Ringförmiges Filterelement, insbesondere zur Gasfiltration, und Filtereinrichtung Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein ringförmiges Filterelement, insbesondere zur Gasfil- tration, beispielsweise für einen Luftfilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 . Weiterhin betrifft die Erfindung eine Filtereinrichtung mit einem solchen Filterelement.

Stand der Technik

In der DE 10 2007 017 091 A1 wird ein Ringfilterelement für einen Luftfilter eines Ver- brennungsmotors beschrieben, der einen ringförmigen, von der Luft radial von außen nach innen zu durchströmenden Filtermediumkörper aufweist, welcher an seinen axialen Stirnseiten von einer Endscheibe abgedeckt ist. Der Innenraum im Filtermediumkörper ist von einem Mittelrohr ausgekleidet, das Streben in Achs- und in Umfangsrichtung aufweist und zur Stabilisierung des Filterelements beiträgt. An einer Stirnseite weist das Mittelrohr einen auf der Endscheibe aufliegenden, sich radial nach außen erstreckenden Stützkragen auf. Der Stützkragen überragt die Endscheibe axial und ist von einem Dichtungsmaterial ummantelt. An der axialen Stirnseite des Stützkragens läuft eine Stützstrebe in Umfangsrichtung um, die axiale Dichtkräfte, welche von einem aufgesetzten Deckel ausgeübt werden, aufnimmt und über radial abgekröpfte Streben in das Mit- telrohr einleitet.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ringförmig geschlossenes Filterelement und eine Filtereinrichtung mit einem solchen Filterelement mit einfachen konstruktiven Maßnahmen in der Weise auszubilden, dass über einen langen Betriebszeitraum im Bereich der Stirnseite des Filterelements Dichtigkeit zwischen Roh- und Reinseite gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Filterelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin von einer Filtereinrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Das erfindungsgemäße Filterelement ist ringförmig geschlossen ausgebildet und wird radial von dem zu reinigenden Fluid durchströmt. Der Grundquerschnitt des Filterele- ments kann kreisförmig oder oval, ggf. in Form eines langgestreckten Ovals oder in Form von zwei Halbkreisen, die über geradlinige oder konvex gekrümmte Abschnitte verbunden sind, ausgebildet sein. Das ringförmige Filterelement schließt einen Innenraum ein, der von einem ein Stützgerüst bildenden Mittelrohr ausgekleidet ist, das sich an der den Innenraum begrenzenden Wandseite eines Filtermediumkörpers des Filterelements befindet. Das Mittelrohr weist Strömungsöffnungen für die Durchströmung des zu reinigenden Fluids auf und besteht insbesondere aus axialen Streben sowie Um- fangsstreben, zwischen denen die Strömungsöffnungen gebildet sind. Die Durchströmung des Filtermediumkörpers, an dem die Filtration stattfindet, erfolgt vorzugsweise radial von außen nach innen, so dass der Innenraum die Reinseite bildet.

Das ringförmige Filterelement wird vorzugsweise zur Gasfiltration, insbesondere als Luftfilter für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraft- oder Nutzfahrzeugen, eingesetzt. Es kommt aber auch ein Einsatz zur Filtration von Flüssigkeiten in Betracht.

Mit dem Mittelrohr ist ein Stützkragen verbunden, der zumindest teilweise von einem Dichtungselement bedeckt ist. Der Stützkragen befindet sich an einer axialen Stirnseite des Mittelrohrs und ragt vorteilhafterweise axial über die Stirnseite des Filtermediumkörpers hinaus. Der Stützkragen dient einerseits zur Aufnahme axialer Kräfte, welche im Betrieb auf das Filterelement einwirken, und andererseits zur strömungsdichten Separierung der Roh- von der Reinseite im Bereich der Stirnseite des Filterelements.

Bei dem erfindungsgemäßen ringförmigen Filterelement sind die Abstützfläche für das Gehäusebauteil, auf welches das Filterelement aufgesetzt wird, und die Dichtfläche zur Abdichtung beabstandet zueinander am Stützkragen angeordnet. Die Abstützfläche ist von der Stirnseite des Stützkragens gebildet, die über den Filtermediumkörper axial hinausragt. An dieser Stirnseite liegt das Gehäusebauteil an, die Axialkräfte, die vom Gehäusebauteil ausgeübt werden, werden über den Stützkragen in das Mittelrohr des Filterelements eingeleitet, so dass der Filtermediumkörper einschließlich der Endscheibe am Filtermediumkörper von den axialen Stützkräften entlastet ist.

Die Dichtfläche ist von einer nach radial innen oder außen weisenden Seitenfläche des Stützkragens gebildet. Vorzugsweise weist die die Dichtfläche bildende Seitenfläche nach radial innen. An dieser radialen Seitenfläche des Stützkragens befindet sich auch Dichtungsmaterial des Dichtungselements und liegt ein weiterer Abschnitt des Gehäusebauteils an. Axialkräfte werden an der Dichtfläche des Stützkragens nicht übertragen; die Übertragung der Axialkräfte erfolgt ausschließlich oder weitgehend über die Abstütz- fläche an der Stirnseite des Stützkragens. Man erhält auf diese Weise eine Entkopplung von axialer Abstützung und radialer Abdichtung zwischen dem Filterelement und dem Gehäusebauteil, beispielsweise einem Auslassstutzen für gereinigtes Fluid. Da die Dichtfläche von axialen Stützkräften vollständig oder zumindest weitgehend befreit ist, unterliegt die Dichtfläche nur einem geringen Verschleiß, so dass über einen langen Betriebszeitraum Dichtigkeit gewährleistet ist.

Es genügt grundsätzlich, dass das Dichtungselement nur an der Seitenfläche des Stützkragens, die die Dichtfläche für das Gehäusebauteil, gegen welches abzudichten ist, bildet, angeordnet ist. Es kann zweckmäßig sein, dass die Abstützfläche an der Stirnseite des Stützkragens entweder frei von Dichtungsmaterial des Dichtungselements oder von Dichtungsmaterial geringerer Dicke bzw. Wandstärke als an der Dichtfläche bedeckt ist. Die geringere Wandstärke des Dichtungsmaterials an der Abstützfläche an der Stirnseite des Stützkragens führt zu einer präziseren axialen Kraftübertragung zwischen dem Gehäusebauteil und dem Stützkragen. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Stützkragen von dem Dichtungsmaterial des Dichtungselements umspritzt bzw. wird das Dichtungsmaterial auf den Stützkragen aufgeschäumt. Hierdurch ist eine feste Verbindung zwischen dem Dichtungsmaterial des Dichtungselements und dem Stützkragen gewährleistet. Das Dichtungsmaterial bildet vorzugsweise gleichzeitig eine die Stirnseite des Filtermedium- körpers abdichtende Endscheibe.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung befindet sich an beiden Seitenflächen, d.h. an der nach radial innen und der nach radial außen weisenden Seitenfläche des Stützkragens Dichtungsmaterial des Dichtungselements. Vorteilhafterweise ist der Stützkragen zumindest in seinen axial überstehenden Abschnitten vollständig von dem Material des Dichtungselementes eingehüllt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist der Stützkragen eine Gitterstruktur mit Gitteröffnungen auf, die zur Aufnahme des Dichtungsmaterials dienen. In die Gitteröffnungen der Gitterstruktur kann beim Aufbringen des Dichtungselements das Dichtungsmaterial einfließen bzw. eindringen, wodurch eine feste Verbindung zwischen Dichtungselement und Stützkragen hergestellt werden kann. Darüber hinaus führt die Gitterstruktur zu einer Verbesserung der Stabilität des Stützkragens, so dass der Stütz- kragen in der Lage ist, ohne oder ohne wesentliche Verformung die axialen Stützkräfte aufzunehmen.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist der Stützkragen benachbart zu der Endscheibe am Filtermediumkörper eine umlaufende Stützstrebe auf, die axial in einer Flucht mit der Stirnseite des Stützkragens liegt. Diese umlaufende Stützstrebe, die entweder auf dem Filtermediumkörper aufliegt oder in unmittelbarer Nachbarschaft zum Filtermediumkörper liegt, verbessert in signifikanter Weise die Stabilität des Stützkragens. Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung setzt sich der Stützkragen aus einem Radialabschnitt und einem Axialabschnitt zusammen. Der Radialabschnitt ist mit dem Mittelrohr verbunden, insbesondere am radial innen liegenden Rand, wobei der axiale Abschnitt an dem radial außen liegenden Rand des radialen Abschnitts angeordnet ist. Der Radialabschnitt und der Axialabschnitt bilden gemeinsam eine Ringschulter, die vorteilhafterweise zumindest an ihrer Außenseite vollständig von dem Dichtungsmaterial bedeckt ist. Es kann zweckmäßig sein, dass die Stützstrebe, welche axial in der Flucht mit der Stirnseite des Stützkragens liegt, sich im Übergang zwischen Radialabschnitt und Axialabschnitt befindet. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind sowohl der Axialabschnitt als auch der Radialabschnitt des Stützkragens jeweils mit einer Gitterstruktur versehen. In einer alternativen Ausführung weist nur einer dieser Abschnitte eine Gitterstruktur auf, wohingegen der andere Abschnitt Umfangsstreben und Radialstreben bzw. Axialstreben, jedoch mit einem größeren Abstand zueinander aufweist.

Alternativ zu der Ausführung des Stützkragens als umlaufende Schulter mit Radialabschnitt und Axialabschnitt kann es auch zweckmäßig sein, lediglich einen Axialabschnitt am Stützkragen vorzusehen, der die axiale Verlängerung des Mittelrohrs bildet. Erfindungsgemäß ist der Stützkragen einteilig mit dem Mittelrohr ausgebildet. Mittelrohr und Stützkragen sind insbesondere als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet. In einer alternativen Ausführung bilden der Stützkragen und das Mittelrohr separate Bauteile, die jedoch miteinander verbunden sind, um eine feste Positionierung des Stützkra- gens am Mittelrohr und eine Überleitung der axialen Stützkräfte vom Stützkragen auf das Mittelrohr zu gewährleisten.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt das Dichtungselement bzw. ein Teil des Dichtungselements unmittelbar auf der Stirnseite des Filtermediumkör- pers auf und bildet eine Endscheibe aus. Alternativ kann eine separat ausgebildete Endscheibe vorgesehen sein, welche den Filtermediumkörper stirnseitig bedeckt. Das Dichtungselement liegt dann vorteilhaft unmittelbar auf der Endscheibe auf. Hierbei kommen zum einen Ausführungen in Betracht, bei denen der Stützkragen auch auf seiner der Endscheibe zugewandten Seite von dem Dichtungsmaterial umhüllt ist, als auch Ausführungen, bei denen zusätzliches Dichtungsmaterial über den Stützkragen hinaus unmittelbar auf der Endscheibe aufliegt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung bildet die radial innen liegende Seitenfläche des Stützkragens die Dichtfläche, an der ein Abschnitt des Gehäusebauteils dichtend anliegt. Es ist aber auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich die radial außen liegende Seitenfläche des Stützkragens die Dichtfläche bildet.

Das Gehäusebauteil des Filtergehäuses zum Anbringen des Filterelements ist beispielsweise als Anschlussstutzen ausgeführt, auf welchen ein Gehäusetopf zur Aufnah- me des Filterelements aufsetzbar ist. An dem Gehäusebauteil befindet sich beispielsweise auf der dem Filterelement zugewandten Seite eine Aufnahmenut mit zwei konzentrischen, radial die Aufnahmenut begrenzenden Seitenwänden, von denen mindestens eine Seitenwand an der Dichtfläche des Stützkragens dichtend anliegt. Zur Übertragung der axialen Stützkräfte von dem Gehäusebauteil auf das Filterelement kann es zweckmäßig sein, am Gehäusebauteil einen dem Filterelement zugewandten Axialstutzen anzuordnen, der im montierten Zustand an der Stirnseite des Stützkragens anliegt und sich dort axial abstützt. In der Ausführung des Gehäusebauteils mit der Aufnahmenut befindet sich der Axialstutzen innerhalb der Aufnahmenut. Der Axialstutzen weist vorteilhafterweise eine geringere axiale Erstreckung an dem Gehäusebauteil auf als eine Dichtwand, die an der Dichtfläche des Stützkragens anliegt. Im Falle einer Aufnahmenut an dem Gehäusebauteil ist die Dichtwand von einer die Aufnahmenut radial begrenzenden Seitenwand des Gehäusebauteils gebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein ringförmiges Filterelement, das an der Innenseite des Filtermediumkörpers ein Mittelrohr aufweist, mit dem ein axial überragender Stützkragen einteilig ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Filtereinrichtung mit dem Filterelement aus Fig. 1 im eingesetzten Zustand in einem aufnehmenden Filtergehäuse mit einem Anschlussstutzen,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung, jedoch im montierten Zustand, wobei der Stützkragen am Filterelement am Anschlussstutzen anliegt.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ausführungsform(en) der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Filterelement 1 dargestellt, das zur Gasfiltration, beispielsweise für einen Luftfilter einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Das Filterelement 1 ist ringförmig ausgebildet und besitzt im Ausführungsbeispiel einen stark langgestreckten, ovalen Querschnitt mit Längsseiten, die geradlinig oder nur mit geringer Krümmung nach außen ausgebildet sind. Das Filterelement 1 weist einen ringförmigen Filtermediumkörper 2 auf, an dem die Filtration des zu reinigenden Fluids stattfindet. Der Filtermediumkörper 2 wird radial von außen nach innen von dem Fluid durchströmt, so dass der Innenraum im Filtermediumkörper 2 die Reinseite bildet, aus der das gereinigte Fluid axial abgeführt wird. Der Innenraum 3 ist von einem ein Stützgitter bildenden Mittelrohr 4 ausgekleidet, das an der Innenseite des Filtermediumkörpers 2 anliegt und vorzugsweise als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt ist. Zumindest an einer Stirnseite, vorzugsweise an beiden gegenüberliegenden Stirnseiten, ist der Filtermediumkörper 2 von einer Endscheibe 5, die strömungsdicht ausgeführt ist, abgedeckt. Einteilig mit dem Mittelrohr 4 ist ein Stützkragen 6 ausgebildet, der axial über die Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 übersteht, wobei die Achsrichtung mit der Längsachse 9 des Filterelements 1 zusammenfällt. Der Stützkragen 6 weist einen Radialabschnitt 7 und einen Axialabschnitt 8 auf, die einteilig ausgebildet sind. Der Radialabschnitt 7 ist an der radial innen liegenden Seite - dem Innenraum 3 zugewandt - mit dem Mittelrohr 4 verbunden. An der radial außen liegenden Seite des Radialabschnitts 7 erstreckt sich der Axialabschnitt 8. Somit befindet sich der Axialabschnitt 8 radial auf Distanz zum Mittelrohr 4. In Radialrichtung befindet sich der Axialabschnitt jedoch noch innerhalb des Außenradius von Filtermediumkörper 2 und Endscheibe 5.

Sowohl der Radialabschnitt 7 als auch der Axialabschnitt 8 des Stützkragens 6 sind mit einer Gitterstruktur versehen, die eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist. Diese Ausnehmungen in dem Radial- und Axialabschnitt 7, 8 dienen zur Aufnahme von Dichtungsmaterial eines Dichtungselements 1 1 , das sich auf dem Stützkragen 6 befindet. Das Dichtungselement 1 1 wird auf den Stützkragen 6 aufgespritzt bzw. aufgeschäumt; das Dichtungsmaterial ist beispielsweise ein PU-Schaum. Indem das Dichtungsmaterial in die Ausnehmungen der Gitterstruktur in dem Radialabschnitt 7 und dem Axialabschnitt 8 eindringt, ist eine feste, unlösbare Verbindung zwischen dem Dichtungselement 1 1 und dem Stützkragen 6 gewährleistet. Der Stützkragen 6 ist vorteilhafterweise nach außen vollständig von dem Dichtungsmaterial des Dichtungselements 1 1 umhüllt. Das Dichtungsmaterial deckt die Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 ab und bildet die Endscheibe 5 aus. Der Stützkragen 6 ist in die Endscheibe 5 eingebettet.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Filtereinrichtung 14, insbesondere zur Gasfiltration, mit dem Filterelement 1 in einem Filtergehäuse dargestellt, das ein Filtergrundgehäuse 12 zur Aufnahme des Filterelements 1 und ein mit dem Filtergrundgehäuse 12 verbindbares Gehäusebauteil 13 umfasst. Das Gehäusebauteil 13 bildet beispielsweise einen Auslassstutzen für das Reinfluid. Das Filterelement 1 ist auf den Auslassstutzen aufsetzbar. Das Filtergrundgehäuse kann im nicht dargestellten Endbereich, welcher dem Auslass- stutzen abgewandt ist, geschlossen ausgeführt oder mit einem Deckel verbindbar sein, so dass ein geschlossenes Filtergehäuse ausgebildet ist. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 2 die Bauelemente der Filtereinrichtung 14 teilweise in Explosionsdarstellung gezeigt, wohingegen Fig. 3 die eingebaute Position darstellt. Das Dichtungselement 1 1 an dem Stützkragen 6 liegt auf der oben liegenden Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 auf und übergreift einen Endbereich des Filtermediumkörpers radial innen und außen. Die oben liegende Stirnseite des Axialabschnitts 8 bildet eine axiale Abstützfläche für den Auslassstutzen 13. Im Bereich der oben liegenden Stirnseite befindet sich nur Dichtungsmaterial geringer Stärke des Dichtungselements 1 1 , ebenso an der radialen Außenseite des Axialabschnitts 8 des Stützkragens 6. Dagegen ist an der radial innen liegenden Seitenfläche des Axialabschnitts 8 des Stützkragens 6 Dichtungsmaterial mit signifikant größerer Wandstärke angeordnet. Diese Seitenfläche des Axialabschnitts 8 bildet eine radiale Dichtfläche für den Auslassstutzen 13.

Am Auslassstutzen 13 befindet sich eine Aufnahmenut 15, die in Radialrichtung von Seitenwänden 1 6 und 17 begrenzt ist, welche radial auf Abstand und konzentrisch zueinander verlaufen. Am innenliegenden Boden der Aufnahmenut 15 ist ein Axialstutzen 18 angeformt, der sich in Radialrichtung in der Mitte der Aufnahmenut 15 befindet. Die axiale Erstreckung des Axialstutzens 18 ist deutlich geringer als die axiale Erstreckung der die Aufnahmenut begrenzenden Seitenwände 1 6 und 17. Im montierten Zustand gem. Fig. 3 liegt der Axialstutzen 18 an der Stirnseite des Axialabschnitts 8 des Stützkragens 6 an und übt eine Axialkraft auf den Stützkragen aus, die vom Axialabschnitt 8 über den Radialabschnitt 7 in das Mittelrohr 4 eingeleitet wird. Da sich an der axialen Stirnseite des Axialabschnitts 8 nur wenig Dichtungsmaterial befindet, ist eine präzise Kraftübertragung der axialen Kräfte von dem Auslassstutzen 13 auf den Stützkragen 6 sichergestellt. An der radial innen liegenden Dichtfläche des Stützkragens 6, an der Dichtungsmaterial mit größerer Wandstärke angeordnet ist, liegt im zusammengebauten Zustand die innen liegende Seitenwand 1 6 der Aufnahmenut 15 des Auslassstutzens 13 an. Aufgrund des Abstandes sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung zwischen der Axialnut 18 und der Seitenwand 1 6, insbesondere dem Teil an der Innenseite der Seitenwand 1 6, der in Kontakt mit der Dichtfläche 19 liegt, ist eine Entkopplung von axialer Abstützung und radialer Dichtung sichergestellt.