DE102016011158A1

DE102016011158A1 - Filterelement und Filtersystem

Info

Publication number: DE102016011158A1
Application number: DE102016011158.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schmid; Sven Epli
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22
Also published as: WO2018050367A1; CN109689181A; KR20190043547A; DE112017004660A5; CN109689181B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem Filterbalg (12), der eine bestimmungsgemäße Rohseite (50) und eine dieser gegenüberliegende bestimmungsgemäße Reinseite (52) aufweist. Der Filterbalg (12) ist umlaufend von einem Rahmen (28) umgeben mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg (31), wobei in dem Steg (31) Öffnungen (30) vorgesehen sind, die entlang der Außenkante (32) verlaufen, wobei eine am Steg (31) umlaufende Dichtung (40) vorgesehen ist und sich Dichtungsmaterial der Dichtung (40) durch die Öffnungen (30) erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) der Dichtung (40) bezogen auf eine Flachseite des Stegs (31) seitlich versetzt zu den Öffnungen (30) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Filtersystem (100) mit einem solchen auswechselbaren Filterelement (10).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtern eines Fluids, insbesondere zur Verwendung für Kassettenluftfilter einer Brennkraftmaschine oder als Innenraumluftfilter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs sowie ein Filtersystem mit einem Filterelement.
Stand der Technik
Um beispielsweise im Automobilbereich Fluide, wie Kraftstoffe, andere Betriebsmittel oder Innenraumluft, zu filtern, werden häufig gefaltete oder plissierte Filtermedien eingesetzt. Dabei ist es oft notwendig, die Faltenprofile durch Hilfsmittel zu stützen, damit auch bei Fluiddurchtritt die Form erhalten bleibt. Ferner ist es gewünscht, die Filterelemente an ihren Rändern gegen die Filteraufnahme oder das jeweilige Filtergehäuse abzudichten, damit kein ungefiltertes Fluid an dem plissierten Filtermedium vorbeiströmen kann.
In der DE 10 2009 056 511 A1 ist ein Filterelement offenbart, welches insbesondere ein Innenraumluftfilter für ein Kraftfahrzeug ist. Das Filterelement weist einen gefalteten Filterbalg, einen zumindest teilweise an den Filterbalg gespritzten Kunststoffrahmen und eine zumindest teilweise an den Kunststoffrahmen angeschäumte Kunststoffschaumdichtung auf.
Der an den Filterbalg angespritzte Kunststoffrahmen dient zum Beispiel zum Stützen von Faltenprofilen des Filterbalgs. Ferner kann der an den Filterbalg angespritzte Kunststoffrahmen zum seitlichen Abdichten zum Beispiel gegenüber einer Filteraufnahme dienen.
Der Kunststoffrahmen und die Kunststoffschaumdichtung sind in einem Spritzgussverfahren erzeugt. Durch das Spritzen des Kunststoffrahmens, der ausreichend starr ist, um dem Filterbalg Stabilität zu verleihen, erreicht man eine ausreichend feste Verbindung mit den Faltenprofilen. Durch das Einspritzen der Kunststoffschaumdichtung, beispielsweise durch ein Reaktionsspritzgießverfahren, können beliebige Formen für Rahmen und Dichtung realisiert werden. Allerdings sind nicht alle Materialkombinationen für die Verbindung von Kunststoffrahmen und Kunststoffschaumdichtungen geeignet.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement zum Filtern eines Fluids, insbesondere zur Luftfilterung, insbesondere zur Innenraumluftfilterung, zu schaffen, das eine dauerhafte Dichtigkeit beim Einsatz in einem Filtergehäuse aufweist, das insbesondere bei der Materialauswahl für den Kunststoffrahmen unproblematisch ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids zur Aufnahme eines solchen austauschbaren Filterelements zu schaffen.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filterelement zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem Filterbalg, der umlaufend von einem Rahmen umgeben ist mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg, wobei in dem Steg Öffnungen vorgesehen sind, die entlang von dessen Außenkante verlaufen, wobei eine am Steg umlaufende Dichtung vorgesehen ist und sich Dichtungsmaterial der Dichtung durch die Öffnungen erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche der Dichtung bezogen auf eine Flachseite des Stegs seitlich versetzt zu den Öffnungen angeordnet ist.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filterelement zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem Filterbalg, der umlaufend von einem Rahmen umgeben ist mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg, wobei in dem Steg Öffnungen vorgesehen sind, die entlang von dessen Außenkante verlaufen, wobei eine am Steg umlaufende Dichtung vorgesehen ist und sich Dichtungsmaterial der Dichtung durch die Öffnungen erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche der Dichtung bezogen auf eine Flachseite des Stegs seitlich versetzt zu den Öffnungen angeordnet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem solchen Filterelement gelöst.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Filterelement zum Filtern eines Fluids mit wenigstens einem Filterbalg vorgeschlagen, der eine bestimmungsgemäße Rohseite und eine dieser gegenüber liegende bestimmungsgemäße Reinseite aufweist.
Bevorzugt weist der Filterbalg umlaufend einen Rahmen mit einer Außenkante auf, in dem Öffnungen vorgesehen sind, durch welche Öffnungen sich bevorzugt Dichtungsmaterial einer Dichtung erstreckt, die wenigstens eine Dichtfläche so aufweist, dass eine Krafteinleitung über die wenigstens eine Dichtfläche auf eine Dichtlinie des Rahmens seitlich versetzt zu den Öffnungen vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Filterbalg umlaufend von einem Rahmen umgeben mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg, wobei in dem Steg Öffnungen vorgesehen sind, die entlang von dessen Außenkante verlaufen, wobei eine am Steg umlaufende Dichtung vorgesehen ist, wobei sich Dichtungsmaterial der Dichtung durch die Öffnungen erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche der Dichtung bezogen auf eine Flachseite des Stegs seitlich versetzt zu den Öffnungen angeordnet ist.
Vorteilhaft ist die wenigstens eine Dichtfläche so vorgesehen, dass eine Krafteinleitung über die wenigstens eine Dichtfläche auf eine Dichtlinie des Rahmens, insbesondere des Stegs, seitlich versetzt zu den Öffnungen vorgesehen ist. Die Kraft aufnehmende Fläche der Dichtung kann so gewählt werden, dass sie nicht durch Materialdurchbrüche im Rahmen und/oder im Steg wie Öffnungen geschwächt ist. Die Verankerung der Dichtung am Rahmen ist damit weitgehend von der Dichtfunktion entkoppelt.
Vorzugsweise bilden der Steg und die Seitenwand des Rahmens ein einstückiges Bauteil, und der Steg kann insbesondere einstückig mit der Seitenwand des Rahmens hergestellt sein.
Vorzugsweise kann der Filterbalg als Flachfilter ausgestaltet und aus einem Filtermedium gebildet sein, das entlang von Faltkanten zickzackförmig zu Falten gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten des Filterbalgs erstrecken. Dabei liegen die Faltkanten des Filterbalgs rohseitig in einer Anströmfläche und reinseitig in einer Abströmfläche des Filterbalgs. Die Öffnungen können vorzugsweise umlaufend im Rahmen, insbesondere im Steg, vorgesehen sein. Die Anströmfläche und die Abströmfläche können ebene Flächen sein oder auch Freiformflächen, die nach Bedarf gestaltet werden können.
Die Dichtung des Filterelements weist üblicherweise ein anderes Material auf als Steg und Rahmen, da die Dichtung eine andere Funktion zu erfüllen hat. Deshalb ist die Dichtung beispielsweise aus Polyurethan (PUR) gebildet, das sich als flexibel genug erweist, um eine dauerhafte Dichtfunktion zu erreichen, während der Rahmen beispielsweise aus Polyamid (PA), Polypropylen (PP) oder Polyester gefertigt sein kann. Der umlaufende Rahmen des Filterbalgs kann beispielsweise aus Kunststoff in einem Spritzgießverfahren direkt an den Filterbalg angespritzt sein, insbesondere kann der Filterbalg mit einer Rahmenseitenwand als Stirnkantenabdichtung direkt umspritzt sein. Als Kunststoffe können so beispielsweise PA oder PP zum Einsatz kommen, wobei PP kostengünstiger ist. Eine Dichtung zur Abdichtung zwischen Rohseite und Reinseite des Filterbalgs kann dann an eine Außenkante des Rahmens angespritzt oder angeschäumt werden. Bei bekannten Lösungen werden Dichtungen aus PUR beispielsweise an PA-Rahmen angespritzt, wobei die PUR-Dichtung mit dem PA-Rahmen eine Verbindung eingeht. Auf den kostengünstigen PP-Rahmen haftet jedoch eine angespritzte PUR-Dichtung nicht in der gewünschten Art, sondern kann sich im Betrieb von dem Rahmen lösen, was zu einer Undichtigkeit des Filterelements führen kann. Erfindungsgemäß sind deshalb Öffnungen umlaufend im Steg um den Rahmen vorgesehen, so dass das angespritzte Dichtungsmaterial in die Öffnungen eindringen und diese durchdringen kann. Die ausgehärtete Dichtung weist so eine vorteilhafte Verzahnung mit dem Steg und damit dem Rahmen auf, wodurch eine dauerhafte Haltbarkeit der Dichtung und damit der Dichtigkeit des Filterelements sichergestellt ist. Zweckmäßigerweise können als Öffnungen Langlöcher vorgesehen sein, deren längere Dimension sich entlang des Stegs erstreckt. Durch den Hinterschnitt der angespritzten Dichtung ergibt sich so zwischen dem Steg des Rahmens und der Dichtung eine vorteilhafte Verankerung der Dichtung. Insbesondere kann eine Vielzahl eng benachbarter Langlöcher in dem Steg vorgesehen sein, um eine möglichst günstige Verankerung der Dichtung mit dem Steg und damit dem Rahmen zu erreichen.
Dichtflächen der an den Steg des Rahmens angespritzten Dichtung können dann zweckmäßig an Dichtungswülsten oder Dichtlippen oder auch an einem ebenen Bereich der Dichtung ausgeführt sein, wobei die Dichtungsgeometrie günstigerweise frei wählbar sein kann. Die Dichtung kann vorteilhaft zwei Dichtflächen aufweisen, die spiegelsymmetrisch sowohl in Richtung der Rohseite als auch in Richtung der Reinseite zu beiden Seiten des Stegs abdichten. Alternativ kann jedoch auch nur eine Dichtfläche vorhanden sein, welche beispielsweise in Richtung der Rohseite oder der Reinseite ausgerichtet sein kann. Eine Krafteinleitung in die Dichtung, um die Dichtwirkung zu erzielen, beispielsweise durch Gehäusekanten beim Aufsetzen eines Gehäuseoberteils auf ein Gehäuseunterteil des Filtergehäuses, erfolgt dann vorteilhaft auf eine Dichtlinie des Stegs, die seitlich versetzt zu den Öffnungen vorgesehen ist. In einer Variante kann die Dichtlinie radial außerhalb der Öffnungen angeordnet sein, nämlich zwischen Außenkante des Stegs und den Öffnungen. In einer anderen Variante kann die Dichtlinie radial innerhalb der Öffnungen angeordnet sein, nämlich zwischen den Öffnungen und dem Filterbalg. Günstigerweise erfolgt so bei dieser Variante die Krafteinleitung entfernt vom Rohfluidbereich des Filterelements. Dadurch ist weiterhin sichergestellt, dass die Dichtwirkung der Dichtung günstig erhalten bleibt und das Dichtungsmaterial nicht durch die Öffnung gedrückt wird. So lässt sich ein gleichmäßiger Kraftverlauf beim Einleiten von Kräften in die Dichtung erzielen, so dass das Risiko einer Leckage des Filterelements reduziert wird. Auf diese Weise lassen sich Dichtfunktion und Verankerung der Dichtung an dem Rahmen des Filterbalgs vorteilhaft trennen. Zusätzlich lässt sich der Bauraumbedarf des Filterelements reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die am Steg umlaufende Dichtung wenigstens eine einseitig an der Dichtung ausgebildete Dichtungswulst aufweisen und insbesondere wenigstens eine der Dichtflächen der Dichtung auf der Dichtungswulst angeordnet sein. Die Dichtungswulst kann vorzugsweise in axialer Richtung ausgebildet sein. Die axiale Erstreckung kann quer, insbesondere senkrecht, zur Flachseite des Stegs ausgebildet sein. Eine Dichtungswulst ist besonders günstig zur Kraftaufnahme und Einleitung in den Rahmen.
Alternativ kann die Dichtfläche in einem ebenen Bereich der Dichtung ausgebildet sein. Weiterhin alternativ kann eine Dichtlippe bzw. Abstreifer als Dichtfläche vorgesehen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die wenigstens eine Dichtfläche parallel zum Steg angeordnet sein. Auf diese Weise ist eine umlaufend gleichmäßige Krafteinleitung möglich. Eine Dichtfläche kann in axialer Richtung oberhalb und/oder unterhalb des Stegs angeordnet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtfläche parallel zu Faltkanten und/oder Anströmfläche und/oder Abströmfläche des Filterbalgs angeordnet sein. Dies erlaubt eine einfache Konstruktion von Gegenflächen für die Dichtfläche. Ist die wenigstens eine Dichtfläche axial über dem Steg angeordnet, lässt sich eine Krafteinleitung beim Einsetzen in ein Gehäuseunterteil und Aufsetzen eines Gehäuseoberteils günstig in den Rahmen erreichen, wodurch die Belastung der Dichtung reduziert wird und so eine dauerhafte Dichtwirkung sichergestellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtung im Bereich der Dichtungswulst eine größere axiale Erstreckung aufweisen als im Bereich der Außenkante und der Öffnungen. Vorteilhaft lassen sich auf diese Weise eine Verankerungsfunktion des Dichtmaterials im Steg und eine Dichtfunktion auf der Dichtungswulst oder den Dichtungswülsten der Dichtung voneinander trennen. Die axiale Erstreckung kann quer, insbesondere senkrecht, zur Flachseite des Stegs ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Projektion der Dichtfläche auf den Steg zwischen den Öffnungen und dem Filterbalg angeordnet sein. Damit kann sichergestellt werden, dass die Krafteinleitung auf die Dichtfläche in einem stabilen Bereich des Stegs erfolgt, der nicht durch die zur Verankerung der Dichtung dienenden Öffnungen geschwächt und entfernt von der Rohseite ist.
Die Krafteinleitung kann über die wenigstens eine Dichtfläche radial innen, nämlich zwischen den Öffnungen und dem Filterbalg, im öffnungslosen Bereich des Rahmens vorgesehen sein. So kann bei der Krafteinleitung die Kraft direkt durch die Dichtung von einer Dichtfläche auf eine gegenüberliegende Dichtfläche und/oder auf den Rahmen des Filterelements geleitet werden. Auch ist so die Belastung des Dichtungsmaterials geringer, da das Risiko, dass das Dichtungsmaterial bei Krafteinleitung durch die Öffnungen gedrückt wird und so auf die Dauer eine mögliche Leckage entstehen könnte, reduziert wird. Insgesamt ist die Belastung für die Dichtung durch Ausüben einer ungleichmäßigen Krafteinleitung in das Dichtungsmaterial auf diese Weise reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Steg parallel zu Faltkanten und/oder Anströmfläche und/oder Abströmfläche angeordnet sein. Dies erlaubt eine einfache Konstruktion und eine möglichst homogene Krafteinleitung in den Rahmen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Steg an einem freien Ende des Rahmens ausgebildet sein. Die Seitenwand des Rahmens kann den Filterbalg ganz aufnehmen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Öffnungen im Steg als Langlöcher ausgebildet sein, welche mit ihrer längeren Ausdehnung parallel zur Außenkante des Stegs angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung lässt sich die Verankerung der Dichtung mit dem Steg und damit dem Rahmen in geeigneter Weise erhöhen, bei gleichbleibendem Bauraumbedarf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Außenkante des Stegs in das Dichtungsmaterial der Dichtung eingebettet sein. Dadurch kann der Rahmen umlaufend über den Steg günstig abgedichtet werden. Außerdem ist die Verankerung der Dichtung mit dem Rahmen auf geeignete Weise verbessert, so dass Kräfte günstig über die Dichtung in den Rahmen eingeleitet werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die wenigstens eine Dichtungswulst einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Dies ermöglicht eine genaue Positionierung des Orts der Krafteinleitung in den Dichtflächen und eine stabile Form der Dichtungswulst.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können zwei Dichtungswülste am Steg sich gegenüberliegend angeordnet sein. Auf diese Weise können beidseits des Stegs Dichtflächen für zwei Gehäuseteile vorgesehen sein, zwischen denen das Filterelement bestimmungsgemäß eingesetzt sein soll.
Gemäß einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung kann die Dichtung auf einer Seite die Dichtungswulst mit einer Dichtfläche und am Steg gegenüberliegend die andere der Dichtflächen in einem ebenen Bereich der Dichtung aufweisen. Dies erlaubt eine Herstellung der Dichtung in einem einfachen Freischäumwerkzeug, bei dem das Werkzeug nur eine Dichtungswulst auf einer Seite der Dichtung vorgeben muss.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Rahmen aus Kunststoff gebildet und an den Filterbalg angespritzt sein. Der umlaufende Rahmen des Filterbalgs kann so beispielsweise vorteilhaft aus Kunststoff in einem Spritzgießverfahren direkt an den Filterbalg angespritzt sein, insbesondere kann der Filterbalg mit einer Rahmenseitenwand als Stirnkantenabdichtung direkt umspritzt sein. Damit ist die Abdichtung des Filterbalgs auf geeignete Weise erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Rahmen aus Polypropylen (PP) gebildet sein. PP ist ein kostengünstiger Kunststoff mit geeigneten Eigenschaften für den Einsatz als Filterelement, insbesondere in einem Luftfiltersystem eines Kraftfahrzeugs. Außerdem lässt sich PP günstig in einem Spritzgießverfahren verarbeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtung in einem 2K-Prozess mit dem Rahmen hergestellt sein. Wird PP als Material für den Rahmen und PUR für die Dichtung verwendet, kann die Dichtung zweckmäßigerweise bei der Herstellung des Rahmens in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt und angespritzt werden. Dadurch lässt sich auf zuverlässige und kostengünstige Art eine geeignete Dichtwirkung für das Filterelement erzielen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dichtung mittels Kunststoffspritzgießen an den Rahmen angespritzt sein und insbesondere aus Hochdruck-Polyurethan gebildet sein. Auf diese Weise lässt sich eine sehr kostengünstige Lösung zum Erzielen einer günstigen und dauerhaften Dichtwirkung zusammen mit einer zuverlässigen Verankerung der Dichtung mit dem Rahmen erzielen, die auch für eine kostengünstige Großserienfertigung geeignet ist. Auch ist so vorteilhaft die mechanische Stabilität der Dichtung für dauerhafte Einsatzbedingungen, insbesondere im Automobilbereich, sichergestellt.
Alternativ kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Dichtung als Kunststoffschaumdichtung ausgebildet sein und insbesondere aus freischäumendem Polyurethan gebildet sein. So kann beispielsweise die Dichtung mit einem geeigneten Werkzeug an den Rahmen angeschäumt werden, wobei das Werkzeug die Konturen der Dichtflächen vorgibt und festlegt, während weitere freie Bereich im Werkzeug vorgesehen sein können, über welche das Dichtungsmaterial frei hinausschäumen kann.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids, mit einem Filtergehäuse und einem in dem Filtergehäuse zwischen einer Rohseite und einer Reinseite austauschbar angeordneten Filterelement, mit wenigstens einem Filterbalg. Der Filterbalg weist eine bestimmungsgemäße Rohseite und eine dieser gegenüberliegende bestimmungsgemäße Reinseite auf, wobei der Filterbalg umlaufend von einem Rahmen umgeben ist mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg, wobei in dem Steg Öffnungen vorgesehen sind, die entlang von dessen Außenkante verlaufen, wobei eine am Steg umlaufende Dichtung vorgesehen ist, wobei sich Dichtungsmaterial der Dichtung durch die Öffnungen erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche der Dichtung bezogen auf eine Flachseite des Stegs seitlich versetzt zu den Öffnungen angeordnet ist.
Die wenigstens eine Dichtfläche kann an einer Dichtungswulst ausgebildet sein oder an einer Dichtlippe oder in einem ebenen Bereich der Dichtung. Die Gehäuseteile können entsprechend ausgebildete gehäuseseitige Dichtflächen aufweisen.
Günstigerweise kann die Krafteinleitung über die wenigstens eine Dichtfläche im öffnungslosen Bereich des Stegs des Rahmens, insbesondere zwischen den Öffnungen und dem Filterbalg, vorgesehen sein. So kann bei der Krafteinleitung die Kraft direkt durch die Dichtung von einer Dichtfläche auf eine gegenüberliegende Dichtfläche und/oder auf den Steg des Filterelements geleitet werden. Auch ist so die Belastung des Dichtungsmaterials geringer, da das Risiko, dass das Dichtungsmaterial durch die Öffnungen gedrückt wird und so auf die Dauer eine mögliche Leckage entstehen könnte, reduziert wird. Insgesamt ist die Belastung für die Dichtung durch Ausüben einer ungleichmäßigen Krafteinleitung in das Dichtungsmaterial auf diese Weise reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erste Dichtfläche zur Abdichtung der Reinseite des Filterelements gegen ein Gehäuseoberteil und eine zweite Dichtfläche zur Abdichtung der Rohseite des Filterelements gegen ein Gehäuseunterteil vorgesehen sein. Auf diese Weise ist eine günstige Abdichtung des Filterelements im Filtergehäuse zu erreichen und außerdem das Risiko reduziert, dass bei Tausch des Filterelements Verschmutzungen von der Rohseite auf die Reinseite gelangen.
Die wenigstens eine Dichtfläche kann axial über dem Steg angeordnet sein. Dadurch lässt sich eine Krafteinleitung in den Rahmen beim Einsetzen in ein Gehäuseunterteil und Aufsetzen eines Gehäuseoberteils günstig erreichen, wodurch die Belastung der Dichtung reduziert wird und so eine dauerhafte Dichtwirkung sichergestellt wird.
Das beschriebene Filtersystem kann vorteilhaft als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter einer Brennkraftmaschine oder als Innenraumluftfilter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
1 eine isometrische Darstellung eines Filterelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angespritzter umlaufender Dichtung;
2 eine isometrische Darstellung des Filterelements nach 1 ohne umlaufende Dichtung;
3 einen Längsschnitt durch das Filterelement nach 1;
4 einen Querschnitt durch das Filterelement nach 1;
5 einen Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des Filterelements nach 1;
6 einen Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des in ein Filtergehäuse eingebauten Filterelements;
7 eine isometrische Darstellung eines Filterelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angespritzter umlaufender Dichtung;
8 einen Längsschnitt durch das Filterelement nach 7;
9 einen Querschnitt durch das Filterelement nach 7;
10 einen Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des Filterelements nach 7;
11 den Dichtungsbereich des Filterelements mit Werkzeug für den Freischäumprozess; und
12 einen Längsschnitt durch ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Filterelements 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angespritzter umlaufender Dichtung 40, während in 2 das Filterelement 10 ohne angespritzte umlaufende Dichtung 40 dargestellt ist. Die 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Filterelement 10 und 4 einen Querschnitt. In 5 ist ein Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des Filterelements 10 dargestellt. 6 zeigt den Ausschnitt des in ein Filtergehäuse 108 eingebauten Filterelements 10, wobei das Filtergehäuse 108 mit Gehäuseoberteil 112 und Gehäuseunterteil 114 schematisch dargestellt ist.
Das Filterelement 10 weist einen Filterbalg 12 auf, der eine bestimmungsgemäße Rohseite 50 und eine dieser gegenüberliegende bestimmungsgemäße Reinseite 52 aufweist und aus einem Filtermedium 14 gebildet ist, das entlang von Faltkanten 26 zickzackförmig zu Falten 34 gefaltet ist, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten 22, 23 des Filterbalgs 12 erstrecken. Die Faltkanten 26 liegen jeweils rohseitig in einer Anströmfläche 13 und reinseitig in einer Abströmfläche 15, die insbesondere jeweils eben ausgebildet sein können. Die Anström- und Abströmfläche 13, 15 ist in dieser Ausgestaltung senkrecht zur Hochachse 16 des Filterbalgs 12 ausgebildet. Der Filterbalg 12 weist umlaufend einen Rahmen 28 auf mit einer Seitenwand 29 und einem umlaufend angeordneten seitlich abstehenden Steg 31 mit einer Außenkante 32. Der Steg 31 ist vorzugsweise am freien Ende der Seitenwand 29 angeordnet, beispielsweise am bestimmungsgemäß reinseitigen freien Ende. In dem Steg 31 sind umlaufend Öffnungen 30 vorgesehen, durch welche Öffnungen 30 sich Dichtungsmaterial der Dichtung 40 erstreckt. Die Dichtung 40 ist damit sicher am Rahmen 28 verankert. Die Dichtung 40 weist zwei am Steg 31 einander gegenüberliegende Dichtungswülste 41, 43 mit jeweils einer Dichtfläche 42, 44 so auf, dass eine Krafteinleitung über die Dichtflächen 42, 44 der Dichtungswülste 41, 43 auf eine Dichtlinie des Stegs 31 seitlich versetzt zu den Öffnungen 30 erfolgt, wenn die Dichtflächen 42, 44 in Projektion auf den Steg 31 angesehen werden, wie besonders in den 5 und 6 zu erkennen ist.
Der Rahmen 28 mit Seitenwand 29 und Steg 31 ist aus Kunststoff gebildet und an den Filterbalg 12 angespritzt, wobei der Rahmen 28 vorteilhaft aus dem kostengünstigen Polypropylen gebildet sein kann. Damit kann der Rahmen 28 die Funktion der Stirnkantenabdichtung, die üblicherweise mit einem Seitenband erfolgt, vorteilhaft mit übernehmen. Der Rahmen 28 kann zusätzlich durch in Längsrichtung des Filterbalgs 12 verlaufende Stabilisierungsstege 24 versteift sein, so dass auch größere Filterelemente 10 verwindungsfest hergestellt werden können. Der Rahmen 28 kann an den Außenseiten, wie bei dem Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt, zusätzlich durch eine Verrippung 25 an der Seitenwand 29 versteift sein.
Die Dichtung 40 kann mittels Kunststoffspritzgießen an den Steg 31 des Rahmens 28 angespritzt sein und insbesondere aus Hochdruck-Polyurethan gebildet sein. Optional kann die Dichtung 40 auch in einem 2K-Prozess mit dem Rahmen 28 hergestellt sein.
Wie in 2 zu erkennen ist, können die Öffnungen 30 im Steg 31 insbesondere als Langlöcher ausgebildet sein, welche mit ihrer längeren Ausdehnung parallel zur Außenkante 32 des Stegs 31 angeordnet sind. So ergibt sich beim Anspritzen der PUR-Dichtung 40 eine besonders günstige Verankerung mit dem Steg 31 des Rahmens 28.
In 3 ist die Zickzack-Faltung des Filterbalgs 12 mit den jeweils zur Rohseite 50 und Reinseite 52 zeigenden Faltkanten 26 der Falten 34 zu erkennen. Weiter ist der T-förmige Querschnitt der an die Außenkante 32 des Stegs 31 angespritzten Dichtung 40 zu sehen, wobei Details der Dichtung 40 in 5 dargestellt sind. Die Durchflussrichtung 54 des zu filternden Fluids von der Rohseite 50 auf die Reinseite 52 des Filterbalgs 12 ist ebenfalls eingezeichnet.
4 verdeutlicht weiter die Funktion der Stabilisierungsstege 24 zur Versteifung des Filterbalgs 12 durch eine zusätzliche tragende Verankerung des Filterbalgs 12 am Rahmen 28.
5 zeigt einen Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des Filterelements 10 nach 1. Die Dichtung 40, die an den von der Seitenwand 29 des Rahmens 28 seitlich abstehenden Steg 31 des Rahmens 28 angespritzt ist, durchtritt die als Langlöcher entlang der Außenkante 32 ausgebildeten Öffnungen 30 des Stegs 31, so dass die Dichtung 40 mit dem Rahmen 28 fest verankert ist. Die Außenkante 32 ist so in das Dichtungsmaterial der Dichtung 40 eingebettet. Die Dichtung 40 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei einander gegenüberliegende Dichtflächen 42, 44 auf, die axial über, bzw. unter dem Steg 31 angeordnet sind. Die Dichtflächen 42, 44 sind parallel zum Steg 31 und parallel zu der Außenkante 32 ausgebildet und liegen jeweils auf einer Dichtungswulst 41, 43. Insbesondere sind die Dichtflächen 42, 44 in einer Distanz 33 von den Öffnungen 30 radial nach innen zur Seitenwand 29 des Rahmens 28, nämlich zwischen den Öffnungen 30 und dem Filterbalg 12, axial über dem öffnungslosen Bereich des Stegs 31 angeordnet, was für die Krafteinleitung wie in 6 dargestellt sehr günstig ist.
6 zeigt dazu einen Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des in ein Filtergehäuse 108 eingebauten Filterelements 10. Das Filterelement 10 liegt mit der Dichtfläche 44 der Dichtung 40 auf dem Gehäuseunterteil 114 des Filtergehäuses 108 auf, während das Gehäuseoberteil 112 des Filtergehäuses 108 von oben auf der Dichtfläche 42 aufliegt. Wird das Filtergehäuse 108 geschlossen, kann so die Krafteinleitung über die Dichtflächen 42, 44 der Dichtungswülste 41, 43 zwischen den Öffnungen 30 und dem Filterbalg 12 im öffnungslosen Bereich des Stegs 31 des Rahmens 28 erfolgen. Auf diese Weise können die ausgeübten Kräfte, die zur Abdichtung des Filterelements 10 im Filtergehäuse 108 zur Trennung von Rohseite 50 und Reinseite 52 nötig sind, direkt in den Steg 31 des Rahmens 28 eingeleitet werden. Das Dichtungsmaterial wird so gleichmäßig belastet, und insbesondere unterliegt das Dichtungsmaterial im Bereich der Öffnungen 30 keinem Druck. So kann die Funktion der Dichtung 40 vorteilhaft dauerhaft sichergestellt werden.
In 7 ist eine isometrische Darstellung eines Filterelements 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angespritzter umlaufender Dichtung 40 zu sehen. Der wesentliche Unterschied zu dem in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Form der Dichtung 40 dar, die in den weiteren 8 bis 11 besser zu erkennen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 40 aus freischäumendem Polyurethan hergestellt. In dem Längsschnitt in 8, bzw. dem Querschnitt in 9 des Filterelements 10 ist der unterschiedliche Querschnitt der Dichtung 40 zu erkennen. Die sonstige Ausführungsform des Filterelements 10 entspricht der Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels und wird deshalb nicht weiter erläutert.
10 zeigt einen Ausschnitt mit Fokus auf den Dichtungsbereich des Filterelements 10 nach dem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Dichtung 40 ist dabei als Kunststoffschaumdichtung ausgebildet und insbesondere aus freischäumendem Polyurethan am Steg 31 gebildet. 11 zeigt dazu den Dichtungsbereich des Filterelements 10 mit Werkzeug 130 für den Freischäumprozess. Die Dichtung 40 weist, wie im Querschnitt zu erkennen ist, ebenfalls zwei Dichtflächen 42, 44 auf, welche beim PUR-Freischäumprozess durch die Formgebung des Werkzeugs 130 festgelegt werden, jedoch ist nur eine Dichtungswulst 41 vorgesehen, auf dem die Dichtfläche 42 angeordnet ist. An der Unterseite ist die Dichtung 40 plan ausgebildet und weist hier die zweite Dichtfläche 44 auf. Am äußeren Rand der Dichtung 40 weist diese auf der Stegseite der zweiten Dichtfläche 44 einen axial abstehenden Ansatz 46 auf.
Das Werkzeug 130 kann zweckmäßigerweise zwei Teile 132, 134 umfassen, die nach Aushärten des PUR-Materials abgenommen werden können. Das eingebrachte PUR-Material kann bei dem Freischäumprozess den durch die beiden Werkzeugteile 132, 134 definierten Hohlraum ausfüllen und so die Dichtung 40 mit den beiden Dichtflächen 42, 44 bilden, wobei das PUR-Material sich beim Schäumen in dem durch die beiden Werkzeugteile 132, 134 gebildeten Spalt 136 ausdehnen kann. Die Form der Dichtung 40 kann so durch die Formgebung der Werkzeugteile 132, 134 günstig vorgegeben werden. Ein solcher Freischäumprozess kann vorteilhaft eine sehr kostengünstige Herstellung der Dichtung 40 ermöglichen.
12 zeigt einen Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filtersystem 100 zum Filtern eines Fluids, weist ein Filtergehäuse 108 und ein in dem Filtergehäuse 108 zwischen einer Rohseite 50 und einer Reinseite 52 austauschbar angeordnetes Filterelement 10 auf. Das Filterelement 10 entspricht beispielsweise dem in den 1–6 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit zwei Dichtungswülsten. Das Filtergehäuse 108 weist ein Gehäuseunterteil 114 und ein Gehäuseoberteil 112 auf, zwischen denen das Filterelement 10 angeordnet ist. Ein Einlass 102 ist im Gehäuseunterteil 114 angeordnet, so dass das zu filternde Fluid in Durchflussrichtung 54 durch den Einlass 102 in der Gehäuseunterteil 114 einströmen kann und dann durch das Filterelement 10 von der Rohseite 50 auf die Reinseite 52 des Filterelements 10 strömt und dann durch den im Gehäuseoberteil 112 angeordneten Auslass 104 in Durchflussrichtung 54 wieder ausströmen kann.
Das Filterelement 10, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, umfasst einen Filterbalg 12, der zickzackförmig zu Falten 34 gefaltet ist, mit parallelen, in einer Längserstreckung 14 des Faltenbalgs 12 aufeinander folgenden Faltkanten 26, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Stirnkanten 22, 23 des Filterbalgs 12 erstrecken. Der Filterbalg 12 weist umlaufend einen Rahmen 28 mit einer Außenkante 32 auf, wobei in dem Steg 31 des Rahmens 28 umlaufend Öffnungen 30 vorgesehen sind, durch welche Öffnungen 30 sich Dichtungsmaterial einer Dichtung 40 erstreckt.
Die Dichtung 40 weist zwei einander gegenüberliegende Dichtungswülste 41, 43 mit Dichtflächen 42, 44 so auf, dass eine Krafteinleitung über die zwei Dichtflächen 42, 44 auf eine Dichtlinie des Stegs 31 des Rahmens 28 seitlich versetzt zu den Öffnungen 30 erfolgt. Die Krafteinleitung über die zwei Dichtungswülste 41, 43 mit den Dichtflächen 42, 44 erfolgt insbesondere zwischen den Öffnungen 30 und dem Filterbalg 12 im öffnungslosen Bereich des Stegs 31. Die erste Dichtfläche 42 ist zur Abdichtung der Reinseite 52 des Filterelements 10 gegen das Gehäuseoberteil 112 und die zweite Dichtfläche 44 ist zur Abdichtung der Rohseite 50 des Filterelements 10 gegen das Gehäuseunterteil 114 vorgesehen. Die beiden Dichtflächen 42, 44 sind axial über bzw. unter dem Steg 31 des Rahmens 28 angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009056511 A1 [0003]

Claims

Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, mit wenigstens einem Filterbalg (12), der eine bestimmungsgemäße Rohseite (50) und eine dieser gegenüberliegende bestimmungsgemäße Reinseite (52) aufweist, wobei der Filterbalg (12) umlaufend von einem Rahmen (28) umgeben ist mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg (31), wobei in dem Steg (31) Öffnungen (30) vorgesehen sind, die entlang von dessen Außenkante (32) verlaufen, wobei eine am Steg (31) umlaufende Dichtung (40) vorgesehen ist und sich Dichtungsmaterial der Dichtung (40) durch die Öffnungen (30) erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) der Dichtung (40) bezogen auf eine Flachseite des Stegs (31) seitlich versetzt zu den Öffnungen (30) angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei die am Steg (31) umlaufende Dichtung (40) wenigstens eine einseitig an der Dichtung (40) ausgebildete Dichtungswulst (41) aufweist und insbesondere wenigstens eine der Dichtflächen (42, 44) der Dichtung (40) auf der Dichtungswulst (41) angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) parallel zum Steg (31) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) parallel zu Faltkanten (26) und/oder Anströmfläche (13) und/oder Abströmfläche (15) des Filterbalgs (12) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtung (40) im Bereich der Dichtungswulst (41) eine größere axiale Erstreckung aufweist als im Bereich der Außenkante (32) und der Öffnungen (30).
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Projektion der Dichtfläche (42, 44) auf den Steg (31) zwischen den Öffnungen (30) und dem Filterbalg (12) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steg (31) parallel zu Faltkanten (26) und/oder zu Anströmfläche (13) und/oder Abströmfläche (15) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steg (31) an einem freien Ende des Rahmens (28) ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen (30) als Langlöcher ausgebildet sind, welche mit ihrer längeren Ausdehnung parallel zur Außenkante (32) des Stegs (31) angeordnet sind.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenkante (32) des Stegs (31) in das Dichtungsmaterial der Dichtung (40) eingebettet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Dichtungswulst (41, 43) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Dichtungswülste (41, 43) am Steg (31) sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Dichtung (40) auf einer Seite die Dichtungswulst (41) mit einer der Dichtflächen (42) und am Steg (31) gegenüberliegend die andere der Dichtflächen (44) in einem ebenen Bereich der Dichtung (40) aufweist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (28) aus Kunststoff gebildet und an den Filterbalg (12) angespritzt ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (28) aus Polypropylen gebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtung (40) in einem 2K-Prozess mit dem Rahmen (28) hergestellt ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtung (40) mittels Kunststoffspritzgießen an den Rahmen (28) angespritzt ist und insbesondere aus Hochdruck-Polyurethan gebildet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Dichtung (40) als Kunststoffschaumdichtung ausgebildet ist und insbesondere aus freischäumendem Polyurethan gebildet ist.
Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere weitergebildet durch Merkmale von mindestens einem der Ansprüche 1–18, mit wenigstens einem Filterbalg (12) der eine bestimmungsgemäße Rohseite (50) und eine dieser gegenüberliegende bestimmungsgemäße Reinseite (52) aufweist, wobei der Filterbalg (12) umlaufend einen Rahmen (28) mit einer Außenkante (32) aufweist, in dem Öffnungen (30) vorgesehen sind, durch welche Öffnungen (30) sich Dichtungsmaterial einer Dichtung (40) erstreckt, die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) so aufweist, dass eine Krafteinleitung über die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) auf eine Dichtlinie des Rahmens (28) seitlich versetzt zu den Öffnungen (30) vorgesehen ist.
Filtersystem (100) zum Filtern eines Fluids, mit einem Filtergehäuse (108) und einem in dem Filtergehäuse (108) zwischen einer Rohseite (50) und einer Reinseite (52) austauschbar angeordneten Filterelement (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Filterbalg (12), wobei der Filterbalg (12) eine bestimmungsgemäße Rohseite (50) und eine dieser gegenüberliegende bestimmungsgemäße Reinseite (52) aufweist, wobei der Filterbalg (12) umlaufend von einem Rahmen (28) umgeben ist mit einem seitlich abstehenden dichtungstragenden Steg (31), wobei in dem Steg (31) Öffnungen (30) vorgesehen sind, die entlang von dessen Außenkante (32) verlaufen, wobei eine am Steg (31) umlaufende Dichtung (40) vorgesehen ist und sich Dichtungsmaterial der Dichtung (40) durch die Öffnungen (30) erstreckt, und wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) der Dichtung (40) bezogen auf eine Flachseite des Stegs (31) seitlich versetzt zu den Öffnungen (30) angeordnet ist.
Filtersystem nach Anspruch 19, wobei eine erste Dichtfläche (42) zur Abdichtung der Reinseite (52) des Filterelements (10) gegen ein Gehäuseoberteil (112) und eine zweite Dichtfläche (44) zur Abdichtung der Rohseite (50) des Filterelements (10) gegen ein Gehäuseunterteil (114) vorgesehen ist.
Filtersystem (100) zum Filtern eines Fluids, insbesondere nach einem der Ansprüche 20–21, mit einem Filtergehäuse (108) und einem in dem Filtergehäuse (108) zwischen einer Rohseite (50) und einer Reinseite (52) austauschbar angeordneten Filterelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1–19, mit wenigstens einem Filterbalg (12), wobei der Filterbalg (12) umlaufend einen Rahmen (28) mit einer Außenkante (32) aufweist, wobei in dem Rahmen (28) Öffnungen (30) vorgesehen sind, durch welche Öffnungen (30) sich Dichtungsmaterial einer Dichtung (40) erstreckt, die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) so aufweist, dass eine Krafteinleitung über die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) auf eine Dichtlinie des Rahmens (28) seitlich versetzt zu den Öffnungen (30) vorgesehen ist.
Filtersystem nach Anspruch 22, wobei die Krafteinleitung über die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) zwischen den Öffnungen (30) und dem Filterbalg (12) im öffnungslösen Bereich des Rahmens (28) vorgesehen ist.
Filtersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 23, wobei die wenigstens eine Dichtfläche (42, 44) axial über dem Rahmen (28) angeordnet ist.