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Title:
FILTER WITH A CONICAL HOUSING AND ROUND FILTER CARTRIDGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/056423
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a filter, especially an air filter for the intake air of internal combustion engines. The filter has a housing consisting of two conical housing shells (12, 12a), wherein a support tube (17), especially a conical support tube, is integrated into one of the housing shells. A conical round filter cartridge having axial play compensation (21) is pushed into said tube. The housing shells (12, 12a) are joined by means of a central screwed connection (22), wherein sealing between the housing shells is ensured by a labyrinth seal (14, 15). The inventive filter is insensitive to an axial tolerance range of the individual components thereby minimizing production costs. Moreover, the housing shells are embodied in such a way that they can be produced using simple casting molds with no undercuttings which additionally enhances the economic viability of the filter. Undercuttings are prevented especially in the case of the grid-shaped support tube (17) due to the fact that its conical shape produces a radial distance (a) between the radial girders (29) of the support tube.

Inventors:
REINHOLD THOMAS (ES)
Application Number:
PCT/EP2000/002530
Publication Date:
September 28, 2000
Filing Date:
March 22, 2000
Export Citation:
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Assignee:
MANN & HUMMEL FILTER (DE)
REINHOLD THOMAS (ES)
International Classes:
B01D29/21; B01D35/30; B01D46/00; B01D46/14; B01D46/24; B01D46/42; B01D46/52; F02M35/024; (IPC1-7): B01D46/24; F02M35/024
Domestic Patent References:
WO1996038217A11996-12-05
WO1997022795A11997-06-26
Foreign References:
DE2739290A11978-03-09
US4950317A1990-08-21
US4588426A1986-05-13
Other References:
See also references of EP 1163039A1
Attorney, Agent or Firm:
Voth, Gerhard (Filterwerk Mann+Hummel GmbH Ludwigsburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Filter, insbesondere Luftfilter für die Ansaugluft von Brennkraftmaschienen, umfassend ein topfförmiges Gehäuse mit einem Einlaß (10) und einem Auslaß (11) für das zu filternde Medium, wobei das Gehäuse aus mindestens zwei Gehäuseschalen (12,12a) besteht, eine Rundfilterpatrone (16), die in das Gehäuse eine Rohseite (27) von einer Reinseite (28) abdichtend eingebaut ist, einem Stützrohr (17), welches ein Filtermedium (18) reinseitig abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (17) einteilig mit einer der Gehäuseschalen (12,12a) hergestellt ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (17) und die Rundfilterpatrone (16) derart konisch ausgeführt sind, daß sich am Stützrohr keine Hinterschneidungen entlang der Axialrichtung des topfförmigen Gehäuses ergeben.
3. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundfilterpatrone (16) aus einem sternförmig gefalteten Filterpapier besteht, welches aus einer rechteckigen Filterbahn gefaltet ist.
4. Filter, insbesondere Luftfilter für die Ansaugluft von Brennkraftmaschienen, umfassend ein topfförmiges Gehäuse mit einem Einlaß (10) und einem Auslaß (11) für das zu filternde Medium, wobei das Gehäuse aus mindestens zwei Gehäuseschaten (12,12a) besteht, eine Rundfilterpatrone (16), die in das Gehäuse eine Rohseite (27) von einer Reinseite (28) abdichtend eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennfuge (13) zwischen den beiden Gehäuseschalen (12,12a) eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist, die entlang der Axialrichtung des Gehäuses montierbar ist und einen Axialbereich b aufweist, innerhalb dessen bei einem Axialversatz der Gehäuseschalen (12,12a) eine genügende Abdichtung gebildet ist.
5. Filter nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschalen (12,12a) über eine zentrale lösbare Verbindung, insbesondere eine Verschraubung (22), miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung in ein freies Ende (24) des Stutzrohres (17) eingebracht ist.
6. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine von Endscheiben (20) der Rundfilterpatrone (16) einen elastisch ausgebildeten Axialspielausgleich (21) aufweist.
7. Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundfilterpatrone (16) eine Rastnase (30) aufweist, die in einer bestimmten Winkelstellung zwischen Rundfilterpatrone und Gehäuse in eine Aufnahme (31) im Gehäuse eingreift.
8. Rundfilterpatrone, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Einbau in ein Gehäuse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.
Description:
Filter mit topfförmigem Gehäuse und Rundfilterpatrone Beschreibung Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Filter, insbesondere einen Luftfilter für die Ansaugluft von Brennkraftmaschinen, der aus einem topfförmigen Gehäuse und einer auf einem Stützrohr befestigten Rundfilterpatrone gebildet ist, nach der Gattung des Patentan- spruches 1 und 4. Außerdem betrifft die Erfindung eine Rundfilterpatrone, die zum Einbau in den oben genannten Filter geeignet ist.

Die Verwendung von Rundfilterpatronen in Topfgehäusen ist zum Beispiel aus der EP 673 280 B1 bekannt. Gemäß diesem Dokument wird eine Rundfilterpatrone in ein Topfgehäuse eingebaut, welches zu diesem Zweck in zwei Gehäusehälften ge- trennt werden kann, weiterhin kann zum Schutz der Rundfilterpatrone gegen ein Einfallen des Filtermediums bei zu hohem Druckunterschied zwischen Roh-und Reinseite ein Stützrohr im Inneren der Rundfilterpatrone angebracht werden.

Das Einsetzen des Stützrohres in eine der Gehäuseschalen bedeutet jedoch einen zusätzlichen Montageaufwand. Außerdem muß für das Stützrohr eine Passung zur Fixierung in der Gehäuseschale vorgesehen werden. Hieraus resultieren gewisse Anforderungen an die Formgenauigkeit der Gehäusebauteile. Selbiges gilt auch für die Teilung des Gehäuses in zwei Gehäuseschalen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden derartige Topfgehäuse jedoch häufig aus Kunststoff hergestellt. Je höher die Anforderungen an die Maßgenauigkeit sind, desto geringer ist der wirtschaftliche Vorteil, der sich aus der Wahl des Materials ergibt. Dies gilt genauso für die Trennfu- ge zwischen den Gehäuseschalen, die gemäß dem oben genannten Dokument durch mehrere Schnappverschlüsse überbrückt werden muß, um eine genügende Dichtung zwischen den Gehäuseteilen zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Filter zu schaffen, der wirt- schaftlich in der Herstellung ist, große Toleranzen bei der Fertigung der Einzelteile erlaubt und dabei eine hohe Funktionszuverlässigkeit gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und 4 gelöst. Fer- ner wird gemäß Anspruch 8 eine Rundfilterpatrone beansprucht, die zum Einbau in das erfindungsgemäße Gehäuse geeignet ist.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Filter besteht in bekannter Weise aus einem topfförmigen Gehäuse, in das eine Rundfilterpatrone derart dichtend eingebaut ist, daß das zu reinigende Fluid den Filtereinsatz von einem Einlaß zu einem Auslaß hin durch- strömt. Eine der Gehäuseschalen ist einteilig mit dem Stützrohr hergestellt, welches zur Aufnahme der Filterpatrone vorgesehen ist. Dieses Bauteil kann in einem Pro- zeßschritt, zum Beispiel als Kunststoffteil durch Spritzgießen, hergestellt werden. Dabei können gesonderte Formwerkzeuge für das Stützrohr eingespart werden. Au- ßerdem entfällt die Notwendigkeit der Montage des Stützrohres in einer der Gehäu- seschalen. Dabei werden zusätzliche Dichtungen zwischen Stützrohr und Gehäuse- schale entbehrlich. Außerdem wird ein Montageschritt gespart.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens sind das Stützrohr und die Rundfilterpatrone konisch ausgeführt. Das Stützrohr ist dabei der- art ausgeführt, daß in axialer Richtung des Topfgehäuses gesehen, keine Hinter- schneidungen auftreten. Da das Stützrohr eine gitterartige Struktur aufweist, ist dies nur bei einer konischen Form möglich. Eine zylindrische Form würde zwangsläufig in axialer Richtung Hinterschneidungen hervorrufen, da die einzelnen radialen Streben in axialer Richtung übereinander liegen würden. Durch den konischen Verlauf ergibt sich jedoch zwischen jeweils zwei benachbarten Radialstreben ein Abstand a, wo- durch bei entsprechender Gestaltung des restlichen Topfgehäuses das Gußwerk- zeug für die Gehäuseschale mit Stützrohr lediglich zwei Formhälften benötigt. Diese werden dann in axialer Richtung der Gehäuseschale geöffnet und geschlossen. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Gehäuseschale hat also eine starke Vereinfa- chung der Gußform zur Folge. Insbesondere bei Kunststoffspritzgießformen wirkt sich dies wegen der hohen Anschaffungskosten des Formwerkzeuges auch bei gro- ßen Stückzahlen deutlich auf die Wirtschaftlichkeit des Filters aus. Die konische Ausführung des Stützrohres hat aber auch bei der Montage der Filter- patrone eindeutige Vorteile. Diese ! äßt sich ohne Probleme in der Gehauseschale mit Stützrohr einsetzen, da eine Berührung zwischen Stützrohr und Patrone erst bei vollständig aufgeschobener Patrone zustande kommt. Dadurch kann auch eine e- ventuelle Verletzung der Dichtbereiche an den Endscheiben der Patrone durch die Streben des Gitters vermieden werden. In der Einbauposition zentriert sich die Rundfilterpatrone dann von selbst.

Es ist vorteilhaft, für die Rundfilterpatrone ein sternförmig gefaltetes Filterpapier als Filtermedium zu verwenden. Dieses kann kostengünstig aus einer rechteckigen Fil- terbahn gefaltet werden. Wird dieses dann bei der Herstellung der kegeligen Patrone in eine konische Form gebracht, so werden sich die Stirnseiten des sternförmigen Faltenbalges aus der Ebene heraus konisch verziehen. Dies kann jedoch ohne wei- teres durch die Endscheiben ausgeglichen werden. Diese können zum Beispiel aus einem elastischen Material, insbesondere PUR-Schaum hergestellt werden. Die Wahl einer rechteckigen Filterbahn als Halbzeug für die Rundfilterpatrone hat den Vorteil, daß zur Faltung herkömmliche Maschinen verwandt werden können. Außer- dem ergibt sich beim Zuschnitt des Filterpapiers keine Verschnitt, sofern dessen Abmessungen richtig gewähtt sind.

Eine Alternative zur Verringerung der Herstellkosten des Filters ist die Beachtung eventueller Toleranzen der Bauteile in der Gestaltung der Dichtung. Dies wird da- durch erreicht, daß in der Trennfuge zwischen den Gehäuseschalen eine Labyrinth- dichtung vorgesehen ist. Diese kann zum Beispiel aus einer Nut in der einen Gehäu- seschale und einem mit dieser korrespondierenden Ringabsatz in der anderen Ge- häuseschale gebildet werden. Innerhalb eines Axialbereiches b, der von der Nuttiefe abhängt, können dann Axialtoleranzen der Gehäuseteile, die zu einem Klaffen der Dichtfuge führen, ausgeglichen werden. Auch radiale Toleranzen, zum Beispiel die Unrundheit der Gehäuseschalen, kann durch die Zwangsführung der Labyrinthdich- tung in radialer Richtung ausgeglichen werden. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Dichtung erlaubt somit einen größeren Toleranzbereich bei der Herstellung der Gehäuseschalen. Dadurch können die Gußwerkzeuge kostengünstiger hergestellt werden sowie der Materialbedarf für das Gehäuse reduziert werden. Dieses Dicht- system zwischen den Gehäuseschalen schafft die Möglichkeit, die Montagemittel für die Verbindung der beiden Gehäuseschalen wesentlich zu vereinfachen. Da ein axi- aler Dichtdruck in der Trennfuge zwischen den Gehäuseschalen nicht notwendig ist, sondern der Dichtdruck radial zwischen Nut und Ringabsatz hergestellt wird, genügt eine zentrale Verschraubung in der Deckelfläche, die in eine Aufnahme im Stützrohr eingreift. Anstelle einer Verschraubung sind selbstverständlich auch andere Befesti- gungsmechanismen denkbar, zum Beispiel ein Bajonettverschluß.

Um auch einen größeren Toleranzbereich zwischen Gehäuse und Filterpatrone zu erzielen, ist es sinnvoll, mindestens eine der Endscheiben der Rundfilterpatrone mit einem elastischen Axialspielausgleich zu versehen. Dieser stützt sich unabhängig von einem eventuell auftretenden Axialspiel im Bereich seiner Elastizität an den Ge- häusewänden ab. Dabei kann er gleichzeitig für eine axiale Abdichung zwischen Roh-und Reinseite des Gehäuses sorgen. Diese kann aber alternativ oder zusätz- lich auch durch eine radiale Abdichtung zum Stützrohr hin gewährleistet werden. Die Endscheiben können starr ausgeführt sein, so daß der Axialspielausgleich ein weite- res Bauteil ist, welches auf die Endscheiben aufgebracht, zum Beispiel verklebt wird. Eine Alternative ist die Verwendung von elastischen Endscheiben, die zum Axial- spielausgleich einen gesonderten Bereich aufweisen. Insbesondere Filterpatronen mit PUR-Endscheiben können ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand durch eine ent- sprechende Gestaltung der Gußform für die Endscheiben mit einem Axialspielaus- gleich versehen werden.

Gemäß einer Modifikation der Erfindung wird an der Patrone eine Rastnase vorge- sehen, die nur in einer bestimmten Winkelstellung in eine dazugehörige Aufnahme im Gehäuse eingreift. Auf diese Weise ist die Montage der Rundfilterpatrone nur in einer bestimmten Winkelstellung im Gehäuse möglich. Durch diese Einrichtung wird die Funktionszuverlässigkeit des Filters erhöht. Wird der Filter ausgebaut und an- schließend wieder eingebaut, was zum Beispiel geschieht um diesen von ausgefil- terten Partikeln zu befreien, kann dabei die Stellung zwischen Gehäuse und Filter- patrone nicht verändert werden. Auf diese Weise ist auch nach dem erneuten Einbau der Filterpatrone eine zuverlässige Abdichtung zwischen Roh-und Reinseite des Filters gegeben. Andernfalls könnte die Patrone in einer abweichenden Winkelstel- lung in das Gehäuse eingebaut werden. Da sich aufgrund der Toleranzen und unter- schiedlicher elastischer Verformung des Axialspielausgleiches ein sogenannter Druckverformungsrest des Axialspielausgleiches ergibt, könnte dabei ein Klaffen der Dichtung oder des Axialspielausgleiches die Folge sein. Der Druckverformungsrest ist derjenige Betrag, um den insbesondere der Axialspielausgleich durch die Tole- ranzen im Gehäuse plastisch verformt wird.

Eine Rundfilterpatrone gemäß Anspruch 8 ist dazu geeignet, in den erfindungsge- mäßen Filter eingebaut zu werden. Durch den Einbau der Rundfilterpatrone werden die beschriebenen Vorteile erzielt.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen her- vor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Folm von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von sche- matischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen : Figur 1 den Schnitt durch einen Filter mit topfförmigem Gehäuse und konischer Filterpatrone, Figur 2 den Schnitt A-A eines Ausschnittes des Filters gemäß Figur 1 (die Schnittebene B-B in Figur 2 entspricht der Darstellungsweise der Figur 1).

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Filter gemäß Figur 1 weist ein Gehäuse mit einem Einlaß 10 und einem Auslaß 11 auf. Das Gehäuse besteht aus zwei Gehäuseschalen 12,12a, die im Bereich einer Trennfuge 13 mit einer Labyrinthdichtung abgedichtet sind. Die Labyrinthdich- tung besteht aus einem Ringabsatz 14 und einer Nut 15, die ineinander greifen und so unabhängig von einem Axialspiel b eine Abdichtung erzeugen.

Bei der Montage des Filters wird eine Rundfilterpatrone 16 auf ein Stützrohr 17 ge- schoben, welches fest mit der Gehäuseschale 12 verbunden ist. Sowohl Stützrohr als auch Rundfilterpatrone weisen eine konische Gestalt auf. Ein Filtermedium 18, welches im Ausführungsbeispiel aus einem sternförmig gefalteten Filterpapier be- steht, ist mit Stirnseiten 19 in Endscheiben 20 aus PUR-Schaum eingebettet. Wäh- rend die Flächen der Endscheiben auf einer Ebene liegen, liegen die Stirnseiten 19 des Filtermediums 18 auf einem Kegelmantel. Die Endscheiben müssen in ihrer Di- cke so groß gewählt werden, daß die Stirnseiten 19 vollständig in ihnen eingebettet sind. Beide Endscheiben weisen einen Axialspielausgleich 21 auf, der sich an den Wänden der Gehäuseschalen 12,12a abstützt. Durch Aufsetzen der Gehäuseschale 12a und Befestigung der Verschraubung 22 wird die Rundfilterpatrone über den Axi- alspielausgleich 21 auf dem Stützrohr 17 axial fixiert. Die Verschraubung durchdringt die Gehäuseschale 12a durch eine Bohrung 23 und greift in ein Ende 24 des Stütz- rohres 17 ein. Zwischen Schraube 25 und Bohrung 23 ist eine Dichtung 26 vorgese- hen.

Der dargestellte Filter kann zum Beispiel für die Reinigung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Die Ansaugluft fließt durch den Einlaß 10 in eine Rohseite 27 des Filters, durchtritt das Filtermedium 18 und das gitterförmige Stützrohr 17, erreicht so eine Reinseite 28 des Filters und verläßt diesen durch den Auslaß 11.

Die Gehäusehälften 12,12a sind konsequent derart aufgebaut, daß sie sich unter Verwendung von jeweils zwei Formhälften gußtechnisch herstellen lassen. Die Ent- formungsrichtung der im wesentlichen topfförmigen Gehäusehälften erfolgt axial.

Dem entsprechend sind Einlaß 10, Auslaß 11, Nut 15 und Ringabsatz 14 gestaltet.

Auch das gitterförmige Stützrohr 17 la (3t sich axial entformen, weil zwischen einzel- nen Radialstreben 29 aufgrund der konischen Gestalt des Stützrohrs ein Versatz a entsteht, wodurch eine Hinterschneidung zwischen jeweils benachbarten Radialstre- ben vermieden wird.

Zur Erzeugung einer definierten Winkelstellung zwischen Gehäuseschale 12 und Rundfilterpatrone 16 besitzt die mit dieser Gehäuseschale kommunizierende End- scheibe 20 eine Rastnase 30. Dies iäßt sich auch der Figur 2 entnehmen, wobei der Außenumfang der Rundfilterpatrone 16 gestrichelt eingezeichnet ist. Der Einbau der Rundfilterpatrone ist nur in einer einzigen Winkellage zur Gehäuseschale 12 mög- lich. In dieser Winkelstellung kommuniziert die Rastnase 30 mit einer Aufnahme 31.

In allen anderen Winkelstellungen stößt die Rastnase 30 auf einen Ringwulst 32, wobei dem Monteur dann auffällt, daß sich die Rundfilterpatrone 16 nicht vollständig auf das Stützrohr 17 schieben läßt. Eine Vergleichbare Einrichtung zur Gewährleis- tung einer bestimmten Winkellage der Patrone im Gehäuse ist natürlich auch in der Gehäuseschale 12a denkbar. Auch die Gehäuseschalen zueinander können durch Nasen in ihrer Winkelstellung zueinander definiert werden.