krümmung des Verdrängungskör- pers bildet die den Strömungsweg begrenzende Innenwand, entlang der sich das Fluid in Rich- tung des Filtermediumkörpers bewegt. Die ebenfalls gekrümmte Außenwand des Strömungs- wegs ist vorzugsweise von der Innenseite der Außenwand des Gehäuseteils gebildet, das den Verdrängungskörper aufnimmt. Aufgrund der Krümmung erfährt das Fluid einen gewünschten Drall, der die Abscheidung der Schmutzpartikel unterstützt. Am Verdrängungskörper können Befestigungselemente angeordnet sein, die zur Fixierung des Verdrängungskörpers in Eingriff, insbesondere in formschlüssigem und/oder kraftschlüssigem Eingriff mit weiteren Befestigungselementen stehen, welche beispielsweise an einer Endscheibe des Filterelements angeordnet sind.
Gemäß noch einerweiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Dralleinrichtung als eine oder meh- rere Leitrippen ausgebildet, die in einem Strömungsdurchgang zwischen einer Stirnseite des Fil- termediumkörpers und der Gehäusewand des Filtergehäuses angeordnet sind. Die Stirnseite des Filtermediumkörpers ist vorzugsweise von einer Endscheibe strömungsdicht verschlossen, wobei die Leitrippen sich an der Endscheibe radial nach außen in Richtung der Innenseite der umgrei- fenden Gehäusewand des Filtergehäuses erstrecken. Das in die Filtereinrichtung eingeführte Fluid muss den Strömungsdurchgang passieren, um zur Rohseite des Filtermediumkörpers zu gelangen, wobei mit dem Durchströmen des Strömungsdurchganges die Leitrippen für einen Drall des Fluids sorgen.
Die Leitrippen sind vorzugsweise am Filterelement angeordnet, beispielsweise an der Endschei- be an der Stirnseite des Filtermediumkörpers oder einteilig mit einem Stützgerüst im Filterelement ausgebildet. In alternativer Ausführung sind die Leitrippen am Filtergehäuse angeordnet, insbe- sondere an der Innenseite der Gehäusewand des Filtergehäuses befestigt.
Die Leitrippen sind beispielsweise als gekrümmte Leitschaufeln ausgebildet. Sie können zusätz- lich oder alternativ zu dem Verdrängungskörper angeordnet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Filtermediumkörper faltenförmig ausgebildet, wobei die Längserstreckung der Filterfalten in Achsrichtung - bezogen auf die Längsachse des Filterelements - verläuft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung befindet sich an der Anströmseite des Filtermediumkör- pers ein strömungsdichtes Separierungselement, das sich über eine Teilfläche des Filtermedium- körpers erstreckt. Das strömungsdichte Separierungselement verhindert oder reduziert zumin- dest eine Anströmung des Filtermediumkörpers in diesem Abschnitt, wodurch eine Strömungs- beruhigung des Rohfluids an der Anströmseite des Filtermediumkörpers erreicht wird.
Das Separierungselement ist beispielsweise als eine Beruhigungswand oder als eine Separie- rungsfolie ausgebildet und verhindert, dass an der Anströmseite das zu reinigende Fluid an der Position des Separierungselementes unmittelbar durch den Filtermediumkörper strömt. Das in Richtung der Anströmseite geleitete, ungereinigte Rohfluid wird an einem unmittelbaren Hin- durchströmen des Filtermediumkörpers an der Position des Separierungselementes gehindert und ist daher gezwungen, sich in dem Raum an der Anströmseite des Filtermediumkörpers für einen zumindest geringfügig längeren Zeitraum aufzuhalten, was mit einer Strömungsberuhigung einhergeht. Im Anschluss hieran kann das ungereinigte Fluid den Filtermediumkörper durchströ- men. Die Strömungsberuhigung hat zur Folge, dass größere Schmutzpartikel, die im Rohfluid mitgeführt werden, sich in dem der Anströmseite des Filtermediumkörpers vorgelagerten Raum absetzen können. Es findet somit eine Vorabscheidung statt, wobei die abgeschiedenen Partikel vorteilhafterweise über ein Austragventil aus dem Filtergehäuse abgeleitet werden können. Auf- grund der Vorabscheidung ist die Schmutzbelastung des Filtermediumkörpers reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung befindet sich das Separierungselement am Filtergehäuse, in welchem das Filterelement mit dem Filtermediumkörper aufgenommen ist. Das Separierungs- element kann ggf. einteilig mit dem Filtergehäuse ausgebildet sein. Es handelt sich beispiels- weise bei dem Separierungselement um eine Beruhigungswand, welche den Filtermediumkörper ringförmig umschließt und einen Abstand zur Außenseite des Filtermediumkörpers aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Separierungselement unmittelbar an dem Filterelement angeordnet, beispielsweise auf die Außenseite des Filtermediumkörpers aufge- bracht. Bei dem Separierungselement handelt es sich zum Beispiel um eine Separierungsfolie, welche unmittelbar auf die Außenseite des Filtermediumkörpers aufgebracht ist. Im Bereich der Separierungsfolie ist keine unmittelbare radiale Anströmung des Filtermediumkörpers möglich. In einer faltenförmigen Ausführung des Filtermediumkörpers liegt die Separierungsfolie auf den Au- ßenkanten der Filterfalten auf, wobei entlang der Längserstreckung der Filterfalten eine Ausbrei- tung von Rohfluid an der Anströmseite möglich ist. Auf diese Weise kann Rohfluid, welches an einer Stelle des Filtermediumkörpers ohne derartige Separierungsfolie radial eintritt, entlang der Längserstreckung der Falten axial bis in den Bereich geführt werden, in welchem sich die Sepa- rierungsfolie befindet, woraufhin der Filtermediumkörper auch in diesem Abschnitt radial durch- strömt wird. Auf diese Weise kann auch der Abschnitt des Filtermediumkörpers für die Filtration genutzt werden, der von der Separierungsfolie abgedeckt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist es sowohl möglich, ein Separierungselement in Form einer gehäuseseitigen Beruhigungswand als auch ein weiteres Separierungselement in Form einer filterelementseitigen Separierungsfolie vorzusehen. Diese beiden Separierungsele- mente befinden sich insbesondere an axial gegenüberliegenden Seiten des Filtermediumkörpers des Filterelements.
In jedem Fall ist es zweckmäßig, dass das Separierungselement - oder die Summe sämtlicher Separierungselemente - sich nur über eine Teilfläche an der Anströmseite des Filtermediumkör- pers erstrecken, so dass ein weiterer Teilabschnitt an der Anströmseite des Filtermediumkörpers frei von einem derartigen Separierungselement bleibt.
Gemäß noch einerweiteren vorteilhaften Ausführung erstreckt sich das Separierungselement von einer axialen Stirnseite des Filtermediumkörpers ausgehend in Achsrichtung sowie vollständig in Umfangsrichtung des Filtermediumkörpers. Die axiale Erstreckung des Beruhigungselementes ist jedoch in jedem Fall kleiner als die axiale Gesamtlänge des Filtermediumkörpers, so dass ein Teilabschnitt des Filtermediumkörpers frei von dem Separierungselement bleibt. Vorteilhafter- weise ist die axiale Erstreckung eines Separierungselementes maximal so groß wie die halbe axiale Gesamtlänge des Filtermediumkörpers, beispielsweise nur maximal so groß wie ein Drittel der axialen Gesamtlänge des Filtermediumkörpers.
Im Fall einer Separierungsfolie als Separierungselement ist es zweckmäßig, dass die Separie- rungsfolie fest mit dem Filtermediumkörper verbunden ist, beispielsweise durch Aufkleben oder durch Verschweißen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbe- schreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 in Explosionsdarstellung eine Filtereinrichtung als Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Filterelement mit langgestreckter Querschnittsform in einem Filtergehäuse, mit einem Verdrängungskörper, der im Filtergehäuse benachbart zu einer Einströmöffnung angeordnet ist,
Fig. 2 einen Schnitt längs durch die Filtereinrichtung in einer ersten Schnittebene,
Fig. 3 einen Schnitt längs durch die Filtereinrichtung in einer weiteren Schnittebene,
Fig. 4 eine weitere Darstellung des Luftfilters, teilweise im Schnitt,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Filtereinrichtung, die als Luftfilter ausgeführt ist, mit Leitschaufeln im Strömungsweg zwischen einer Einströmöffnung im Filtergehäuse und dem Filterelement, in Explosionsdarstellung,
Fig. 6 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 im Längsschnitt, Fig. 7 eine als Luftfilter ausgeführte Filtereinrichtung in einer Fig. 2 entsprechenden Darstellung in einer Ausführungsvariante.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 ist eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, die als Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur Filtration der den Zylindern der Brennkraft- maschine zuzuführenden Verbrennungsluft ausgebildet ist. Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein Filterelement 2, das eine langgestreckte Querschnittsform besitzt und in einem Filtergehäuse 3 mit einem Filtergrundgehäuse 4 und einem vorgelagerten Einlassgehäuse 5 angeordnet ist. Das Filtergrundgehäuse 4 nimmt das Filterelement 2 auf. In dem Einlassgehäuse 5, das mit dem Fil- tergrundgehäuse 4 zu verbinden ist, befindet sich eine seitlich angeordnete Einströmöffnung 6, über die die Verbrennungsluft in das Filtergehäuse 3 eingeführt und in Richtung des Filterele mentes 2 geleitet wird. Bezogen auf eine Mittellängsachse 15 des Filterelementes 2 liegt die Ein- strömöffnung 6 seitlich bzw. radial verschoben, wobei die Einströmachse der Einströmöffnung 6 unter einem Winkel von annähernd 90° zur Mittellängsachse 15 des Filterelementes 2 steht.
Das Filterelement 2 weist einen Filtermediumkörper 7 auf, der ringförmig geschlossen ausgebil- det und mit einer langgestreckten Querschnittsform versehen ist. Der Filtermediumkörper 7 wird bezogen auf die Mittellängsachse 15 radial von außen nach innen von dem zu filtrierenden Fluid - der Verbrennungsluft - durchströmt, so dass die Außenseite des Filtermediumkörpers 7 die Roh- oder Anströmseite und die Innenseite die Reinseite bildet. Der Filtermediumkörper 7 ist an seiner Innen- bzw. Reinseite von einem Stützgerüst 8, welches aus Kunststoff besteht, ausge- kleidet. Der innenliegende Strömungsraum im Filtermediumkörper 7 bildet den Reinraum, in wel- chem sich das gereinigte Fluid sammelt und aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
An den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Filterelementes 2 ist jeweils eine Endscheibe 9, 10 angeordnet, wobei die der Einströmöffnung 6 benachbarte erste Endscheibe 9 geschlossen ausgebildet und die zweite, gegenüberliegende, der Einströmöffnung 6 abgewandte Endscheibe 10 offen ausgebildet ist, so dass das Fluid aus dem innenliegenden Reinraum axial über die offene Endscheibe 10 abströmen kann. An das Filtergrundgehäuse 4 schließt sich benachbart zur offenen Endscheibe 10 des Filterelementes 2 ein gehäuseseitiger Auslassabschnitt 1 1 mit einer Abströmöffnung 12 an (Fig. 1 ), über die das gereinigte Fluid aus der Filtereinrichtung 1 abgeleitet wird. Die Querschnittsform des Filterelementes 2 bzw. des Filtermediumkörpers 7 ist langgestreckt, wobei die Längsseiten eben und parallel zueinander verlaufen und über gekrümmte Schmalseiten verbunden sind. Die Erstreckung der Längsseiten ist mindestens doppelt so groß wie die von den Schmalseiten überbrückte Distanz, also dem Abstand zwischen den beiden Längsseiten. Das Filterelement 2 und der Filtermediumkörpers 7 weisen über die axiale Länge - bezogen auf die Mittellängsachse 15 - eine nicht-konstante Querschnittsfläche auf, die im Bereich der geschlos- senen Endscheibe 9 kleiner ist als im gegenüberliegenden Bereich mit der offenen Endscheibe 10 und von der kleineren zur größeren Querschnittsfläche kontinuierlich und gleichmäßig an- wächst.
Benachbart zu dem gehäuseseitigen Auslassabschnitt 1 1 befindet sich im Filtergrundgehäuse 4 ein radial erweiterter Ringraum 14, an dem ein Austragventil 13 angeordnet ist. In dem radial erweiterten Ringraum 14 können sich abgesonderte Schmutzpartikel sammeln, die über das Aus- tragventil 13 aus dem Filtergehäuse abgeleitet werden können.
In das Einlassgehäuse 5 ist ein Verdrängungskörper 16 eingesetzt, der das freie, zur Aufnahme des eingeleiteten Fluids zur Verfügung stehende Volumen in dem Einlassgehäuse 5 erheblich reduziert und zugleich einen definierten Strömungsweg für das Fluid in Richtung des Filterele mentes 2 mit dem Filtermediumkörper 7 bildet. Der Verdrängungskörper 16 ist im Einlassgehäuse 5 befestigt und weist bevorzugt Aufnahmen für das Filterelement 2 auf, die das Filterelement 2 bevorzugt an dessen geschlossenen Endscheibe 9 lösbar aufnehmen. Hierzu sind am Außen- umfang der Endscheibe 9 über den Umfang verteilt mehrere Befestigungselemente 17 angeord- net, denen korrespondierende Befestigungselemente 18 am Verdrängungskörper 16 zugeordnet sind. Die Befestigungselemente 17 und 18 sind in einen Befestigungseingriff zu bringen, um den Verdrängungskörper 16 und das Filterelement 2 gegeneinander zu zentrieren.
Der Verdrängungskörper 16 ist so dimensioniert, dass zwischen der Außenseite des Verdrän- gungskörpers 16 und der Innenseite der äußeren Gehäusewand des Einlassgehäuses 5 ein Strö- mungsweg 19 (Fig. 3) für das Fluid, welches über die Einströmöffnung 6 eingeführt wird, gebildet ist. Die Außenkontur des Verdrängungskörpers 16 folgt im Wesentlichen der Innenkontur des Einlassgehäuses 5, beide Konturen sind gekrümmt ausgebildet, so dass auch der Strömungsweg 19 entsprechend gekrümmt ist. Der Strömungsweg 19 erstreckt sich in Richtung eines Strö- mungsdurchganges 20, der zwischen der Stirnseite des Filtermediumkörpers 7 mit der End- scheibe 9 und der Gehäusewand des Filtergehäuses 3 gebildet ist. Dieser Strömungsdurchgang 20 verläuft ringsum und ermöglicht den Übertritt des eingeleiteten Fluids zur Roh- bzw. Anström- seite des Filtermediumkörpers 7 im Filtergrundgehäuse 4. Sowohl der Verdrängungskörper 16 als auch das Einlassgehäuse 5 sind dem Filterelement 2 in Strömungsrichtung axial vorgelagert.
Das seitlich über die Einströmöffnung 6 eingeleitete Fluid strömt in den Strömungsweg 19 zwi- schen Verdrängungskörper 16 und Einlassgehäuse 5 und erfährt aufgrund der Krümmung des Strömungswegs 19 einen Drall, der zur Abscheidung von Schmutzpartikeln führt. Zudem weist der Strömungsweg 19 im Vergleich zur Einströmöffnung 6 eine reduzierte Strömungsquer- schnittsfläche auf, wodurch das eingeleitete Fluid beschleunigt wird. Die erhöhte Geschwindigkeit des Fluids und der darin mitgeführten Schmutzpartikel verbessert den Abscheidegrad.
An der Außenseite der geschlossenen Endscheibe 9 ist ein mittig platziertes Stützauge 22 ange- formt, mit dem das Filterelement 2 von außen axial abgestützt werden kann. Hierfür ist in das Einlassgehäuse 5 eine Ausnehmung 24 eingebracht, die axial mit dem Stützauge 22 fluchtet und als Lager für das Stützauge 22 dient.
Der Verdrängungskörper 16 weist eine Außenkontur auf, die kleiner ist als die Innenkontur des aufnehmenden Einlassgehäuses 5. Hierdurch ist an mehreren Seiten, vorzugsweise ringsum an allen Seiten zwischen der Außenwand des Verdrängungskörpers 16 und der Innenseite der Ge- häusewand des Einlassgehäuses 5 ein Strömungsweg gegeben, der von der Einströmöffnung 6 im Einlassgehäuse 5 bis zu dem Strömungsdurchgang 20 im Bereich der geschlossenen End- scheibe 9 des Filterelements 2 reicht. Dieser Strömungsweg 19 weist in alle Richtungen eine Krümmung auf, so dass das einströmende Fluid entsprechend in alle Richtungen einen Drall er- fährt und mit diesem Drall auf den ringförmig umlaufenden Strömungsdurchgang 20 trifft, in wel- chem die Leitrippen 21 angeordnet sind.
Im Strömungsdurchgang 20 befinden sich über den Umfang verteilt mehrere Leitrippen 21 , die Strömungsschaufeln bilden und die Strömung in Richtung Filtermediumkörper 7 weiter beschleu- nigen. Genauer gesagt wird der Anfangsdrall, der durch den Verdrängungskörper 16 und die Gehäuseinnenwandung erzeugt wurde, aufgenommen und weiter verstärkt. Auch hierdurch kann der Abscheidegrad weiter verbessert werden. Die Leitrippen 21 können am Filtergehäuse 3, ins- besondere dem Filtergrundgehäuse 4 angeordnet sein. In Betracht kommt auch eine Anordnung der Leitrippen 21 am Filterelement 2, insbesondere an der geschlossenen Endscheibe 9.
In Figuren 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Filtereinrichtung 1 dargestellt, die einen Luftfilter für den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine bildet. Der grundsätzliche Aufbau des Luftfilters 1 und die Querschnittsgeometrie des Filterelementes 2 entsprechen demjenigen bzw. derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbei- spiel fehlt aber bei Figuren 5 und 6 der Verdrängungskörper im Einlassgehäuse 5. Somit kann die über die Einströmöffnung 6 eintretende Verbrennungsluft sich im kompletten Innenraum im Einlassgehäuse 5 ausbreiten und in Richtung des Strömungsdurchgangs 20 strömen, der sich zwischen dem Außenumfang der geschlossenen Endscheibe 9 am Filtermediumkörper 7 und der Innenseite der Gehäusewand des Filtergrundgehäuses 4 befindet.
In dem Strömungsdurchgang 20 sind Leitrippen 21 angeordnet, die zum Teil als gekrümmte Leit- schaufeln 21 ausgebildet sind und zum Teil geradlinige Abschnitte aufweisen. Die Leitschaufeln 21 bilden eine Dralleinrichtung für die hindurchströmende Verbrennungsluft. Über den Umfang ist eine Vielzahl derartiger Leitschaufeln 21 im Strömungsdurchgang 20 angeordnet. Die Leitschau- feln 21 sind insbesondere am Filterelement 2 befestigt. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, die Leitschaufeln 21 an einem Gehäuseteil zu befestigen, beispielsweise am Filtergrund- gehäuse 4 oder am Einlassgehäuse 5.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante einer als Luftfilter ausgebildeten Filtereinrichtung 1 darge- stellt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht demjenigen aus Figuren 1 bis 4.
Die Filtereinrichtung 1 gemäß Fig. 7 umfasst ein Filterelement 2, das hohlzylindrisch oder mit langgestreckter Querschnittsform ausgebildet und in einem Filtergehäuse 3 angeordnet ist, wel- ches ein Filtergrundgehäuse 4 und ein vorgelagertes Einlassgehäuse 5 umfasst. Das Filtergrund- gehäuse 4 und das Einlassgehäuse 5, an dem sich eine Einströmöffnung 6 befindet, sind einteilig ausgebildet. Das Filtergrundgehäuse 4 nimmt in seinem Aufnahmeraum 26 das Filterelement 2 auf. Die zu filtrierende Verbrennungsluft wird über die seitlich angeordnete Einströmöffnung 6 in das Filtergehäuse 3 eingeführt und in Richtung des Filterelementes 2 geleitet. Bezogen auf die Mittellängsachse 15 des Filterelementes 2 liegt die Einströmöffnung 6 seitlich bzw. radial ver- schoben, wobei die Einströmachse der Einströmöffnung 6 unter einem Winkel von annähernd 90° zur Mittellängsachse 15 des Filterelementes 2 steht.
Das Filterelement 2 weist einen Filtermediumkörper 7 auf, der ringförmig geschlossen ausgebil- det und mit einer langgestreckten Querschnittsform versehen ist. Der Filtermediumkörper 7 wird bezogen auf seine Mittellängsachse 15 radial von außen nach innen von dem zu filtrierenden Fluid - der Verbrennungsluft - durchströmt, so dass die Außenseite des Filtermediumkörpers 7 die Roh- oder Anströmseite und die Innenseite die Reinseite bildet. Der Filtermediumkörper 7 ist an seiner Innen- bzw. Reinseite von einem Stützgerüst 8, welches aus Kunststoff besteht, aus- gekleidet. Der innenliegende Strömungsraum im Filtermediumkörper 7 bildet den Reinraum, in welchem sich das gereinigte Fluid sammelt und aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
An beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Filtermediumkörpers 7 ist jeweils eine End- scheibe 9, 10 angeordnet, wobei die der Einströmöffnung 6 benachbarte erste Endscheibe 9 ge- schlossen ausgebildet und die zweite, gegenüberliegende, der Einströmöffnung 6 abgewandte Endscheibe 10 offen ausgebildet ist, so dass das Fluid aus dem innenliegenden Reinraum axial über die offene Endscheibe 10 abströmen kann. An das Filtergrundgehäuse 4 schließt sich be- nachbart zur offenen Endscheibe 10 des Filterelementes 2 ein gehäuseseitiger Auslassabschnitt 1 1 mit einer Abströmöffnung 12 an, über die das gereinigte Fluid aus der Filtereinrichtung 1 ab- geleitet wird. Der Auslassabschnitt 1 1 ist separat von dem Filtergrundgehäuse 4 ausgebildet, jedoch mit dem Filtergrundgehäuse 4 verbunden.
Die Querschnittsform des Filterelementes 2 bzw. des Filtermediumkörpers 7 kann langgestreckt ausgeführt sein, wobei die Längsseiten beispielhaft eben und parallel zueinander verlaufen und über gekrümmte Schmalseiten verbunden sind. Es ist aber auch eine kreisrunde Querschnitts- form des Filterelementes 2 und des Filtermediumkörpers 7 möglich.
Das Filterelement 2 und der Filtermediumkörper 7 weisen über die axiale Länge - bezogen auf die Mittellängsachse 15 - eine nicht-konstante Querschnittsfläche auf, die im Bereich der ge- schlossenen Endscheibe 9 kleiner ist als im gegenüberliegenden Bereich mit der offenen End- scheibe 10 und von der kleineren zur größeren Querschnittsfläche kontinuierlich und gleichmäßig anwächst.
Benachbart zu dem gehäuseseitigen Auslassabschnitt 1 1 befindet sich im Filtergrundgehäuse 4 ein radial erweiterter Ringraum 14, der einen Schmutzsammelbereich bildet und an dem ein Aus- tragventil 13 angeordnet ist. In dem radial erweiterten Schmutzsammelbereich 14, der ringförmig ausgebildet ist, können sich abgesonderte Schmutzpartikel sammeln, die über das Austragventil 13 aus dem Filtergehäuse 3 abgeleitet werden können.
Das Austragventil 13 ist vorzugsweise als passives Ventil ausgebildet, das durch äußere Ein- flüsse von der üblicherweise geschlossenen Position in eine geöffnete Position verstellt werden kann, in der die Schmutzpartikel abgeleitet werden können. Es ist beispielsweise möglich, das Austragventil 13 an eine Unterdruckquelle anzuschließen, z.B. mit der Saugseite eines Kühler- gebläses in einem Fahrzeug zu verbinden, so dass das Austragventil 13 bei ausreichend hohem Unterdrück geöffnet wird.
Der Schmutzsammelbereich 14 kommuniziert mit dem Aufnahmeraum 26 an der Roh- bzw. An- strömseite des Filtermediumkörpers 7. Axial befindet sich der Schmutzsammelbereich 14 be- nachbart zu der offen ausgebildeten Endscheibe 10 an der Abströmseite des Filterelements 2. Bezogen auf die axiale Gesamtlänge des Filterelementes 2 erstreckt sich der Schmutzsammel- bereich 14 über eine axiale Teillänge, die nicht mehr als 20 % der Gesamtlänge des Filterele mentes 2 beträgt. Der Schmutzsammelbereich 14 ist radial gegenüber der unmittelbar angren- zenden Gehäusewand des Filtergrundgehäuses 4 erweitert. In der axialen Mitte des Schmutz- sammelbereichs 14 stoßen das Filtergrundgehäuse 4 und der Auslassabschnitt 1 1 des Gehäuses aneinander.
In Radialrichtung ist der Schmutzsammelbereich 14 über ein Separierungselement 27 von dem Filtermediumkörper 7 separiert, wobei das Separierungselement 27 als eine umlaufende, konisch ausgebildete Beruhigungswand 27 ausgebildet ist, die Teil des Filtergehäuses 3 ist. Die Beruhi- gungswand 27 bildet die radial innenliegende Begrenzungswand des Schmutzsammelbereichs 14. Die Beruhigungswand 27 läuft ringsum und liegt mit geringem Abstand zur Anström- bzw. Rohseite des Filtermediumkörpers 7. In Achsrichtung erstreckt sich die Beruhigungswand 27 von einem stirnseitigen Abschnitt des Filtergehäuses 3, insbesondere des Auslassabschnittes 1 1 , in Höhe der Endscheibe 10 bis über die axiale Erstreckung des Schmutzsammelbereichs 14 hinaus. Die axiale Länge der Beruhigungswand 27 beträgt beispielsweise mindestens ein Viertel der axi- alen Gesamtlänge des Filterelementes 2. Die Beruhigungswand 27 sorgt für eine Strömungsbe- ruhigung in diesem axialen Abschnitt im Aufnahmeraum 26 und reduziert in diesem Abschnitt die Anströmung des Filtermediumkörpers 7. Der Schmutzsammelbereich 14 ist mit dem Aufnahme- raum 26 strömungsverbunden.
Aufgrund der Strömungsberuhigung und der größeren radialen Erstreckung des Schmutzsam- melbereichs 14 im Vergleich zu der unmittelbar benachbarten Gehäusewand des Filtergrundge- häuses 4 können sich Schmutzpartikel im Schmutzsammelbereich 14 ablagern, die anschließend über das Austragventil 13 abgeführt werden.
Die Beruhigungswand 27 befindet sich axial benachbart zur offenen Endscheibe 10 und erstreckt sich in Achsrichtung, von der offenen Endscheibe 10 ausgehend, über einen Teilbereich des Fil- termediumkörpers 7. An der axial gegenüberliegenden Seite befindet sich ein weiteres Separierungselement 27a in Form einer Separierungsfolie, die unmittelbar auf den Filtermediumkörper 7 aufgebracht ist. Die Separierungsfolie 27a erstreckt sich von der geschlossenen Endscheibe 9 ausgehend in Achs- richtung, so dass die Beruhigungswand 27 und die Separierungsfolie 27a sich von gegenüberlie- genden Stirnseiten aus axial in Richtung der Mitte des Filtermediumkörpers 7 erstrecken. Die axiale Länge der Beruhigungswand 27 und der Separierungsfolie 27a ist zumindest annähernd gleich groß. In der Mitte zwischen den beiden Separierungselementen 27 und 27a befindet sich ein Teilabschnitt des Filtermediumkörpers 7, der frei ist von Separierungselementen und somit unmittelbar von dem zu reinigenden Rohfluid radial angeströmt werden kann.
Beide Separierungselemente 27 und 27a sorgen für eine Strömungsberuhigung des in den An- strömraum an der Anströmseite des Filtermediumkörpers einströmenden Rohfluids, wodurch es ermöglicht wird, dass sich grobe Schmutzpartikel im Ringraum 14 absetzen, die über das Aus- tragventil 13 ausgetragen werden können. Trotz der Separierungselemente 27 und 27a kann der Filtermediumkörper 7 über seine gesamte axiale Länge und seine gesamte Anströmseite von dem Rohfluid angeströmt werden. Die Beruhigungswand 27 liegt radial auf Abstand zur Anström- seite des Filtermediumkörpers 7, wodurch ein Ringraum zwischen der Beruhigungswand 27 und der Anströmseite des Filtermediumkörpers gebildet ist, in den das Rohfluid einströmen kann.
Der Filtermediumkörper 7 ist faltenförmig ausgebildet, wobei die Längserstreckung der Falten parallel zur Längsachse 15 des Filterelements verläuft. Im Bereich der Beruhigungsfolie 27a, die unmittelbar auf den Filtermediumkörper 7 aufgebracht ist und beispielsweise mit dem Filtermedi- umkörper 7 verschweißt oder verklebt ist, kann das Rohfluid entlang der Falten des Filtermedi- umkörpers 7 ausgehend von dem Teilabschnitt des Filtermediumkörpers ohne Separierungsele- mente axial in den Teilbereich strömen, der von der Separierungsfolie 27a abgedeckt ist. Auf diese Weise steht auch im Bereich der Separierungsfolie 27a der Filtermediumkörper 7 für die Filtration des Rohfluids zur Verfügung.

Claims

Ansprüche
1. Filtereinrichtung mit einem Filterelement (2) in einem Filtergehäuse (3), mit einem ringförmi- gen Filtermediumkörper (7) des Filterelements (2) mit langgestreckter Querschnittsform, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg (19) zwischen einer Einströmöffnung (6) im Filtergehäuse (3) und der Anströmseite des Filtermediumkörpers (7) eine separat von der Außenwand des Filtergehäuses (3) ausgebildete Dralleinrichtung (16, 21 ) liegt, um dem ein- strömenden Fluid einen Drall aufzuprägen, wobei die Dralleinrichtung (16, 21 ) der Anström- seite des Filtermediumkörpers (7) axial vorgelagert ist, wobei die Dralleinrichtung einen Ver- drängungskörper (16) umfasst, der innerhalb des Filtergehäuses (3) benachbart zur Ein- strömöffnung (6) angeordnet ist, wobei der Verdrängungskörper (16) ein Strömungsleitele- ment bildet.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrichtung (16, 21 ) am Filterelement (2) angeordnet ist.
3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrich tung (16, 21 ) am Filtergehäuse (3) angeordnet ist.
4. Filtereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrichtung (16, 21 ) an einem Einlassgehäuse (5) des Filtergehäuses (3) angeordnet ist, das auf ein Filter- grundgehäuse (3) aufsetzbar ist, in welchem das Filterelement (2) aufgenommen ist.
5. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (16) in Richtung eines Strömungsdurchgangs (20) zwischen einer Stirn- seite des Filtermediumkörpers (7) und der Innenseite der Gehäusewand des Filtergehäuses (3) gekrümmt ist.
6. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (16) gemeinsam mit einer Gehäusewand einen Strömungsweg (19) in Richtung des Strömungsdurchgangs (20) begrenzt.
7. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Verdrängungskörper (16) Befestigungselemente (18) angeordnet sind, die zur Fixierung oder Zentrierung des Filterelements (2) in Eingriff mit weiteren Befestigungselementen (17) ste- hen.
8. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrichtung eine oder mehrere Leitrippen (21 ) umfasst, die in einem Strömungsdurch- gang (20) zwischen einer Stirnseite des Filterelements (2) und der Gehäusewand des Filter- gehäuses (3) angeordnet sind.
9. Filtereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitrippen (21 ) am Filterelement (2) angeordnet sind. 10. Filtereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitrippen
(21 ) am Filtergehäuse (3) angeordnet sind.
1 1. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung (6) im Filtergehäuse (3) mit seitlichem Abstand zu einer Mittellängsachse (15) des Filterelements (2) liegt.
12. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am oder benachbart zum Filtermediumkörper (7) des Filterelements (2) ein strömungsdichtes Separierungselement (27) angeordnet ist, das sich auf der Anströmseite über eine Teilfläche des Filtermediumkörper (7) erstreckt.
13. Filterelement für eine Filtereinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem ringförmigen Filtermediumkörper (7) des Filterelements (2) mit langgestreckter Quer- schnittsform, mit einer geschlossenen Endscheibe (9) an einer Stirnseite des Filtermedium- körpers (7), dadurch gekennzeichnet, dass am Filterelement (2) benachbart zu der ge- schlossenen Endscheibe (9) ein die Strömung beeinflussender Verdrängungskörper (16) an- geordnet ist, der der Anströmseite des Filtermediumkörpers (7) axial vorgelagert ist.
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