Filterelement und Filtersystem

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Filterelement und ein Filtersystem, insbesondere

für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

[0002] Aus der US 4,720,292 ist ein Luftfilter mit folgenden Merkmalen bekannt:

ein Gehäuse mit einer axialen Auslaufsöffnung und einem im Wesentli¬

chen offenen, zweiten Ende, das durch eine entfernbare Abdeckung ver¬

schließbar ist. Am Umfang des Gehäuses ist eine Lufteinlassöffnung an¬

geordnet. Im Gehäuse befindet sich ein im Wesentlichen zylindrisches Fil¬

terelement mit einem inneren Stützrohr, einem Filter mit einem äußeren

Stützrohr, wobei das Filterelement in dem Gehäuse koaxial angeordnet ist.

Die Abdichtung des Filterelements an dem Gehäuse erfolgt über eine ring¬

förmige Endscheibe, die eine im Wesentlichen zylindrische, radial einwärts

gerichtete Oberfläche aufweist und über einen inneren Abschnitt des Aus¬

lassteils geschoben wird.

[0003] Bekanntlicherweise werden die Filtereinsätze von Luftfiltern nach einer

bestimmten Betriebszeit ausgetauscht. Je nach Staubanfall kann die

Standzeit eines Luftfilters wenige Tage (Baumaschinen) bis zu mehreren

Monaten betragen.

[0004] Der aus der oben genannten US-Schrift bekannte Filtereinsatz sowie an¬

dere üblicherweise verwendete Filtereinsätze bestehen aus einer Kombi-

nation von Werkstoffen, wobei insbesondere für die Stützrohre Stahlblech oder Kunststoff verwendet wird. Das Filtermedium ist Papier oder ein Kunststoffvlies. Die Endscheiben bestehen aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Weichelastomer.

[0005] Gerade bei einem häufigen Austausch von Filterelementen ist die zuverlässige und prozesssichere Abdichtung des Filterelements in einem Gehäuse wichtig. Die Abdichtung soll temperaturbeständig und rüttelfest ausgeführt sein. Auch an Anlagen oder Einrichtungen, die starken Schwingungen oder Erschütterungen ausgesetzt sind, muss die Abdichtung des Filterelements gewährleistet sein. Gleichzeitig soll aber das Filterelement selbst möglichst keine metallischen Elemente aufweisen, damit es problemlos thermisch entsorgt werden kann.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement und ein Filtersystem mit einer hohen Filtrationseigenschaft und einer zuverlässigen Abdichtung zwischen dem Bereich des unfiltrierten und dem Bereich des filtrierten Mediums zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

[0007] Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die Ausgestaltung der Dichtungen des Filterelements mit zwei ringwulstförmigen Anordnungen und einer dazwischen liegenden Dichtungsnut gewährleistet ist, dass einerseits eine hohe Abdichtwirkung und andererseits eine gute

Abstützung des Filterelements in einem Gehäuse erzielt wird. Gerade bei der Verwendung von Kunststoff für die Abdichtung an schwingungsbelas- teten Elementen ist eine Gestaltung erforderlich, die auch bei extremen Temperaturschwankungen zuverlässig arbeitet.

[0008] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Endscheibe, welche die Dichtung trägt, aus einem Polyurethan. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Endscheibe aus einem Weichelastomer herzustellen oder aus mehreren Komponenten, zum Beispiel im Montagespritzgießverfahren, wobei die Komponente, die die Dichtung bildet, aus einem Elastomer besteht und die Komponente, die die Verbindung zu dem Filtermedium herstellt, ein thermoplastischer Kunststoff ist. Dieser kann mit dem Filtermedium verschweißt oder verklebt sein.

[0009] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Verstärkungsplatte, welche sich in der Endscheibe befindet, mit Durchbrüchen zu versehen. Diese Durchbrüche ermöglichen das Durchdringen von Polyurethan bei der Herstellung des Filterelements und schaffen damit eine innige, formschlüssige Verbindung zwischen Filtermedium und Dichtungskontur und Verstärkungsplatte.

[0010] Weiterbildungsgemäß ist die Verstärkungsplatte in dem Bereich, der sich über den Polyurethanschaum hinaus erstreckt, mit einer Ringfläche oder einem zylindrischen Ringmantel versehen. Dieser erstreckt sich über die Falten des Filtermediums, beispielsweise über einen Bereich von 0 bis

30% der Gesamtlänge des Filterelements, und schützt damit die Falten bei einer unsachgemäßen Handhabung oder zum Beispiel beim Ausklopfen oder manuellen Reinigung des Filterelements.

[0011] Die zweite und der Dichtendscheibe gegenüberliegenden Endscheibe kann ebenfalls gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung aus einem Polyurethanschaum bestehen und weist ein Verschlussstück aus einem thermoplastischen Kunststoff auf, das den Innenraum des Filterelements abdichtet.

[0012] Die Endscheiben können auch im thixotropen Auftragsverfahren hergestellt werden. Dies bedeutet ein aufdosieren des thixotropen Materials bei dem gleichzeitig die Dichtungsstruktur ohne zusätzliche Formschalen gebildet wird.

[0013] Die Erfindung betrifft auch ein Filtersystem mit einem Filterelement. Dieses Filtersystem dient insbesondere der Filtrierung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine und besteht aus einem Gehäuse und einem Deckel zur Aufnahme des Filterelements. In vorteilhafter Weise ist das Filtersystem mit zwei Ringnuten ausgestattet, die im Bereich der Abdichtung mit den Dichtkonturen des Filterelements kommunizieren.

[0014] Weiterbildungsgemäß ist an dem Gehäuse im Bereich des Einlasses ein Zyklon oder ein Drehströmungsabscheider angeordnet. Dieser besteht aus Leitgeometrie, die das zu filternde Medium in eine Drehung versetzen. Durch diese Drehung wird der Schmutz im Bereich der Gehäusewand auf-

konzentriert und an einer geeigneten Stelle über einen Schmutzauslass

ausgetragen.

[0015] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sekundärele¬

ment vorgesehen, welches im Inneren des Filtersystems positioniert ist.

Das Sekundärelement hat die Aufgabe, bei einem Austausch des Filter¬

elements den Auslass des Filtersystems weiterhin verschlossen zu halten,

so dass kein Schmutz in diesen Bereich eindringen kann, während das Fil¬

terelement gereinigt oder erneuert wird. Das Sekundärelement ist in be¬

vorzugter Ausgestaltung über eine Schraubverbindung mit dem Gehäuse

verbunden und zum Gehäuse mit einer Dichtung versehen.

[0016] Diese und weitere Merkmale gehen nicht nur aus den Ansprüchen, son¬

dern auch aus der Figurenbeschreibung und den Figuren hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher

erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Schnitt durch ein Filtersystem und

Figur 2 die Detaildarstellung im Dichtungsbereich des Filtergehäuses.

[0018] Das Filtersystem gemäß Figur 1 besteht aus einem Gehäuse 26, welches

im Wesentlichen konzentrisch aufgebaut ist und einen Einlass 28 aufweist.

Das Filtersystem dient zur Filtrierung der Ansaugluft einer Brennkraftma¬

schine. über den Einlass 28 wird die zu reinigende Luft gemäß dem Pfeil

38 zugeführt, strömt durch einen Zyklonvorabscheider 34 und wird dort in

eine Drehströmung versetzt. Aufgrund dieser Drehströmung gelangen Partikel, die sich in der Luft befinden, an die Gehäuseaußenwand und werden von dort über einen Schmutzauslass 35, der über ein geeignetes Ventil verschlossen werden kann, nach außen getragen.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0019] Am Gehäuse 26 ist ein Mittelstück 37 angeordnet. Dieses ist ebenfalls konzentrisch gestaltet und mit dem Gehäuse im Bereich 40, beispielsweise über eine Schweißverbindung, gekoppelt. Am Mittelstück 37 befindet sich ein Deckel 27. Dieser ist mit dem Mittelstück über Spannverschlüsse oder ein anderes geeignetes Verschlusssystem lösbar verbunden. Deckel, Mittelstück und Gehäuse stellen somit ein geschlossenes System dar, welches einen Auslass 29 zum Ableiten der gereinigten Luft aufweist.

[0020] Innerhalb des Gesamtsystems befindet sich ein Filterelement 39. Dieses besteht aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermedium 10 und ist in konzentrischer Form aufgebaut. An den Stirnseiten besitzt das Filterelement 39 Endscheiben 11 , 12. Während eine Endscheibe 12 eine konzentrische öffnung 13 aufweist, ist die weitere Endscheibe 11 mit einem Verschlussstück 24 verschlossen. Es besteht auch die Möglichkeit die weitere Endscheibe mit einer konzentrischen öffnung zu versehen, die durch einen Stutzen am Deckel 27 verschlossen wird. Die zu reinigende Luft strömt gemäß dem Pfeil 41 durch das Filterelement hindurch und gemäß Pfeil 42 gereinigt über den Auslass 29 zu einer hier nicht dargestellten

Brennkraftmaschine. Das Filterelement besitzt an der rechtsseitig angeordneten Endscheibe 12 einen ersten Ringwulst 14 und einen zweiten Ringwulst 15. Dazwischen befindet sich eine Dichtungsnut 16.

[0021] Innerhalb der Endscheibe 12 ist eine Verstärkungsplatte 17 vorgesehen. Diese weist Durchbrüche 22 auf. Die Verstärkungsplatte ist im äußeren Bereich, das heißt außerhalb des Dichtungsmassenbereichs, mit einer Ringfläche 23 versehen. Diese dient zur Abschirmung des Filtermediums oder des Elements beim Montieren oder Ausklopfen oder sonstigem manuellen Handhaben.

[0022] Sowohl Ringwulst 14 als auch Ringwulst 15 stoßen an Rippen 20, 21 an und definieren damit die axiale Lage des Filterelements im Gehäuse.

[0023] In einer alternativen Ausgestaltung, die nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, kann die Lage des Filterelementes durch das Eingreifen der Ringwülste 14 und 15 in Rungnuten 31 und 32 definiert werden - ohne ein Anstoßen an die Rippen 20, 21. Alternativ können auch andere Punkte zur zusätzlichen axialen und/oder radialen Fixierung verwendet werden.

[0024] Die Rippen sind in Figur 2 näher dargestellt, es handelt sich um so genannte Doppelrippen, das heißt zwei benachbart liegende Rippen 20a, 20b ,20c, die im Nutgrund der Ringnut 31 und im Nutgrund der Ringnut 32 angeordnet sind und beispielsweise eine Höhe von 3 bis 6 mm aufweisen.

[0025] Der Dichtungssteg 33, der sich zwischen den beiden Ringnuten befindet weist an seinen Flanken den Dichtungsbereich auf, hier dichtet die End-

scheibe 12 mit ihrer Dichtungsnut 16 ab. Es besteht somit ein Doppeldichtungsprinzip über diese beiden Flanken. Die Dichtungsnut 16 ist geringfügig tiefer als der Dichtungssteg 33, so dass eine gewisse axiale Toleranz in diesem Bereich möglich ist. Wie bereits erwähnt, besteht die Endscheibe aus einem Polyurethanschaum oder einem anderen Elastomer, dessen Härte derart bemessen ist, dass sie einerseits die erforderlichen Dichtkräfte aufbringt, andererseits aber auch für eine gute Positionierung des Filterelements im Filtergehäuse sorgt. Durch die Zweiflankendichtung und die Abstützung der Ringwülste 14, 15 auf den Rippen 20 ist eine relativ geringe Montagekraft und auch eine geringe Lösekraft zum Austausch eines Filterelements erforderlich.

[0026] In einer alternativen Ausführungsform die nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, hat der Dichtungssteg 33 an seinem axialen Ende einen zusätzlichen Dichtwulst, z, B. eine ringförmig, auf dem Dichtungssteg 33 verlaufende, axial ins Gehäuseinnere gerichtete Struktur. Hierdurch kann eine zusätzliche axiale Abdichtung erreicht werden - ohne großen Einfluss auf die Anpresskraft beim Einbau des Filterelementes ins Filtergehäuse. Dies kann z. B. durch einen gegenüber dem Dichtungssteg 33 dünnen Dichtwulst geschehen.

[0027] Die Endscheibe 1 1 ist mit Stütznasen 43, 44 versehen. Diese stützen sich an dem Deckel 27 ab und sorgen damit für eine ausreichend axiale Kraft in Richtung Endscheibe 12 und damit für eine zuverlässige Abdichtung. In

der Endscheibe 12 ist ein Verschlussstück 24 eingebettet. Dieses trennt den Rohluftraum von dem Reinluftraum. Innerhalb des Filterelements befindet sich ein Sekundärelement 36, das den Innenraum 25 umgibt. Die gereinigte Luft strömt durch das Sekundärelement hindurch, welches üblicherweise eine Vliesauflage 45 besitzt. Die Vliesauflage ist auf einem thermoplastischen oder metallischen Grundkörper 46 befestigt. Das Sekundärelement 36 ist über ein Schraubgewinde 47 an dem Auslassstutzen des Auslasses 29 befestigt und gleichzeitig über einen O-Ring 48 in diesem Bereich abgedichtet.

[0028] Das Gehäuse 26 ist mit einer Innenwand 49 versehen. Diese Innenwand weist einen geringen Abstand zu der Ringfläche 23 auf. An dieser Innenwand ist ein Spannelement 50 gemäß Figur 3 vorgesehen.

[0029] Dieses Spannelement besteht aus einem Federstahl, der an mehreren Stellen ausgeformt ist und in den Einbauraum des Filterelements vorsteht. Die ausgeformten Stellen sind in Figur 1 zu erkennen und mit der Bezugsziffer 51 versehen. Beim Einbauen des Filterelements werden die ausgeformten Stellen nach außen gedrückt und dienen zur Zentrierung des Filterelements. Sofern ein Filterelement ohne die Ringfläche 23 in das Gehäuse eingesetzt wird, besteht keine Möglichkeit der Zentrierung des Filterelements. In diesem Fall würden unter Umständen das Filterelement bzw. das Filtermedium beschädigt. Damit dient das Spannelement als

Schutz gegen den unbeabsichtigten Einbau eines falschen oder fehlerhaf¬

ten Filterelements.