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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements, insbesondere zur Gasfiltration, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2011 008 325 A1 wird ein keilförmiges Filterelement mit zwei Plattenfiltern beschrieben, die winklig an einem gemeinsamen Aufnahmerahmen in Aufnahmeöffnungen angeordnet sind und einen zwischenliegenden Strömungsraum im Aufnahmerahmen begrenzen. Der Aufnahmerahmen weist Seitenwände zum seitlichen Abschluss des Strömungsraums im Winkel zwischen den beiden Plattenfiltern auf sowie eine Aufnahmeeinrichtung mit seitlichen Führungsflanken zur Abstützung und Halterung der Plattenfilter. Der Aufnahmerahmen mit den Seitenwänden und der Aufnahmeeinrichtung für die Plattenfilter einschließlich der seitlichen Führungsflanken ist als ein einteiliges Bauteil ausgebildet. Die Plattenfilter sind jeweils als Faltenbälge ausgeführt und werden üblicherweise in die Aufnahmeeinrichtung am Aufnahmerahmen eingeklebt. Ein derartiges Filterelement kann als Luftfilter eingesetzt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein flexibel einsetzbares Filterelement mit zwei Filtermediumkörpern zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Filterelement wird vorzugsweise zur Filtration von Gasen eingesetzt, beispielsweise für einen Luftfilter in einem Kraftfahrzeug. Prinzipiell kommt aber auch eine Anwendung zur Flüssigkeitsfiltration in Betracht.
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Das Filterelement umfasst einen ersten und einen zweiten Filtermediumkörper, die an gegenüberliegenden Seiten eines zwischenliegenden Strömungsraums zur Aufnahme des im Filterelement zu reinigenden Fluids angeordnet sind. Das Filterelement kann von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt werden, so dass die Außenseite der Filtermediumkörper die Roh- bzw. Anströmseite und die dem Strömungsraum zugewandte Innenseite die Rein- bzw. Abströmseite bildet; aus dem Strömungsraum wird das gereinigte Fluid abgeleitet. Es kommt aber auch eine umgekehrte Durchströmung in Betracht, so dass der Strömungsraum bzw. die dem Strömungsraum benachbarte Innenseite die Rohseite und die außen liegende Seitenfläche der Filtermediumkörper die Reinseite bildet.
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Der Strömungsraum wird zum einen von den gegenüberliegenden Filtermediumkörpern und zum andern von Seitenwänden begrenzt, die sich jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Filtermediumkörper erstrecken und quer zur Ebene der Filtermediumkörper verlaufen. Mindestens eine Seitenwand bzw. ein Abschnitt einer Seitenwand ist an einem Aufnahmerahmen angeordnet, der von einem Filtermediumkörper getragen wird. Auch der zweite Filtermediumkörper ist Träger eines separat ausgebildeten Aufnahmerahmens.
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In dieser Ausführung ist jeder Filtermediumkörper Träger eines ihm zugeordneten Aufnahmerahmens. Es sind somit zwei Aufnahmerahmen vorhanden, von denen mindestens ein Aufnahmerahmen zumindest eine Seitenwand oder einen Teil einer Seitenwand umfasst, welche den zwischen den beiden Filtermediumkörpern angeordneten Strömungsraum für das Fluid seitlich begrenzt. Vorteilhafterweise trägt ein Aufnahmerahmen beide Seitenwände, der zweite Aufnahmerahmen weist dagegen keine Seitenwand auf. Es sind aber auch Ausführungen möglich, bei denen jeder Aufnahmerahmen nur eine Seitenwand trägt oder an jedem Aufnahmerahmen nur Teile einer oder beider Seitenwände angeordnet sind, die sich im montierten Zustand zu vollständigen Seitenwänden ergänzen, um den Strömungsraum strömungsdicht nach außen abzuschließen.
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Indem pro Filtermediumkörper jeweils ein Aufnahmerahmen vorgesehen ist, der von dem betreffenden Filtermediumkörper getragen wird, ist eine flexible Anpassung an unterschiedliche Bauräume und Einbauverhältnisse möglich. Beispielsweise können verschiedene Aufnahmerahmen miteinander kombiniert werden, um unterschiedlich groß dimensionierte Strömungsräume zwischen den Filtermediumkörpern zu erzeugen. Des Weiteren ist es in einfacher Weise möglich, sowohl gleich große und gleich gestaltete Filtermediumkörper als auch unterschiedlich große und/oder unterschiedlich gestaltete Filtermediumkörper in einem Filterelement miteinander zu kombinieren. Über die separat ausgebildeten Aufnahmerahmen können ggf. unterschiedliche Größenverhältnisse der Filtermediumkörper kompensiert werden, um unterschiedlich große oder unterschiedlich geformte Filtermediumkörper im Filterelement einsetzen zu können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ein Filterelement mit zwei Filtermediumkörpern herzustellen, die zwischen sich einen Strömungsraum einschließen, welcher strömungsdicht zur Umgebung abgeschlossen ist. In einem ersten Verfahrensschritt wird jeder Filtermediumkörper mit einem Aufnahmerahmen verbunden, wobei an mindestens einem Aufnahmerahmen mindestens ein Abschnitt einer Seitenwand angeordnet ist. In einem darauffolgenden, zweiten Verfahrensschritt wird die Seitenwand am ersten Aufnahmerahmen mit dem zweiten Aufnahmerahmen, welcher Träger des zweiten Filtermediumkörpers ist, strömungsdicht verbunden. Jeder Filtermediumkörper ist mit dem zugeordneten Aufnahmerahmen ebenfalls strömungsdicht verbunden, so dass gemeinsam mit der strömungsdichten Verbindung zwischen der Seitenwand und dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen ein umseitig geschlossener Strömungsraum gebildet wird, der von den beiden Filtermediumkörpern sowie von Seitenwänden an den Seiten der Filtermediumkörper begrenzt ist. Über die Verbindung zwischen der Seitenwand und dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen werden die Aufnahmerahmen zueinander fixiert, die im Ausgangszustand relativ beweglich zueinander angeordnet sein können. Die Aufnahmerahmen sind beispielsweise über ein Gelenk schwenkbar gekoppelt, mit der Verbindung zwischen der Seitenwand und dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen werden die Filtermediumkörper in einem Winkel zueinander fixiert.
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Die Verbindung zwischen der Seitenwand und dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, beispielsweise mittels Verschweißens, insbesondere Laser- oder Ultraschallschweißen. Hierdurch wird zugleich ein strömungsdichter Abschluss zwischen der Seitenwand, insbesondere der Stirnkante der Seitenwand und dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen erreicht.
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Zusätzlich oder alternativ zur Schweißverbindung kann es zweckmäßig sein, an der Stirnkante der Seitenwand ein Dichtungselement anzuordnen, das im montierten Zustand zwischen der Stirnkante der Seitenwand und dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen liegt. Das Einbringen des Dichtungselements ermöglicht es, die Fixierung der Seitenwand mit dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen mit Abstand zur Stirnkante der Seitenwand durchzuführen. Das Dichtungselement stellt einen strömungsdichten Abschluss sicher, außerdem besitzt das Dichtungselement eine schwingungsdämpfende Wirkung zur Reduzierung von Vibrationen und Stoßanregungen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist jeder Filtermediumkörper plattenförmig ausgebildet und weist beispielsweise Quaderform auf. Die Filtermediumkörper können als ein Filterbalg ausgeführt sein mit einer Vielzahl parallel verlaufender Filterfalten, die sich zwischen Anström- und Abströmseite jedes Filtermediumkörpers erstrecken.
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Bei einer plattenförmigen Ausführung der Filtermediumkörper können diese, gemäß einer weiteren Ausführung, winklig zueinander stehen, wobei sich die Filtermediumkörper oder die jeweiligen Aufnahmerahmen ggf. berühren können. Bei winkliger Ausrichtung können die Aufnahmerahmen über ein Gelenk miteinander gekoppelt sein, das eine Relativ-Klappbewegung der Filtermediumkörper zueinander einschließlich der zugeordneten Aufnahmerahmen erlaubt. Das Gelenk ist entweder als ein eigenständiges Gelenkbauteil ausgeführt oder als ein Filmscharnier, welches eine reduzierte Wandstärke aufweist und die beiden Aufnahmerahmen miteinander verbindet; das Filmscharnier kann in einem gemeinsamen Spritzgießprozess der beiden Aufnahmerahmen, welche bevorzugt aus Kunststoff bestehen, hergestellt werden, oder nachträglich durch einen Verschweißungsprozess, beispielsweise durch Ultraschallschweißen. Auch bei einem gemeinsamen Herstellen im gleichen Spritzgießprozess handelt es sich aber um zwei separate Aufnahmerahmen, die jeweils mit einem Filtermediumkörper verbunden sind und von diesem getragen werden.
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Es kann ggf. aber auch zweckmäßig sein, auf eine Gelenkverbindung zwischen den Aufnahmerahmen zu verzichten und stattdessen beim Zusammensetzen die Aufnahmerahmen zu verbinden, beispielsweise auf mechanische Weise wie zum Beispiel Verclipsen oder dergleichen.
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Die Aufnahmerahmen sind bevorzugt jeweils als umlaufende Kunststoffrahmen ausgebildet. Diese können ggf. in einem Spritzgießprozess unmittelbar an den Randbereich jedes Filtermediumkörpers angespritzt werden, wodurch zugleich eine strömungsdichte Verbindung zwischen dem Filtermediumkörper und dem Kunststoffrahmen hergestellt wird.
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Bei winkliger Anordnung der plattenförmigen Filtermediumkörper zueinander befindet sich, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, an der offenen Winkelseite eine zwischen den Filtermediumkörpern liegende Vorderwand, die den Strömungsraum begrenzt und die mit dem Aufnahmerahmen an einem Filtermediumkörper verbunden ist. In diese Vorderwand kann eine Strömungsöffnung für das Fluid eingebracht sein, ggf. befindet sich in der Vorderwand noch eine zusätzliche Strömungsöffnung, was bei einer Ausführung des innen liegenden Strömungsraums auf der Reinseite der Filtermediumkörper eine Ableitung gereinigten Fluids für verschiedene Verwendungszwecke ermöglicht.
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Soweit ein Aufnahmerahmen Träger beider Seitenwände ist, liegt zweckmäßigerweise der Aufnahmerahmen des zweiten Filtermediumkörpers auf der Stirnkante der Seitenwände auf.
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Alternativ zu einer winkligen Relativanordnung der beiden Filtermediumkörper zueinander kommen auch parallele Anordnungen plattenförmiger Filtermediumkörper in Betracht, beispielsweise auf axial gegenüberliegenden Seiten eines quaderförmigen, zwischenliegenden Strömungsraums.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht ein Filterelement zur Gasfiltration, mit zwei plattenförmigen Filtermediumkörper, die jeweils Träger eines Aufnahmerahmens sind, wobei an einem Aufnahmerahmen Seitenwände zur Begrenzung eines Strömungsraums angeordnet sind,
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2 das Filterelement mit den beiden Filtermediumkörper in einer teilweise zusammengeklappten Position,
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3 das Filterelement mit den Filtermedienkörpern in zusammengeklappter Position, in welcher ein zwischen den Filtermediumkörpern liegender Strömungsraum seitlich und nach vorne abgedichtet ist,
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4 das Filterelement mit unterschiedlich großen Filtermediumkörpern.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den Figuren ist ein Filterelement 1 zur Gasfiltration dargestellt, beispielsweise für einen Luftfilter für ein Kraftfahrzeug. Das Filterelement 1 umfasst zwei separat ausgeführte Filtermediumkörper 2, 3, die jeweils plattenförmig ausgebildet sind und die geometrische Form eines Quaders aufweisen. In den 1 bis 3 sind die beiden Filtermediumkörper 2, 3 gleich groß ausgeführt. Jeder Filtermediumkörper 2, 3 ist als ein Filterbalg mit einer Vielzahl von Filterfalten ausgebildet, die im zusammengesetzten Zustand sich zwischen der Anström- bzw. Rohseite und der Abström- bzw. Reinseite der Filtermediumkörper erstrecken.
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Jeder Filtermediumkörper 2, 3 trägt einen Aufnahmerahmen 4 bzw. 5, der entlang der Außenseite des Filtermediumkörpers umlaufend angeordnet und fest und strömungsdicht mit der Außenseite jedes Filtermediumkörpers 2, 3 verbunden ist. Der Aufnahmerahmen 4, 5 ist beispielsweise als Kunststoffrahmen ausgeführt, der im Wege des Spritzgießens an den jeweiligen Filtermediumkörper 2 bzw. 3 angespritzt wird. Jeder Aufnahmerahmen 4, 5 bedeckt die umlaufende Außenseite jedes Filtermediumkörpers 2, 3 vollständig.
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Der Aufnahmerahmen 4 des ersten Filtermediumkörpers 2 weist zusätzlich zwei Seitenwände 6, 7 sowie eine Vorderwand 8 auf. Die Seitenwände 6, 7 und die Vorderwand 8 sind insbesondere einteilig mit dem Aufnahmerahmen 4 ausgebildet. Die gegenüberliegend angeordneten Seitenwände 6, 7 sind dreieckförmig ausgebildet, deren Erstreckung gegenüber dem Aufnahmerahmen 4 mit zunehmendem Abstand zum zweiten Filtermediumkörper 3 ansteigt, wobei auf der dem zweiten Filtermediumkörper 3 abgewandten Seite sich die Vorderwand 8 befindet, in die zwei Strömungsöffnungen 9 und 10 eingebracht sind. Die erste Strömungsöffnung 9 ist mittig in die Vorderwand 8 eingebracht und weist einen größeren Durchmesser als die zweite, seitlich versetzt angeordnete Strömungsöffnung 10 auf.
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Die Filtermediumkörper 2, 3 werden bevorzugt von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, so dass die innen liegende Seite der Filtermediumkörper 2, 3 die Abström- bzw. Reinseite bildet, die unmittelbar den innen liegenden, im zusammengeklappten Zustand zwischen den beiden Filtermediumkörper 2, 3 liegenden Strömungsraum 12 begrenzt.
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Die beiden Aufnahmerahmen 4, 5 sind über ein Gelenk 11 schwenkbar miteinander verbunden. Das Gelenk 11 ist beispielsweise als ein Filmscharnier ausgeführt, gebildet durch eine dünnwandige Verbindung zwischen den beiden Aufnahmerahmen 4 und 5. Die Gelenkachse verläuft entlang der einander zugewandten Außenseiten der Filtermediumkörper 2, 3 und erlaubt, wie ein Vergleich zwischen 1 bis 3 zu entnehmen ist, ein Zusammenklappen der beiden Filtermediumkörper 2, 3 gemäß Pfeil 13 (2) bis zum Erreichen der V-förmigen Endposition gemäß 3. In der Endposition liegt der Aufnahmerahmen 5 am zweiten Filtermediumkörper 3 auf der Stirnkante der Seitenwände 6 und 7 sowie der Vorderwand 8 auf, die einteilig mit dem Aufnahmerahmen 4 des ersten Filtermediumkörpers 2 ausgebildet sind.
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Die Stirnkanten der Seitenwände 6 und 7 sowie der Vorderwand 8 werden strömungsdicht mit dem gegenüberliegenden Aufnahmerahmen 5 am zweiten Filtermediumkörper 3 verbunden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise über Verschweißen, zum Beispiel Laser- oder Ultraschallschweißen, wodurch sogleich ein strömungsdichter Abschluss des innen liegenden Strömungsraums 12 gewährleistet ist.
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Es ist aber auch möglich, an der Stirnkante der Seitenwände 6 und 7 sowie der Vorderwand 8 ein Dichtungselement anzuordnen, ggf. eine einteilige, umlaufende Dichtraupe, um die strömungsdichte Verbindung herzustellen. Das Dichtungselement kann die im Betrieb auftretenden Kräfte zwischen den Seitenwänden bzw. der Vorderwand und dem Aufnahmerahmen aufnehmen und fixiert die beiden Aufnahmerahmen 4, 5 mit den Filtermediumkörpern zueinander in der Winkellage. Alternativ werden die Seitenwände 6, 7 und/oder die Vorderwand 8 und der Aufnahmerahmen 5 über ein weiteres Verbindungselement zueinander fixiert. Es ist auch möglich, ein Verbindungselement unmittelbar zwischen den beiden Aufnahmerahmen 4 und 5 anzuordnen.
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In 4 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, in der das Filterelement 1 grundsätzlich ähnlich wie in den 1 bis 3 mit zwei plattenförmigen Filtermediumkörpern 2, 3 ausgeführt ist, welche jeweils von einem Aufnahmerahmen 4, 5 eingefasst sind. Der Aufnahmerahmen 4 des ersten Filtermediumkörpers 2 ist einteilig mit dreieckförmigen Seitenwänden 6, 7 ausgebildet, die beiden Aufnahmerahmen 4 und 5 sind über ein Gelenk 11 schwenkbar aneinander gekoppelt. Auf der dem Gelenk 11 abgewandten Seite ist ebenfalls einteilig mit dem Aufnahmerahmen 4 eine Vorderwand 8 ausgeführt, die die Seitenwände 6, 7 miteinander verbindet. In die Vorderwand 8 ist eine zentrale Strömungsöffnung 9 eingebracht.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 sind bei 4 die beiden Filtermediumkörper 2, 3 unterschiedlich groß ausgebildet. Der erste Filtermediumkörper 2 weist eine geringere Länge auf als der zweite Filtermediumkörper 3, jedoch besitzen beide Filtermediumkörper 2, 3 die gleiche Breite und auch die gleiche axiale Höhe. Die geringere Länge des Filtermediumkörpers 2 kann über eine entsprechende Dimensionierung des Aufnahmerahmens 4 und/oder der Seitenwände 6, 7 sowie der Vorderwand 8 kompensiert werden, so dass in dem zusammengeklappten Zustand gemäß 4 der zweite Aufnahmerahmen 5 auf der Stirnkante der Seitenwände 6, 7 sowie der Vorderwand 8 am ersten Aufnahmerahmen 4 aufliegt.
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Zusätzlich ist in 4 ein angedeutetes Filtergehäuse 14 dargestellt, in das das Filterelement 1 einsetzbar ist. Das Filtergehäuse 14 bildet gemeinsam mit dem Filterelement 1 eine Filtereinrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011008325 A1 [0002]