Filterelement, Filtereinrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Filterelements Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere mit mehrlagigen Filtermedien wie z. B. Filtervliesmaterialien. Ferner wird eine Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Verbinden von flächigen Medien beschrieben.

[0002] Um z. B. im Automobilbereich Fluide, wie Kraftstoffe, Betriebsmittel oder Innenraumluft, zu filtern, werden häufig gefaltete oder plissierte Filtervliesmaterialien eingesetzt. Dabei ist es oft notwendig, verschiedene Kanten oder Endabschnitte dieser flächigen Filtermaterialien miteinander zu verbinden. Bekannte Filterelemente werden z. B. aus zunächst zickzackförmig gefalteten Filtermaterialbögen, die zu einem rohrförmigen Körper geformt werden, gefertigt. Um den rohrförmigen Körper zu schließen, müssen dann Faltenendabschnitte fluiddicht miteinander verbunden werden.

Stand der Technik

[0004] In der Vergangenheit wurden dabei z. B. Metallclips oder Klammern eingesetzt, die zwei aufeinanderliegende flächige Abschnitte aneinanderhalten. Es ist auch üblich, die beiden Filtermaterialbögen miteinander zu verkleben oder durch Schweißen miteinander zu verbinden. Insbesondere bei mehrlagigen Filtermedien, beispielsweise mehrere Schichten von dünnem Vliesmaterial, das imprägniert ist oder spezielle Zwischenschichten aufweist, ist es schwierig, ein Ausfransen an aneinanderliegenden Kanten zu verhindern. Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, die zu verbindenden flächigen Medien fluiddicht miteinander zu verbinden, d.h. das zu filternde Fluid darf nicht an der Verbindungsstelle ungefiltert das Filtermaterial durchlaufen.

[0005] Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Filterelement, insbesondere mit verbundenen Endfaltenabschnitten von Filterbalgenmedien, bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungselement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

[0007] Demgemäß weist ein Filterelement einen ersten und einem zweiten Endabschnitt eines flächigen Filtermediums auf. Der erste und der zweite Endabschnitt sind miteinander flächig verbunden sind, wobei eine mit den Endabschnitten verpresste Ummantelung die Endkanten der Endabschnitte umschließt.

[0008] Als Filtermedium kommen insbesondere Filtervliesmaterialien in Frage. Als Ausgangsmaterial werden in der Regel Bögen eines entsprechenden Filtervlieses geschnitten, gefaltet und anschließend Endabschnitte miteinander verbunden. Es ergibt sich dann ein Endlosfilterbalg der weiterverarbeitet wird. [0009] Die Endabschnitte und die Ummantelung haben vorzugsweise dasselbe Material. Dadurch ist die Verarbeitung besonders günstig realisierbar, und bei der Entsorgung eines gebrauchten oder verschmutzten Filterelementes sind keine besonderen Maßnahmen zu ergreifen.

[0010] Durch das Verpressen, beispielweise unter Einsatz von Ultraschall und hohen Drücken und/oder erhöhter Temperaturdurch gegeneinander drückende Stempel verbinden sich die Materialien des Filtermediums und der Ummantelung besonders gut.

[001 1] Die Ummantelung kann z. B. in der Art eines V- oder U-förmigen Profils ausgeführt sein, wobei die Endabschnitte dann zwischen die Schenkel des U oder V eingeführt werden und anschließend eine Verpressung erfolgt. Dadurch werden die Kanten, welche teilweise zum Ausfasern neigen können, vollständig von der Ummantelung umschlossen.

[0012] Beispielsweise ist die Ummantelung aus einem flächigen Filtermedium mit mindestens einer Längsfaltung gebildet. Zwischen den ersten und zweiten Faltungsschenkeln der Ummantelung sind dann die Endabschnitte vorgesehen. Die Längsfaltung erfolgt beispielsweise parallel zu einer Kante des entsprechenden Ummantelungsstreifens.

[0013] Alternativ hat ein Fi lterelement ei nen ersten u nd ei nen zweiten Endabschnitt eines flächigen Filtermediums. Der erste Endabschnitt weist eine Faltung mit zwei Faltungsschenkeln auf, und der Endabschnitt des zweiten Endabschnitts liegt zwischen den Faltungsschenkeln und ist damit verpresst.

[0014] Ein Filterelement weist dementsprechend ein flächiges Filtermaterial mit mindestens zwei Endabschnitten auf, wobei die beiden Endabschnitte miteinander fixiert und keine offenen Endkanten vorliegt, da entweder die Ummantelung beide Endkanten oder einer der Endabschnitte die Endkante des anderen Endabschnittes umschließt. Dabei kön nen d ie Endabschnitte von einem einzigen, z. B. gefalteten Filtermaterialbogen stammen, oder es kön nen auch meh rere Bögen oder Blätter von Filtermaterialien miteinander verbunden sein. Das Filtermedium kann dabei auch mehrere Lagen aufweisen, wobei z. B. zwischen den Lagen ein Absorbermaterial wie Aktivkohlepartikel eingefüllt sind. Beispielsweise sind Filtermedien im Einsatz, die zwischen zwei Lagen Aktivkohlepartikel aufweisen, welche Schmutz oder Geruchsstoffe absorbieren. Insbesondere bei mehrlagigen Filtermedien erreicht man durch die Ummantelung oder das Umschließen der Endkante mindestens einer der Endabschnitte, dass die Lagen nicht ausfransen oder eingebrachte Partikel zwischen den Lagen aus dem Filterelement rieseln.

[0015] Der Endabsch n itt bei der alternativen Ausfü hrungsform kan n auch mehrere Faltungen mit derselben Faltungsorientierung aufweisen. Der Abschnitt kann z. B. ein U- oder V-förmiges Profil ausbilden, in das die Kante des zweiten Endabschnitts eingeführt ist. [0016] Üblicherweise wird das Filterelement aus einem mehrfach zickzackförmig gefalteten Filtermedium gebildet. Durch die Zickzackfaltung erhöht sich die Oberfläche des Filterelementes, durch das das zu filternde Fluid, wie beispielsweise Luft oder Kraftstoff, durchströmt.

[0017] Um die Verbindung zwischen den Endabschnitten zu verbessern, können d ie Endabschnitte, die Ummantelung und/oder die Faltungsschenkel darüber hinaus verklebt sein. Es ist auch denkbar, dass die Endabschnitte, die Ummantelung und/oder die Faltungsschenkel miteinander profiliert verpresst sind. Durch das Einprägen eines Profils oder Struktur bei der Verpressung ergibt sich eine bessere Verbindung bei vliesartigen Filtermedien.

[0018] Sch l ießl ich wird ei ne Fi lterei n richtu ng vorgeschlagen, die ein entsprechendes Filterelement aufweist und als Betriebsmittelfilter, wie z.B. ein Kraftstofffilter oder ein Luft- oder Innenraumfilter für ein Kraftfahrzeug ausbildet.

[0019] Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Filterelementes ist vorgesehen:

Verbinden von einem ersten Endabschnitt eines flächigen Filtermediums mit einem zweiten Endabschnitt eines flächigen Filtermedium, wobei die Endkanten der Endabschnitte mit einer Ummantelung umschlossen werden. Die Ummantelung wird ferner mit den Endabschnitten verpresst.

[0020] Bei einer Variante des Herstellungsverfahrens für ein Filterelement ist vorgesehen: Verbinden von einem ersten mit einem zweiten Endabschnitt eines flächigen Filtermediums. Dabei wird der erste Endabschnitt mit einer Faltung mit zwei Faltungsschenkeln versehen, und der zweite Endabschnitt wird zwischen den Faltungsschenkeln mit denselben verpresst. Das Verpressen oder Verbinden der Endabschnitte mit der Ummantelung oder den Faltungsschenkeln kann z. B. durch Ultraschall, Schweißen oder Laserschweißen erfolgen.

[0021] Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

[0022] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0023] Es zeigt dabei:

[0024] Fig.1: eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Filterelements; [0025] Fig.2: eine perspektivische Darstellung eines zweiten

Ausführungsbeispiels eines Filterelements;

[0026] Fig.3-5: eine Detaildarstellungen von miteinander verbundenen

Endabschnitten des Filtermediums;

[0027] Fig.6,7: Darstelllungen zur Erläuterung von Varianten des

Herstellungsverfahrens für Filterelemente;

[0028] Fig.8: eine Schnittdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiel von miteinander verbundenen Endabschnitten des Filtermediums;

[0029] Fig.9: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Filtereinrichtung; und

[0030] Fig.10: Darstellungen zur Erläuterung von einerweiteren Variante des

Herstellungsverfahrens für Filterelemente;

[0031] In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts

Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.

[0032] Ausführungsform(en) der Erfindung

[0033] Fig.1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Filterelement. Dabei ist das Filterelement 1 aus einem Bogen flächige Filtermedium, wie beispielweise einem Filtervliesmaterial gebildet. Zunächst sind dann rechteckige Filtervliesmaterialbögen so geformt, dass Endabschnitte des Bogens 3 aneinander schmiegen. In der Fig. 1 ergibt sich somit ein Endlosfilterbalg 2, wobei die Endabschnitte 3 von einer Ummantelung 4 gehalten sind. Das Filterelement 1 kann beispielweise in einer Filtereinrichtung bei einen Filtertopf eingeführt werden, so dass das zu filternde Fluid, wie beispielweise Kraftstoff, Öl oder auch Luft durch das Filtermedium treten kann und dabei gereinigt werden.

[0034] Die F ig . 2 zeigt ei ne perspektivisch e Darstel lu ng ei nes zweiten Ausführungsbeispiels, wobei ein Filterelement 10 aus einem zickzackförm ig gefa ltete n F i ltervl iesm ateria l geb i ld et ist. Das zickzackförmige Filtermaterial wird zu ei nem Ba lg 2 geformt, i ndem Endabschnitte oder Endfaltenabschnitte 3 miteinander verbunden sind. Durch die zickzackförmige Faltung ergibt sich einen größere Oberfläche des Filtermaterials in dem Filterelement 10. Die Verbindung der Endabschnitte 3 des flächigen Filtermaterials ist in den folgenden Figuren genauer dargestellt.

[0035] Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Filterelementes, der zwei verbundene Endabschnitte des Filtermaterialbogens darstellt. Es sind ein erster Filtermaterialbogen 2A und ein zweiter Filtermaterialbogen 2B dargestellt. Die Endabschnitte sind mit Bezugszeichen 3A und 3B bezeichnet. Die Endabschnitte entsprechen somit einem vorgegebenen Streifen von einem Rand oder einer Kante 9 des jeweiligen Filtermaterialbogens 2A, 2B. Da in der Fig. 3 und auch in den folgenden Figuren nur ein Ausschnitt aus dem Bereich der miteinander verbundenen Endabschnitte 3A, 3B dargestellt ist, können die Filtermaterialbogen 2A und 2B auch aus einem einzigen, wie beispielsweise in der Fig. 1 oder 2 dargestellten, Filtermaterialbogen stammen.

[0036] Die beiden flächig aufeinander liegenden Endabschnitte 3A, 3B sind von einer Ummantelung 4 umschlossen. Die Ummantelung 4 ist z. B. ebenfalls aus demselben Filtermaterial gebildet und hat in der Ausführungsform der Fig. 3 ein U-förmiges Profil. Das U-förmige Profil ergibt sich aus der zweifachen Faltung 5A, 5B eines Streifens aus Filtermaterial. Zwischen die Faltungsschenkel sind die Endabschnitte 3A und 3B eingeführt und miteinander verpresst worden. Das Verpressen kann durch hohe Druckeinwirkung mit Unterstützung von Laserschweißen oder Ultraschalleinwirkung erfolgen. Dabei verbinden sich die Filtermedien zumindest teilweise und führen zu einer fluiddichten Verbindung miteinander.

[0037] Die. Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform mit zwei Filtermaterialbogen 2A, 2B. Es ist wiederum eine Ummantelung 4 vorgesehen, die im Vergleich zu Fig.3 ein V-förmiges Profil aufweist. Die Endabschnitte 3A, 3B des flächigen Filtermediums 2A, 2B liegen zwischen den beiden Faltungsschenkeln 4A, 4B die durch die Längsfaltung 5 der Ummantelung gebildet sind. Die beiden Endkanten 9 der Endabschnitte 3A, 3B können beispielsweise innenseitig gegen die Faltkante 5 der Ummantelung 4 drücken. [0038] Eine weitere Variante für die Verbindung zweier Endabschnitte von flächigen Filtermaterialien ist in der Fig. 5 dargestellt. Es ist ein erster Filtermaterialbogen 2A und ein zweiter Filtermaterialbogen 2B dargestellt. Wie zuvor bereits angedeutet, kann es sich auch um gegenüberliegende Endabschnitte eines einzigen Filtermaterialbogens handeln. Der Endabschnitt 3A des ersten, in der Fig.5 unteren, Filtermaterialbogens 2A ist mit einer Faltung 5 versehen. Man kann den Endabschnitt 3A auch als mit einem V-förmigen Profil versehen auffassen. Es ergeben damit durch die Faltung 5 parallel zu der Endkante 9 des Endabschnitts 3A, zwei Faltungsschenkel 6A und 6B. Zwischen die Faltungsschenkel 6A und 6B ist der Endabschnitt 3B des zweiten Filtermaterialbogens 2B eingeführt.

[0039] Die drei Lagen, also der obere erste Faltungsschenkel 6A, der Endabschnitt 3B des zweiten Filtermaterialbogens 2B und der untere Faltungsschenkel 6B des ersten Endabschnitts 3A sind miteinander verpresst oder verbunden.

[0040] Bei allen in den Figuren 3 - 5 dargestellten Beispielen liegt keine offene Endkante des Filtermaterials vor. Dadurch ergibt sich eine besonders zuverlässige fluiddichte Abdichtung, insbesondere, wenn die Filtermaterialbogen mehrlagig ausgeführt sind.

[0041] In der Fig. 6 ist ein Herstellungsverfahren für entsprechende Filterelemente, bei denen Endabschnitte miteinander verbunden sind, schematisch erläutert. In der Fig.6 sind zwei zickzackförmig gefaltete Filtermedien 2A, 2B dargestellt. Ein Endfaltenabschnitt ist zwischen die Schenkel einer U-förmigen Ummantelung 4 gelegt. Beispielsweise stoßen die Endkanten 9 in den mittleren Schenkel 24 der Ummantelung 4. Es kann aber auch ein Abstand zwischen der Endkante 9 und der zugewandten Seite des mittleren Schenkels 24 der Ummantelung 4 vorliegen.

[0042] Anschließend werden die Lagen der Ummantelung mit den End(falten)abschnitten verpresst. Dazu werden beispielsweise eine Sonotrode 12 und ein Amboss 12 zusammengepresst. Die Sonotrode erzeugt beispielweise auf das jeweilige zu verbindende Material angepassten Ultraschall, um eine besonders sichere Verbindung der Materiallagen miteinander zu erreichen.

[0043] In der Fig.7 ist ein Herstellungsverfahren zum Erzielen einer Verbindung, wie sie in der Fig.5 dargestellt ist, angegeben. Es sind wiederum zwei zickzackförmige Filtermaterialien 2A, 2B dargestellt. Ein Endabschnitt der ersten Filtermateriallage 2A ist mit einer Faltung 5 versehen und umfasst somit zwei Faltungsschenkel 6A und 6B sowie die Faltkante 5. Die Endkante 9 des zweiten Endabschnitts der zweiten Filtermateriallage 2B ist zwischen die Faltungsschenkel 6A und 6B geführt. Anschließend erfolgt eine Verpressung der Lagen miteinander, beispielsweise unter Verwendung eine Ambosses 11 und einer Sonotrode 12. Dabei können beide Elemente (Amboss und Sonotrode) gegeneinander gedrückt werden oder aber nur eines, beispielsweise ist nur die Sonotrode beweglich ausgestaltet.

[0044] Die Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels für miteinander verbundene Endabschnitte eines Filtermediums. Dabei sind mehrlagige Filtermedien dargestellt. Die Fig. 8 zeigt lediglich die miteinander verbunden Endabschnitte im Querschnitt.

[0045] Dabei haben die Filtermedien 2A, 2B jeweils zwei Lagen 7, 8 aus einem Fi ltervl iesmaterial . Zwischen den Lagen 7, 8 si nd beispielsweise Aktivkohlepartikel 19 gestreut, die als Absorber dienen. Die Ummantelung ist aus einem einfachen Streifen Vliesmaterial gebildet oder kann auch ein Kunststoffprofil sein, die mit drei parallelen Faltungen 5A, 5B und 5C mit derselben Orientierung versehen ist. Die Ummantelung umfasst daher Faltungsschenkel oder Faltungsabschnitte 4A, 4B, 4C und 4D, die jeweils durch die Faltungen 5A, 5B, 5C und die Kanten 23 definiert sind.

[0046] Aus der Fig. 8 ist zu erkennen, dass die Endkante 9 des Filtermediums 2A, 2B von der Ummantelung verschlossen ist. Das heißt insbesondere, dass die Aktivkohlepartikel 9 nicht herausrieseln können.

[0047] Die Fig. 9 zeigt eine Filtereinrichtung, beispielsweise als Kraftstofffilter, die mit einem wie vorbeschriebenen Filterelement 10 ausgeführt ist. Die F i ltere i n richtu ng bzw. der Kraftstofffi lter 1 3 umfasst ein aus zickzackförmigem Filtermaterial gebildeten Faltenbalg 2 der zwischen zwei Deckel n 1 4 , 1 5 ge ha lte n ist. Der Fa lten ba lg 2 entspricht einem Filterelement 10 bei dem zwei Endabschnitte 3 miteinander verpresst verbunden sind. Dabei können insbesondere die in den Figuren 3 - 5 oder 8 dargestellten Verbindungsmöglichkeiten eingesetzt werden.

[0048] Der obere Deckel 15 ist mit einem Ansch luss 16 versehen, der eine Öffn u ng 1 8 aufweist. Zu fi lterndes Fluid kann beispielsweise in Pfeilrichtung 17 in den Innenraum des Faltenbalgs 2 eintreten und durch die Falten des Filtermaterials ausströmen. Selbstverständlich sind weitere Filtereinrichtungen denkbar. Beispielweise kann das Filterelement in einen Filtertopf eingeführt werden oder auch ein eckiger Balg gebildet werden.

[0049] Schließlich zeigt Fig. 10 eine weitere Variante einer Verbindung von zwei Filtermaterialendabschnitten bzw. Verfahrensschritte zur Herstellung desselben. Fig. 10A zeigt ähnlich der Figuren 6 und 7 zickzackförmig gefaltete Filtermaterialien 2A, 2B. Der Endabschnitt 3A des ersten Filtermaterials ist zweifach in selber Orientierung gefaltet, wie es durch die Bezugszeichen 5A u n d 5 B angedeutet ist, u nd umsch ließt den Endabschnitt 3B des zweiten Filtermaterialbogens 2B.

[0050] Sonotrode 12 und Amboss 1 1 sind mit einem Profil z.B. Rändelungen, versehen. Das heißt, beim Verpressen der Endabschnitte 3A, 3B wird ein z. B. leicht zickzackförm iges oder u nregelmäßiges Profi l in die Materialschichten eingeprägt.

[0051] I n der Fig. 10B ist das Ergebnis der beiden miteinander verpressten Endabschnitte bzw. Filterbögen 2A, 2B dargestellt. Durch die vielfache Faltung bzw. Prägung ergibt sich ein besonders fester und zuverlässiger fluiddichter Schluss oder eine Verbindung der beiden Endabschnitte 3A, 3B.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen zum Verbinden von Endabschnitten bzw. die Herstellungsverfahren von Filterelementen und Filtereinrichtungen führen zu einer besonderen Dichtheit dieser Balgnahtverbindung bzw. der Verbindung der Endabschnitte. Darüber hinaus ergibt sieht eine verbesserte Optik, da keine weiteren Hilfsmittel, wie Klemmen oder Klebstoffe zum Einsatz kommen müssen. Ferner wird kein zusätzlicher Werkstoff bei der Herstellung benötigt, so dass die Verarbeitung besonders kostengünstig erfolgen kann. Durch die Verwendung von Filtervliesmaterial als Ummantelung, wie es beispielsweise in den Filtermaterialbögen verwendet wird, ist auch die Entsorgung entsprechender Filterelemente besonders einfach und kostengünstig möglich. Als Filtermaterialien werden insbesondere thermoplastische Vliesmaterialien eingesetzt, die sich einfach verformen und verpressen lassen.