WO2022117707A1 - Filterelement und filtereinrichtung - Google Patents

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WO2022117707A1
WO2022117707A1 PCT/EP2021/083921 EP2021083921W WO2022117707A1 WO 2022117707 A1 WO2022117707 A1 WO 2022117707A1 EP 2021083921 W EP2021083921 W EP 2021083921W WO 2022117707 A1 WO2022117707 A1 WO 2022117707A1
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WO
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fold
folds
height
filter
filter element
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Application number
PCT/EP2021/083921
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Gehwolf
Tobias Tandetzki
Anton Rabanter
Original Assignee
Mann+Hummel Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/10—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filter plates, sheets or pads having plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/52—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material
    • B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
    • B01D46/522—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material with specific folds, e.g. having different lengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/20—Shape of filtering material
    • B01D2275/206—Special forms, e.g. adapted to a certain housing

Definitions

  • the invention relates to a filter element with a filter medium which has a multiplicity of successive folds in a longitudinal direction from a first transverse side to a second transverse side.
  • US Pat. No. 5,897,776 A discloses an air filter with a filter medium, the filter medium having a larger filter surface in a central area than in an edge area. In one embodiment, more folds can be arranged in the central area than in the edge area.
  • a similar filter element is known from JPH1176729A.
  • a second embodiment of the air filter from US Pat. No. 5,897,776 A provides that a fold height is greater in the central area than in the edge area.
  • An internal pressure filter with a circular filter element made of folded filter paper is known from CN 201752600 U. Successive pleats of the filter element have repeatedly increasing and decreasing heights and spacing.
  • a filter element with a filter medium has a multiplicity of successive folds in a longitudinal direction.
  • the longitudinal direction runs from a first to a second transverse side of the filter element.
  • the folds are delimited on the one hand by first fold edges and on the other hand by second fold edges.
  • a fold is understood to mean in particular a V-shaped section of the filter medium. A fold can therefore extend from a first folded edge via a second folded edge to a further first folded edge.
  • a fold can extend from a second folded edge via a first folded edge to a further second folded edge.
  • the fold edges basically run transversely, preferably perpendicularly, to the longitudinal direction.
  • the folded edges can run parallel to the transverse sides.
  • the filter element can have a frame on the two transverse sides and on the longitudinal sides.
  • the filter medium can be embedded in the frame.
  • the frame can seal open end faces of the folds.
  • the filter element can be an air filter element.
  • a height of the folds decreases continuously in the longitudinal direction.
  • the height of the folds describes in particular a distance between the first and the second fold edges of the respective folds.
  • the height of the folds can be measured perpendicular to the longitudinal direction.
  • the height of a fold can be determined as an average of the distance between the first or second fold edge, which delimits the fold on one side, and the two second or first fold edges, which delimit the fold on the other side.
  • a continuous decrease in the height of the folds is understood to mean in particular that no fold further forward in the longitudinal direction (closer to the second transverse side) is higher than a fold further back in the longitudinal direction (closer to the first transverse side). It should be noted that areas with equal height folds can exist.
  • the consistent decrease in the height of the pleats further assumes that for every pleat, except for a group of longitudinally last pleats, there exists a longitudinally more advanced pleat of lesser height.
  • the group of longitudinally last folds may comprise a single fold or multiple folds.
  • the height of a fold forward in the longitudinal direction is at most as large as the height of each of the folds backward in the longitudinal direction. Longitudinally furthest folds have the greatest height; pleats furthest forward in the longitudinal direction have the smallest height. The smallest height is smaller than the largest height.
  • the width of the folds can also be referred to as the fold pitch.
  • the width of the folds or the division of the folds can be measured between the first and second fold edges, at which directly consecutive folds adjoin one another.
  • a depth of the filter element, measured parallel to the fold edges, can be constant or variable.
  • the filter element Due to the variable height of the folds, the filter element can also be used in installation spaces with complex shapes and the available installation space can be used to the maximum.
  • an advantageous ratio of their dimensions to one another can be selected for each fold. This can improve the flow through a filter device with the filter element. Particularly in the case of high fold heights and filter media with low permeability, a pressure loss across the filter element can be reduced by the configuration of the filter element according to the invention.
  • the dust absorption capacity of the filter element can be increased by the design according to the invention.
  • the fold heights and fold pitches of the filter element are coordinated with one another depending on the degree of separation determined by the medium used, the filtration conditions, e.g. Particularly good results in terms of dust absorption capacity and pressure loss for use in an air filter for filtering the intake air of a combustion engine or cathode air of a fuel cell can be achieved if the filter element has the following parameters:
  • the fold pitch is 3.7 to 6.0 mm; with a fold height of 275 to 400 mm, the fold pitch is 3.3 to 4.5 mm; with a fold height of 175 to 275 mm the fold pitch is 3.0 to 3.7 mm and with a fold height of 75 to 175 mm the fold pitch is 2.5 to 3.3 mm.
  • cabin filters in particular building ventilation filters, or gas turbine filters:
  • the fold spacing is 5.0 to 10.0 mm; with a fold height of 275 to 400 mm, the fold pitch is 4.0 to 8.0 mm; with a fold height of 175 to 275 mm the fold pitch is 4.0 to 6.0 mm and with a fold height of 75 to 175 mm the fold pitch is 3.5 to 5.0 mm.
  • the width of the folds decreases in segments in the longitudinal direction.
  • the width of the folds in other words the pitch of the folds, is the same in several segments of the filter element.
  • the width of the folds decreases.
  • the width of the folds thus describes a step-like progression.
  • Such a filter element can be manufactured efficiently.
  • the filter element has three or four segments with different pitches of folds.
  • the filter element has a steadily decreasing fold height with values from a range between 500 mm and 75 mm and has three or four segments within which the fold pitch is the same and is selected from the above intervals in such a way that the fold pitch decreases in the longitudinal direction .
  • the width of the folds in the longitudinal direction can steadily decrease, at least in certain areas. It can be provided that in individual segments along the longitudinal direction the folds are formed with the same width within the respective segment. In the other areas, the width of the folds then steadily decreases. However, the width of the folds preferably increases continuously from the first transverse side steadily down to the second transverse side. A continuous assumption is understood to mean that the width of a longitudinally forward fold (closer to the second transverse side) is smaller than the width of the longitudinally immediately behind (closer to the first transverse side) fold.
  • the height of the folds may decrease in segments.
  • the height of the folds is the same in several segments of the filter element. In the sequence of segments along the longitudinal axis, the height of the folds decreases.
  • the height of the folds thus describes a step-like progression over the longitudinal direction.
  • the segments of folds of the same height can coincide with segments of folds of the same width.
  • the height of the folds in the longitudinal direction can steadily decrease, at least in certain areas. It can be provided that in individual segments along the longitudinal direction the folds are formed with the same height within the respective segment. In the other areas, the height of the folds then steadily decreases. However, the height of the folds preferably decreases continuously from the first transverse side to the second transverse side. A steady decrease is understood to mean that the height of a fold further forward in the longitudinal direction (closer to the second transverse side) is smaller than the height of the fold immediately behind it in the longitudinal direction (closer to the first transverse side).
  • the width and the height of the folds are each in a constant ratio to one another.
  • the quotient of its height and its width is the same for each of the folds.
  • the ratios can be considered to be the same.
  • First folded edges of the folds can extend in a common first plane. All first folded edges of the filter element preferably extend in the first plane. This can simplify manufacture and handling of the filter element. Furthermore, second fold edges of the folds can extend in a second plane. All second folded edges of the filter element preferably extend in the second plane. The first and second planes are inclined towards each other, so that the height of the folds decreases in the longitudinal direction.
  • First and/or second folded edges of the folds can run parallel to one another. This simplifies production. All of the first and second fold edges preferably run parallel to one another.
  • the filter medium is advantageously based on cellulose.
  • the filter medium consists of cellulose fibers reinforced with synthetic resin.
  • the material thickness of the filter medium is preferably between 0.25 and 1.5 mm.
  • the permeability according to DIN EN ISO 9237 of the filter medium is preferably between 20 and 400 l/m 2 /s at 200 Pa, more preferably between 80 and 200 l/m 2 /s at 200 Pa.
  • the flow rate through the filter medium is advantageously 1 to 20 cm/s, in particular 2 to 6 cm/s.
  • a filter device with a filter housing and a filter element according to the invention as described above also falls within the scope of the present invention.
  • the filter device is preferably an air filter.
  • the filter housing typically has an inflow opening and an outflow opening for fluid to be filtered.
  • the filter element can be arranged in the housing in order to separate a dirty side of the filter device assigned to the inflow opening from a clean side of the filter device assigned to the outflow opening.
  • the filter device can be used to filter intake air in internal combustion engines or cathode air in fuel cells, in particular for vehicles. However, it can also be a ventilation filter or a gas turbine filter. Brief description of the drawings
  • FIG. 1 shows a filter element according to the invention, in which a height of folds of a filter medium decreases steadily in a longitudinal direction and a width of the folds decreases in segments, in a schematic cross-sectional view;
  • FIG. 2 shows a filter element according to the invention, in which a height and a width of folds of a filter medium decrease steadily in a longitudinal direction, in a schematic cross-sectional view;
  • FIG 3 shows a filter device according to the invention with a filter element according to the invention arranged in a filter housing, in a schematic cross-sectional view.
  • FIG. 1 shows a filter element 10.
  • the filter element 10 has a pleated filter medium 12.
  • FIG. The filter medium 12 can be held in a frame of the filter element 10 (not shown in more detail), wherein the frame can carry a peripheral seal or can itself be designed as such.
  • the filter element 10 is designed as a so-called flat filter element, ie it extends between a dirty side and an opposite clean side, without an intermediate one enclose permeable cavity.
  • the filter element 10 is essentially rectangular, but can in principle have any cross-sectional shape.
  • the filter medium 12 has a large number of folds 14 .
  • the folds 14 are arranged one after the other in a longitudinal direction 16 .
  • the folds 14 are delimited on the one hand (at the bottom in FIG. 1) by first fold edges 18 .
  • the folds 14 are delimited by the second folded edges 20 .
  • Adjacent folds 14 adjoin one another at the second fold edges 20 .
  • the first fold edges 18 all extend in a first plane 22 here.
  • the second fold edges 20 can all extend in a second plane 24 .
  • the first and the second folded edges 18, 20 can each run parallel to one another and in particular perpendicularly to the longitudinal direction 16. In FIG. 1, the folded edges 18, 20 run perpendicular to the plane of the drawing.
  • the filter medium 12 extends in the longitudinal direction 16 from a first transverse side 26 to a second transverse side 28.
  • the folds 14 of the filter medium 12 each have a different height 30 .
  • the height 30 can be measured as the (mean) distance of the first folded edge 18 from the second folded edges 20 of a respective fold 14 perpendicular to the longitudinal direction and perpendicular to the folded edges 18, 20.
  • the height 30 of each fold 14 arranged closer to the second transverse side 28 is here smaller than a height 30 of each fold 14 arranged closer to the first transverse side 26. Folds 14 arranged closer to the first transverse side 26 therefore have a greater height 30 than closer folds 14 arranged on the second transverse side 28. In other words, the height 30 of the folds 14 decreases continuously in the longitudinal direction 16 from the first transverse side 26 to the second transverse side 28.
  • the folds 14 of the filter medium 12 have different widths 32a, 32b, 32c.
  • the filter medium 12 here has a plurality of segments 34a, 34b, 34c, in which the widths 32a, 32b, 32c of the folds 14 are each of the same size. In other words, all folds 14 of one of the segments 34a, 34b, 34c each have the same width 32a, 32b or 32c.
  • the folds 14 of a segment 34a, 34b arranged closer to the first transverse side 26 have a greater width 32a, 32b than the folds 14 of a segment 34b, 34c arranged closer to the second transverse side 28. In other words, takes the Width 32a, 32b, 32c of the folds 14 in the longitudinal direction 16 from segments. In this way, the width 32a, 32b, 32c of the folds 14 decreases continuously from the first transverse side 26 to the second transverse side 28.
  • Example 1 For an air filter element for filtering intake air for an internal combustion engine with a media permeability of 80 to 250 l/m 2 /s and a filtration speed of 2-8 cm/s, the following values have proven to be particularly advantageous:
  • the fold height in the first segment 34a decreases from approximately 500 mm to approximately 400 mm and the fold spacing is a constant value between 3.7 and 6.0, for example 4.5 mm.
  • the fold height in the second segment 34b decreases from 400 mm to 275 mm and the fold pitch is 3.3 to 4.5 mm, for example 3.7 mm.
  • the fold height in the third segment 34c is between 275 mm and 175 mm, with a fold spacing between 3.0 and 3.7 mm, for example 3.3 mm.
  • the third segment 34c can be adjoined by a fourth segment (not shown), within which the fold heights decrease from about 175 mm, preferably to a height of about 75 mm, and which has a fold pitch between 2.5 mm and 3 .3mm.
  • Example 2 For an air filter element for HVAC applications with a media permeability of 25 l/m 2 /s and a filtration speed of 1-3 cm/s, the fold pitch in the first segment 34a is between 5.0 and 10.0 mm, for example 6 mm, in the second segment 34b between 4.0 and 8.0 mm and in the third segment 34c between 4.0 and 6.0 mm, while the fold height as in the first embodiment in the first segment 34a between 400 and 500 mm, in the second segment 34b is between 275 and 400 mm and in the third segment 34c between 275 and 175 mm. In a fourth segment, not shown, with a fold height of between 75 and 175 mm, the fold pitch is 3.5 to 5.0 mm.
  • FIG. 2 shows a further filter element 40.
  • the filter element 40 is constructed similarly to the filter element 10 from FIG. 1. The differences are primarily described below. For the rest, reference is made to the preceding description. In the case of the filter element 40--as in the case of the filter element 10 of FIG. The height 30 of the folds 14 decreases continuously from a first transverse side 26 to a second transverse side 28 .
  • each fold 14 arranged closer to the second transverse side 28 is smaller than a width 32 of each fold 14 arranged closer to the first transverse side 26. Folds 14 arranged closer to the first transverse side 26 therefore have a greater width 32 than closer folds 14 arranged on the second transverse side 28. In this way, the width 32 of the folds 14 decreases continuously from the first transverse side 26 to the second transverse side 28. A ratio of the respective height 30 and the respective width 32 can have the same value for each of the folds 14 .
  • FIG. 3 shows a filter device 50.
  • the filter device 50 is designed here as an air filter.
  • the filter device 50 can be used to filter combustion air for an internal combustion engine, to filter cathode air for a fuel cell or as an interior air filter in a motor vehicle.
  • the filter device 50 has a filter housing 52 .
  • a filter element is arranged in the filter housing 52, for example the filter element 10 from FIG. 1 or the filter element 40 from FIG. 40 can seal the filter medium 12 with respect to the filter housing 52 .
  • the raw side 54 communicates with an inflow opening 58.
  • the clean side 56 communicates with an outflow opening 60.
  • the air to be filtered flows through the inflow opening 58 into the raw side 54.
  • the air then passes through the filter element 10/40, with dirt particles in the filter medium 12 are held back so that filtered air reaches the clean side 56.
  • the filtered air flows from the clean side 56 through the outflow opening 60 out of the filter housing 52.
  • the invention relates to a filter element with a pleated filter medium.
  • the filter element can be a flat filter element.
  • a height and a width (pitch) of folds of the filter medium is variable. In a longitudinal direction, both the height and the width of the folds can decrease continuously. Folds with a larger width have a greater height than folds with a smaller width.
  • first folded edges 18 second folded edges 20 first level 22 second level 24 first transverse side 26 second transverse side 28

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement (10) mit einem Filtermedium (12), das in einer Längsrichtung (16) von einer ersten Querseite (26) zu einer zweiten Querseite (28) eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Falten (14) aufweist, wobei eine Höhe (30) der Falten (14) in der Längsrichtung (16) durchgängig abnimmt, und wobei eine Breite (32a-32c) der Falten (14) in der Längsrichtung (16) durchgängig abnimmt. Die Erfindung betrifft ferner eine Filtereinrichtung (50) aufweisend ein Filtergehäuse (52) und ein solches Filterelement (10).

Description

Beschreibung
Filterelement und Filtereinrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit einem Filtermedium, das in einer Längsrichtung von einer ersten Querseite zu einer zweiten Querseite eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Falten aufweist.
Stand der Technik
Solche Filterelemente sind aus dem Stand der Technik bekannt.
In US 5,897,776 A ist ein Luftfilter mit einem Filtermedium bekannt, wobei das Filtermedium in einem zentralen Bereich eine größere Filterfläche aufweist als in einem Randbereich. In einer Ausführungsform können hierzu in dem zentralen Bereich mehr Falten angeordnet sein als in dem Randbereich. Ein ähnliches Filterelement ist aus JPH1176729A bekannt. Eine zweite Ausführungsform des Luftfilters aus US 5,897,776 A sieht vor, dass eine Faltenhöhe in dem zentralen Bereich größer ist als in dem Randbereich.
Aus CN 201752600 U ist ein Innendruck-Filter mit einem kreisförmigen Filterelement aus gefaltetem Filterpapier bekannt. Aufeinanderfolgende Falten des Filterelements weisen wiederholt zu- und abnehmende Höhen und Abstände auf.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die in einem begrenzten Bauraum zu realisierende Filterleistung zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Filtereinrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben. Erfindungsgemäß ist ein Filterelement mit einem Filtermedium vorgesehen. Das Filtermedium weist in einer Längsrichtung eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Falten auf. Die Längsrichtung verläuft von einer ersten zu einer zweiten Querseite des Filterelements. Die Falten werden einerseits durch erste Falzkanten und andererseits durch zweite Falzkanten begrenzt. Unter einer Falte wird vorliegend insbesondere ein V- förmiger Abschnitt des Filtermediums verstanden. Eine Falte kann sich mithin von einer ersten Falzkante über eine zweite Falzkante zu einer weiteren ersten Falzkante erstrecken. Alternativ kann sich eine Falte von einer zweiten Falzkante über eine erste Falzkante zu einer weiteren zweiten Falzkante erstrecken. Die Falzkanten verlaufen grundsätzlich quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Längsrichtung. Insbesondere können die Falzkanten parallel zu den Querseiten verlaufen. An den beiden Querseiten und an Längsseiten kann das Filterelement einen Rahmen aufweisen. Das Filtermedium kann in den Rahmen eingebettet sein. Insbesondere kann der Rahmen offene Stirnseiten der Falten abdichten. Das Filterelement kann ein Luftfilterelement sein.
Erfindungsgemäß nimmt eine Höhe der Falten in der Längsrichtung durchgängig ab. Die Höhe der Falten beschreibt insbesondere einen Abstand zwischen den ersten und den zweiten Falzkanten der jeweiligen Falten. Die Höhe der Falten kann senkrecht zu der Längsrichtung gemessen werden. Die Höhe einer Falte kann als ein Mittelwert des Abstandes der ersten bzw. zweiten Falzkante, welche die Falte auf der einen Seite begrenzt, und der beiden zweiten bzw. ersten Falzkanten, welche die Falte auf der anderen Seite begrenzen, bestimmt werden.
Unter einer durchgängigen Abnahme der Höhe der Falten wird insbesondere verstanden, dass keine in der Längsrichtung weiter vorne (näher an der zweiten Querseite) liegende Falte höher ist als eine in der Längsrichtung weiter hinten (näher an der ersten Querseite) liegende Falte. Es sei angemerkt, dass Bereiche mit gleich hohen Falten existieren können. Die durchgängige Abnahme der Höhe der Falten setzt weiter voraus, dass zu jeder Falte, mit Ausnahme einer Gruppe von in der Längsrichtung letzten Falten, eine in der Längsrichtung weiter vorne liegende Falte mit einer geringeren Höhe existiert. Die Gruppe der in der Längsrichtung letzten Falten kann eine einzige Falte oder mehrere Falten umfassen. Mit anderen Worten ist die Höhe einer in der Längsrichtung weiter vorne liegenden Falte maximal so groß wie die Höhe jeder der in der Längsrichtung weiter hinten liegenden Falten. In der Längsrichtung am weitesten hinten liegende Falten besitzen die größte Höhe; in der Längsrichtung am weitesten vorne liegende Falten besitzen die kleinste Höhe. Die kleinste Höhe ist kleiner als die größte Höhe.
Weiter erfindungsgemäß nimmt eine - in der Längsrichtung gemessene - Breite der Falten in der Längsrichtung durchgängig ab. Die Breite der Falten kann auch als Faltenteilung bezeichnet werden. Die Breite der Falten bzw. die Faltenteilung kann zwischen ersten bzw. zweiten Falzkanten, an denen unmittelbar aufeinanderfolgende Falten aneinander angrenzen, gemessen werden.
Eine Tiefe des Filterelements, die parallel zu den Falzkanten gemessen wird, kann konstant oder veränderlich sein.
Durch die veränderliche Höhe der Falten kann das Filterelement auch in komplex geformten Bauräumen eingesetzt werden und den zur Verfügung stehenden Bauraum maximal ausnutzen. Indem die Breite der Falten mit der Höhe der Falten verändert wird, kann für jede Falte ein vorteilhaftes Verhältnis ihrer Abmaße zueinander gewählt werden. Dies kann die Durchströmung einer Filtereinrichtung mit dem Filterelement verbessern. Insbesondere bei hohen Faltenhöhen und Filtermedien mit geringer Durchlässigkeit kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Filterelements ein Druckverlust über dem Filterelement verringert werden. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung eine Staubaufnahmekapazität des Filterelements erhöht werden.
Die Faltenhöhen und Faltenteilungen des Filterelements sind in Abhängigkeit des durch das eingesetzte Medium bestimmten Abscheidegrads, der Filtrationsbedingungen, z.B. der Filtrationsgeschwindigkeit, und des vorhandenen Bauraums derart aufeinander abgestimmt, dass sich ein möglichst geringer Druckverlust und eine möglichst hohe Staubaufnahmekapazität ergeben. Besonders gute Ergebnisse in Bezug auf Staubaufnahmekapazität und Druckverlust für den Einsatz in einem Luftfilter zur Filtration von Ansauglauft eines Verbrennungsmotors oder Kathodenluft einer Brennstoffzelle lassen sich erzielen, wenn das Filterelement folgende Parameter aufweist:
Bei einer Faltenhöhe von 400 bis 500 mm beträgt die Faltenteilung 3,7 bis 6,0 mm; bei einer Faltenhöhe von 275 bis 400 mm beträgt die Faltenteilung 3,3 bis 4,5 mm; bei einer Faltenhöhe von 175 bis 275 beträgt die Faltenteilung 3,0 bis 3,7 mm und bei einer Faltenhöhe von 75 bis 175 mm beträgt die Faltenteilung 2,5 bis 3,3 mm.
Für Innenraumfilter, insbesondere Gebäudebelüftungsfilter, oder Gasturbinenfilter sind folgende Parameter besonders vorteilhaft:
Bei einer Faltenhöhe von 400 bis 500 mm beträgt die Faltenteilung 5,0 bis 10,0 mm; bei einer Faltenhöhe von 275 bis 400 mm beträgt die Faltenteilung 4,0 bis 8,0 mm; bei einer Faltenhöhe von 175 bis 275 mm beträgt die Faltenteilung 4,0 bis 6,0 mm und bei einer Faltenhöhe von 75 bis 175 mm beträgt die Faltenteilung 3,5 bis 5,0 mm.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Breite der Falten in der Längsrichtung segmentweise abnimmt. Mit anderen Worten ist in mehreren Segmenten des Filterelements die Breite der Falten, mit anderen Worten die Faltenteilung, jeweils gleich groß. In der Folge der Segmente entlang der Längsachse nimmt die Breite der Falten ab. Über der Längsrichtung beschreibt die Breite der Falten mithin einen stufenförmigen Verlauf. Ein solches Filterelement kann rationell gefertigt werden. Beispielsweise weist das Filterelement drei oder vier Segmente mit unterschiedlicher Faltenteilung auf. Insbesondere weist das Filterelement eine stetig abnehmende Faltenhöhe mit Werten aus einem Bereich zwischen 500 mm und 75 mm auf und besitzt drei oder vier Segmente, innerhalb derer die Faltenteilung jeweils gleich ist und derart aus den oben angeführten Intervallen ausgewählt ist, dass die Faltenteilung in Längsrichtung abnimmt.
Alternativ kann die Breite der Falten in der Längsrichtung zumindest bereichsweise stetig abnehmen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass in einzelnen Segmenten entlang der Längsrichtung die Falten mit einer innerhalb des jeweiligen Segments gleichen Breite ausgebildet sind. In den anderen Bereichen nimmt die Breite der Falten dann stetig ab. Vorzugsweise nimmt die Breite der Falten jedoch von der ersten Querseite durchgängig bis zu der zweiten Querseite stetig ab. Unter einer stetigen Annahme wird insofern verstanden, dass die Breite einer in der Längsrichtung weiter vorne (näher an der zweiten Querseite) liegende Falte kleiner ist als die Breite der in der Längsrichtung unmittelbar dahinter (näher an der ersten Querseite) liegenden Falte.
Die Höhe der Falten kann segmentweise abnehmen. Mit anderen Worten ist in mehreren Segmenten des Filterelements die Höhe der Falten jeweils gleich groß. In der Folge der Segmente entlang der Längsachse nimmt die Höhe der Falten ab. Über der Längsrichtung beschreibt die Höhe der Falten mithin einen stufenförmigen Verlauf. Die Segmente von Falten gleicher Höhe können mit Segmenten von Falten gleicher Breite übereinstimmen.
Alternativ kann die Höhe der Falten in der Längsrichtung zumindest bereichsweise stetig abnehmen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass in einzelnen Segmenten entlang der Längsrichtung die Falten mit einer innerhalb des jeweiligen Segments gleichen Höhe ausgebildet sind. In den anderen Bereichen nimmt die Höhe der Falten dann stetig ab. Vorzugsweise nimmt die Höhe der Falten jedoch von der ersten Querseite durchgängig bis zu der zweiten Querseite stetig ab. Unter einer stetigen Abnahme wird insofern verstanden, dass die Höhe einer in der Längsrichtung weiter vorne (näher an der zweiten Querseite) liegenden Falte kleiner ist als die Höhe der in der Längsrichtung unmittelbar dahinter (näher an der ersten Querseite) liegenden Falte.
Vorteilhafterweise stehen die Breite und die Höhe der Falten jeweils in einem konstanten Verhältnis zueinander. Mit anderen Worten ist für jede der Falten der Quotient aus ihrer Höhe und ihrer Breite gleich groß. Bei maximalen Abweichungen von bis zu 20 %, insbesondere bis zu 10 %, der Größenverhältnisse einzelner Falten von einem Mittelwert des Quotienten, können die Verhältnisse als gleich groß angesehen werden. Bei dieser Ausführungsform werden überall über der Länge des Filterelements dieselben - für die Filtration optimalen - geometrischen Verhältnisse der Falten eingerichtet.
Erste Falzkanten der Falten können sich in einer gemeinsamen ersten Ebene erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich alle ersten Falzkanten des Filterelements in der ersten Ebene. Dies kann Fertigung und Handhabung des Filterelements vereinfachen. Weiterhin können sich zweite Falzkanten der Falten in einer zweiten Ebene erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich alle zweiten Falzkanten des Filterelements in der zweiten Ebene. Die erste und zweite Ebene sind gegeneinander geneigt, sodass die Höhe der Falten in der Längsrichtung abnimmt.
Erste und/oder zweite Falzkanten der Falten können parallel zueinander verlaufen. Dies vereinfacht die Fertigung. Vorzugsweise verlaufen alle ersten und zweiten Falzkanten parallel zueinander.
Das Filtermedium basiert vorteilhaft auf Zellulose. Beispielsweise besteht das Filtermedium aus mit Kunstharz verstärkten Zellulosefasern.
Die Materialdicke des Filtermediums liegt vorzugsweise zwischen 0,25 und 1 ,5 mm.
Die Permeabilität nach DIN EN ISO 9237 des Filtermediums liegt vorzugsweise zwischen 20 und 400 l/m2/s bei 200 Pa, weiter bevorzugt zwischen 80 und 200 l/m2/s bei 200 Pa.
Das Filtermedium wird vorteilhaft mit 1 bis 20 cm/s, insbesondere 2 bis 6 cm/s durchströmt.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner eine Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Filterelement. Die Filtereinrichtung ist vorzugsweise ein Luftfilter. Das Filtergehäuse weist typischerweise eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung für zu filterndes Fluid auf. Das Filterelement kann in dem Gehäuse angeordnet sein, um eine der Einströmöffnung zugeordnete Rohseite von einer der Ausströmöffnung zugeordneten Reinseite der Filtereinrichtung zu trennen.
Die Filtereinrichtung kann zur Filtration von Ansaugluft bei Verbrennungsmotoren oder von Kathodenluft bei Brennstoffzellen, insbesondere für Fahrzeuge, eingesetzt werden. Es kann sich aber auch um einen Belüftungsfilter oder einen Gasturbinenfilter handeln. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Filterelement, bei dem in einer Längsrichtung eine Höhe von Falten eines Filtermediums stetig abnimmt und eine Breite der Falten segmentweise abnimmt, in einer schematischen Querschnittsansicht;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Filterelement, bei dem in einer Längsrichtung eine Höhe und eine Breite von Falten eines Filtermediums stetig abnehmen, in einer schematischen Querschnittsansicht;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit einem in einem Filtergehäuse angeordneten erfindungsgemäßen Filterelement, in einer schematischen Querschnittsansicht.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Filterelement 10. Das Filterelement 10 weist ein gefaltetes Filtermedium 12 auf. Das Filtermedium 12 kann in einem nicht näher dargestellten Rahmen des Filterelements 10 gehalten sein, wobei der Rahmen eine umlaufende Dichtung tragen kann oder selbst als eine solche ausgebildet sein kann. Das Filterelement 10 ist als sogenanntes Flachfilterelement ausgebildet, d.h. es erstreckt sich zwischen einer Rohseite und einer gegenüberliegenden Reinseite, ohne einen dazwischenliegenden durchströmbaren Hohlraum einzuschließen. Das Filterelement 10 ist im Wesentlichen rechteckig, kann prinzipiell aber eine beliebige Querschnittsform aufweisen.
Das Filtermedium 12 weist eine Vielzahl von Falten 14 auf. Die Falten 14 sind in einer Längsrichtung 16 aufeinanderfolgend angeordnet. Die Falten 14 werden einerseits (in Figur 1 unten) von ersten Falzkanten 18 begrenzt. Andererseits (in Figur 1 oben) werden die Falten 14 von zweiten Falzkanten 20 begrenzt. An den zweiten Falzkanten 20 grenzen benachbarte Falten 14 aneinander. Die ersten Falzkanten 18 erstrecken sich hier allesamt in einer ersten Ebene 22. Die zweiten Falzkanten 20 können sich allesamt in einer zweiten Ebene 24 erstrecken. Die ersten und die zweiten Falzkanten 18, 20 können jeweils parallel zueinander und insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung 16 verlaufen. In Figur 1 verlaufen die Falzkanten 18, 20 senkrecht zur Zeichenebene. Das Filtermedium 12 erstreckt sich in der Längsrichtung 16 von einer ersten Querseite 26 zu einer zweiten Querseite 28.
Die Falten 14 des Filtermediums 12 weisen jeweils eine unterschiedliche Höhe 30 auf. Die Höhe 30 kann als der (mittlere) Abstand der ersten Falzkante 18 von den zweiten Falzkanten 20 einer jeweiligen Falte 14 senkrecht zu der Längsrichtung und senkrecht zu den Falzkanten 18, 20 gemessen werden. Die Höhe 30 einer jeden näher an der zweiten Querseite 28 angeordneten Falte 14 ist hier kleiner als eine Höhe 30 einer jeden näher an der ersten Querseite 26 angeordneten Falte 14. Näher an der ersten Querseite 26 angeordnete Falten 14 haben mithin eine größere Höhe 30 als näher an der zweiten Querseite 28 angeordnete Falten 14. Mit anderen Worten nimmt die Höhe 30 der Falten 14 in der Längsrichtung 16 von der ersten Querseite 26 bis zu der zweiten Querseite 28 durchgängig stetig ab.
Die Falten 14 des Filtermediums 12 weisen unterschiedliche Breiten 32a, 32b, 32c auf. Das Filtermedium 12 weist hier mehrere Segmente 34a, 34b, 34c auf, in denen die Breiten 32a, 32b, 32c der Falten 14 jeweils gleich groß sind. Mit anderen Worten weisen alle Falten 14 eines der Segmente 34a, 34b, 34c jeweils dieselbe Breite 32a, 32b bzw. 32c auf. Die Falten 14 eines näher an der ersten Querseite 26 angeordneten Segments 34a, 34b weisen eine größere Breite 32a, 32b auf als die Falten 14 eines näher an der zweiten Querseite 28 angeordneten Segments 34b, 34c. Mit anderen Worten nimmt die Breite 32a, 32b, 32c der Falten 14 in der Längsrichtung 16 segmentweise ab. Derart verringert sich die Breite 32a, 32b, 32c der Falten 14 von der ersten Querseite 26 durchgängig bis zu der zweiten Querseite 28.
Beispiel 1 : Für ein Luftfilterelement zur Filtration von Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor mit einer Medienpermeabilität von 80 bis 250 l/m2/s und einer Filtrationsgeschwindigkeit von 2-8 cm/s haben sich folgende Werte als besonders vorteilhaft herausgestellt:
Vorteilhaft nimmt die Faltenhöhe im ersten Segment 34a von ca. 500 mm auf ca. 400 mm ab und die Faltenteilung beträgt einen konstanten Wert zwischen 3,7 und 6,0, beispielsweise 4,5 mm. Im zweiten Segment 34b nimmt die Faltenhöhe von 400 mm auf 275 mm ab und die Faltenteilung beträgt 3,3 bis 4,5 mm, beispielsweise 3,7 mm. Im dritten Segment 34c liegt die Faltenhöhe zwischen 275 mm und 175 mm, bei einer Faltenteilung zwischen 3,0 und 3,7 mm, beispielsweise 3,3 mm.
An das dritte Segment 34c kann sich ein - nicht dargestelltes - viertes Segment anschließen, innerhalb welchem die Faltenhöhen von ca. 175 mm an abnehmen, vorzugsweise bis auf eine Höhe von ca. 75 mm, und welches eine Faltenteilung zwischen 2,5 mm und 3,3 mm aufweist.
Beispiel 2: Für ein Luftfilterelement für HVAC-Anwendungen mit einer Medienpermeabilität von 25 l/m2/s und einer Filtrationsgeschwindigkeit von 1-3 cm/s liegt die Faltenteilung im erstens Segment 34a zwischen 5, 0 und 10,0 mm, beispielsweise bei 6mm, im zweiten Segment 34b zwischen 4,0 und 8,0 mm und im dritten Segment 34c zwischen 4,0 und 6,0 mm, während die Faltenhöhe wie im ersten Ausführungsbeispiel im ersten Segment 34a zwischen 400 und 500 mm, im zweiten Segment 34b zwischen 275 und 400 mm und im dritten Segment 34c zwischen 275 und 175 mm liegt. In einem nicht dargestellten vierten Segment mit einer Faltenhöhe zwischen 75 und 175 mm beträgt die Faltenteilung 3,5 bis 5,0 mm.
Figur 2 zeigt ein weiteres Filterelement 40. Das Filterelement 40 ist ähnlich aufgebaut wie das Filterelement 10 von Figur 1. Nachfolgend werden vorrangig die Unterschiede beschrieben. Im Übrigen sei auf die vorangehende Beschreibung verwiesen. Bei dem Filterelement 40 nimmt - wie bei dem Filterelement 10 von Figur 1 - eine Höhe 30 von Falten 14 eines Filtermediums 12 in einer Längsrichtung 16 durchgängig stetig ab. Von einer ersten Querseite 26 bis zu einer zweiten Querseite 28 verringert sich die Höhe 30 der Falten 14 kontinuierlich.
Anders als bei dem Filterelement 10 von Figur 1 ist bei dem in Figur 2 gezeigten Filterelement 40 vorgesehen, dass eine Breite 32 der Falten 14 entlang der Längsrichtung 16 stetig abnimmt. Die Breite 32 einer jeden näher an der zweiten Querseite 28 angeordneten Falte 14 ist hierbei kleiner als eine Breite 32 einer jeden näher an der ersten Querseite 26 angeordneten Falte 14. Näher an der ersten Querseite 26 angeordnete Falten 14 haben mithin eine größere Breite 32 als näher an der zweiten Querseite 28 angeordneten Falten 14. Derart nimmt die Breite 32 der Falten 14 durchgängig von der ersten Querseite 26 bis zu der zweiten Querseite 28 ab. Dabei kann für eine jede der Falten 14 ein Verhältnis der jeweiligen Höhe 30 und der jeweiligen Breite 32 denselben Wert besitzen.
Figur 3 zeigt eine Filtereinrichtung 50. Die Filtereinrichtung 50 ist hier als ein Luftfilter ausgebildet. Die Filtereinrichtung 50 kann zum Filtern von Verbrennungsluft für einen Verbrennungsmotor, zum Filtern von Kathodenluft für eine Brennstoffzelle oder als Innenraumluftfilter in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Die Filtereinrichtung 50 weist ein Filtergehäuse 52 auf. In dem Filtergehäuse 52 ist ein Filterelement angeordnet, beispielsweise das Filterelement 10 von Figur 1 oder das Filterelement 40 von Figur 2. Das Filterelement 10/40 trennt in dem Filtergehäuse 52 eine Rohseite 54 von einer Reinseite 56. Ein umlaufender Rahmen 57 des Filterelements 10/40 kann das Filtermedium 12 gegenüber dem Filtergehäuse 52 abdichten. Die Rohseite 54 kommuniziert mit einer Einströmöffnung 58. Die Reinseite 56 kommuniziert mit einer Ausströmöffnung 60. Im Betrieb der Filtereinrichtung 50 strömt zu filternde Luft durch die Einströmöffnung 58 in die Rohseite 54. Die Luft passiert sodann das Filterelement 10/40, wobei Schmutzpartikel im Filtermedium 12 zurückgehalten werden, sodass gefilterte Luft auf die Reinseite 56 gelangt. Von der Reinseite 56 strömt die gefilterte Luft durch die Ausströmöffnung 60 aus dem Filtergehäuse 52. Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Filterelement mit einem gefalteten Filtermedium. Das Filterelement kann ein Flachfilterelement sein. Eine Höhe und eine Breite (Teilung) von Falten des Filtermediums ist variabel. In einer Längsrichtung können sowohl die Höhe als auch die Breite der Falten kontinuierlich abnehmen. Falten mit einer größeren Breite haben eine größere Höhe als Falten mit einer kleineren Breite.
Bezugszeichenliste
Filterelement 10; 40
Filtermedium 12
Falten 14
Längsrichtung 16 erste Falzkanten 18 zweite Falzkanten 20 erste Ebene 22 zweite Ebene 24 ersten Querseite 26 zweiten Querseite 28
Höhe 30 der Falten 14
Breite 32; 32a, 32b, 32c der Falten 14
Segmente 34a, 34b, 34c
Filtereinrichtung 50
Filtergehäuse 52
Rohseite 54
Reinseite 56
Rahmen 57
Einströmöffnung 58
Ausströmöffnung 60

Claims

Ansprüche Filterelement (10; 40) mit einem Filtermedium (12), das in einer Längsrichtung (16) von einer ersten Querseite (26) zu einer zweiten Querseite (28) eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Falten (14) aufweist, wobei eine Höhe (30) der Falten (14) in der Längsrichtung (16) durchgängig abnimmt, und wobei eine Breite (32;
32a-32c) der Falten (14) in der Längsrichtung (16) durchgängig abnimmt. Filterelement (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (32a-32c) der Falten (14) in der Längsrichtung (16) segmentweise abnimmt. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (30) der Falten (14) segmentweise abnimmt. Filterelement (10; 40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (30) der Falten (14) in der Längsrichtung (16) zumindest bereichsweise, vorzugsweise von der ersten Querseite (26) durchgängig bis zur zweiten Querseite (28), stetig abnimmt. Filterelement (10; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich erste Falzkanten (18) der Falten (14) in einer ersten Ebene (22) erstrecken. Filterelement (10; 40) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich zweite Falzkanten (20) der Falten (14) in einer zweiten Ebene (24) erstrecken. Filterelement (10; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste und/oder zweite Falzkanten (18, 20) der Falten (14) parallel zueinander verlaufen. Filterelement (10; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Faltenhöhe von 400 bis 500 mm die Faltenteilung 3,7 bis 6,0 mm beträgt; bei einer Faltenhöhe von 275 bis 400 mm die Faltenteilung 3,3 bis 4,5 mm beträgt; bei einer Faltenhöhe von 175 bis 275 mm die Faltenteilung 3,0 bis 3,7 mm beträgt und bei einer Faltenhöhe von 75 bis 175 mm die Faltenteilung 2,5 bis 3,3 mm beträgt. Filterelement (10; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Faltenhöhe von 400 bis 500 mm die Faltenteilung 5,0 bis 10,0 mm beträgt; bei einer Faltenhöhe von 275 bis 400 mm die Faltenteilung 4,0 bis 8,0 mm beträgt; bei einer Faltenhöhe von 175 bis 275 mm die Faltenteilung 4,0 bis 6,0 mm beträgt und bei einer Faltenhöhe von 75 bis 175 mm die Faltenteilung 3,5 bis 5,0 mm beträgt. Filtereinrichtung (50), vorzugsweise Luftfilter, aufweisend ein Filtergehäuse (52) und ein Filterelement (10; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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