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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung, insbesondere einen Luftfilter, mit einem in einem Filtergehäuse aufgenommenen, ringförmigen Filterelement.
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Stand der Technik
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In der
DE 103 01 843 A1 wird eine Filtereinrichtung mit einem ringförmigen Filterelement beschrieben, dessen Filtermittel aus einem gefalteten Filterpapier besteht, welches an der Innenseite von einem Mittelrohr abgestützt ist. Das Filterelement weist an seinen beiden Stirnseiten Endscheiben auf, wobei sich das Mittelrohr an beiden Endscheiben axial abstützt. Zum Toleranzausgleich in Längsrichtung des Filterelementes weist das Mittelrohr einen federnd ausgeführten Abschnitt auf, der in der Lage ist, eine Längenänderung, bezogen auf die Längsrichtung des Filterelementes, auszuführen. Hierdurch können Fertigungs- und Einbautoleranzen sowie Längenänderungen im Betrieb, beispielsweise hervorgerufen durch eine Feuchtigkeitsaufnahme des Filtermittels, kompensiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung mit einfachen konstruktiven Maßnahmen so auszuführen, dass Toleranzen bzw. im Betrieb auftretende Längenänderungen vom Filterelement kompensiert bzw. ausgeführt werden können.
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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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Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung weist ein Filterelement auf, welches sich stirnseitig an gehäuseseitigen Bauteilen eines aufnehmenden Filtergehäuses axial abstützt. Das Filterelement ist ringförmig bzw. hohlzylindrisch ausgeführt und wird von dem zu reinigenden Fluid radial durchströmt. Die Durchströmungsrichtung erfolgt üblicherweise radial von außen nach innen, so dass die radial außen liegende Seite die Rohseite und die radial innen liegende Seite die Reinseite des Filterelementes darstellt, über die das gereinigte Fluid axial abgeführt wird.
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Die Filtereinrichtung wird bevorzugt zur Gasfiltration, insbesondere als Luftfilter eingesetzt, beispielsweise zur Filtration der Verbrennungsluft, welche einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug zuzuführen ist. Möglich ist aber auch eine Anwendung der Filtereinrichtung zur Flüssigkeitsfiltration, beispielsweise als Kraftstoff- oder Ölfilter.
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Das Filterelement ist in einem Filtergehäuse aufgenommen und stützt sich im Bereich zumindest einer Stirnseite über ein Loslager an einem gehäuseseitigen Bauteil ab. Die Abstützung erfolgt beispielsweise an einem Boden des Filtergehäuses oder einem Gehäusedeckel. Die Ausführung als Loslager hat den Vorteil, dass das Filterelement an dieser Stelle eine axiale Ausgleichsbewegung ausführen kann, wodurch zum einen Bauteil- oder montagebedingte Toleranzen ausgeglichen und zum andern Längenänderungen ausgeführt werden können, die das Filterelement im eingebauten Zustand erfährt, beispielsweise im Falle eines Luftfilters bei feuchtigkeitsbeladener Luft, was zu einem Aufquellen des Filtermittels und dadurch bedingt zu einer Längenausdehnung führt. Aufgrund der Abstützung über das Loslager kann das Filterelement derartige Ausgleichsbewegungen ausführen. Über das Loslager ist das Filterelement an dieser axialen Stirnseite in Achsrichtung und/oder in Radialrichtung an einem gehäuseseitigen Bauteil abgestützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist das Filterelement an seinen Stirnseiten Endscheiben auf, wobei das Filterelement über die Endscheiben an dem gehäuseseitigen Bauteil abgestützt ist. Die Endscheiben sind unmittelbar auf die Stirnseite des Filtermittels aufgebracht und strömungsdicht mit dem Filtermittel des Filterelementes verbunden.
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Bei dem Filtermittel des Filterelementes handelt es sich insbesondere um einen Papierfilter bzw. um ein Filterelement auf Zellulosebasis. Das Filtermittel kann als Faltenfilter ausgebildet sein.
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Das Loslager ist, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, als ein Stützring ausgebildet, der an einer der Endscheiben angeordnet ist. Der Stützring erstreckt sich an der Endscheibe in Radialrichtung und bildet an seinem Außenumfang eine Kontaktfläche für den Kontakt mit dem gehäuseseitigen Bauteil, also dem Filtergehäuse bzw. dem Gehäusedeckel. Aufgrund des Kontaktes zwischen dem Stützring und dem gehäuseseitigen Bauteil ist das Filterelement in Radialrichtung und aufgrund der Reibung auch in Achsrichtung abgestützt. Zugleich erlaubt aber der Stützring eine kleinere axiale Relativverschiebung zwischen dem Filterelement im Bereich der den Stützring aufweisenden Stirnseite und dem Filtergehäuse. Somit kann beispielsweise bei einem Aufquellen des Filtermittels das Filterelement eine Längenausdehnung – in Längsrichtung des Filterelementes gesehen – ausführen, wobei sich bei der Ausdehnung die axiale Relativlage zwischen dem Stützring und dem Filtergehäuse ändert. Die Abstützung des Stützrings am Filtergehäuse kann gegebenenfalls strömungsdicht ausgeführt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Stützring in Achsrichtung elastisch verformbar ausgebildet. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Stützring einteilig mit der Endscheibe ausgebildet ist, welche aus Kunststoff besteht. Die Verformbarkeit des Stützrings kann durch eine dünnwandige Ausführung gewährleistet sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei einer axialen Ausdehnung oder Kontraktion des Filterelementes die Kontaktfläche an der Außenseite des Stützrings in axialer unveränderter Position am Gehäuse verbleibt und der Stützring selbst eine axiale Ausgleichsbewegung im elastischen oder plastischen Bereich ausführt. Möglich ist aber auch ein reibungsbehaftetes axiales Verschieben der Kontaktfläche des Stützrings am Gehäuse.
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Gemäß einer weiteren Ausführung sind Endscheibe und Stützring als separate Bauteile ausgeführt, wobei der Stützring von der Endscheibe getragen ist. Der Stützring ist beispielsweise als ein umlaufender Dichtring ausgebildet, der gegebenenfalls an die Endscheibe angespritzt ist und eine radial nach außen ragende Dichtlippe aufweist, die in montierter Lage an dem Gehäuse anliegt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Filtereinrichtung genau ein Loslager am Filterelement und genau ein Festlager am Filterelement auf. Das Loslager und das Festlager befinden sich an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Filterelementes und sind insbesondere jeweils an der stirnseitigen Endscheibe angeordnet. Über das Festlager ist das Filterelement gehäuseseitig in Achsrichtung und in Radialrichtung fixiert. Die Ausgleichs- bzw. Kompensationsbewegung kann das Filterelement über das stirnseitig gegenüberliegende Loslager ausführen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Filterelement ein Mittelrohr zur Stützung des Filtermittels auf, das die Innenseite des Filtermediums auskleidet. Das Mittelrohr erstreckt sich, gemäß eines Ausführungsbeispiels, nicht über die gesamte axiale Länge des Filterelementes, sondern ist kürzer ausgeführt und nur mit einer der beiden Endscheiben verbunden. Das Filtermittel des Filterelements wird somit zwar von dem Mittelrohr gestützt, es kann jedoch bei Feuchtigkeitsaufnahme aufquellen und sich axial ausdehnen. Die Ausdehnbewegung kann über das Loslager kompensiert bzw. vom Loslager ausgeführt werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführung entspricht die Länge des Mittelrohrs der axialen Erstreckung des Filterelementes zwischen den Endscheiben. Das Mittelrohr kann in dieser Ausführung fest mit beiden Endscheiben verbunden sein.
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Das Festlager an einer Stirnseite des Filterelementes umfasst beispielsweise einen Achsbolzen, der sich in Längsrichtung des Filterelementes erstreckt und an der Endscheibe des Filterelementes angeordnet ist. Der Achsbolzen ragt axial in die dem Filtermittel entgegengesetzte Richtung und kann in einer entsprechenden Aufnahme am Filtergehäuse bzw. dem Gehäusedeckel aufgenommen sein. Der Achsbolzen besteht gegebenenfalls aus zwei Bolzenhälften, die radial zusammenzudrücken sind, was ein Einführen des Achsbolzens in eine Aufnahme mit Hinterschneidung ermöglicht, so dass der Achsbolzen formschlüssig in der Aufnahme fixiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst das Festlager ein oder mehrere Formschlusselemente, die beispielsweise ebenso wie der Achsbolzen an einer Endscheibe angeordnet sind und axial über die Endscheibe hinausragen. Die Formschlusselemente sind in entsprechende Ausnehmungen im Gehäuse formschlüssig eingesetzt.
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Die Achsbolzen bzw. die Formschlusselemente legen zudem eine in Umfangsrichtung eindeutige Einbaulage des Filterelementes im Gehäuse fest.
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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 eine Filtereinrichtung, die als Luftfilter einsetzbar ist, mit einem Filtergehäuse, in das ein ringförmiges bzw. hohlzylindrisches Filterelement eingesetzt ist,
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2 einen Schnitt längs durch das Filtergehäuse mit dem darin eingesetzten Filterelement,
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3 eine Detaildarstellung im Bereich einer stirnseitigen Endscheibe des Filterelementes, mit einem radial außen liegenden Stützring, der ein Loslager zur Halterung des Filterelementes am Gehäuse bildet,
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4 in einer weiteren perspektivischen Ansicht das Filterelement im Filtergehäuse, jedoch ohne Gehäusedeckel,
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5 das Filterelement mit aufgesetztem Filtergehäusedeckel, jedoch ohne Filtergehäuse.
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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 1 ist eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, die als Luftfilter zur Filtration der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Die Filtereinrichtung 1 weist ein Filtergehäuse 2 auf, das von einem Gehäusedeckel 3 verschlossen wird, welches über geeignete Verbindungselemente, beispielsweise Schrauben, mit dem Filtergehäuse 2 lösbar verbunden wird. Das Filtergehäuse 2 und der Gehäusedeckel 3 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff.
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Wie 1 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, ist in das Filtergehäuse 2 ein Filterelement 4 eingesetzt, das ring- bzw. hohlzylindrisch ausgebildet ist und radial von außen nach innen von der zu filtrierenden Luft durchströmt wird. Das Filterelement 4 weist ein Filtermittel 5 auf, das als Papier-Faltenfilter ausgebildet und axial an jeder Stirnseite von einer Endscheibe 6 bzw. 7 aus Kunststoff abgedichtet ist. Der Innenraum im Filterelement 4 bildet einen Zentralkanal, in dem ein Mittelrohr 8 angeordnet ist. Das Mittelrohr 8 ist mit einer Endscheibe 6 verbunden, nicht jedoch mit der gegenüberliegenden Endscheibe 7; das Mittelrohr 8 weist eine kürzere axiale Länge auf als das Filtermittel 5. Der Zentralkanal im Inneren des Filterelementes 4 kommuniziert im Bereich der Endscheibe 7 mit einer Abströmöffnung 9, über die das gereinigte Fluid axial aus dem Filterelement 4 und der Filtereinrichtung 1 abgeleitet wird.
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Das Filterelement 4 ist im Filtergehäuse 2 bzw. Gehäusedeckel 3 über ein Loslager 10 im Bereich der Endscheibe 6 und ein axial beabstandetes Festlager 11 im Bereich der Endscheibe 7 abgestützt. Das Loslager 10 stützt das Filterelement 4 in Radialrichtung, also quer zur Längsachse des Filterelementes ab, es erlaubt jedoch eine axiale Relativbewegung zwischen dem Filterelement 4 und dem Gehäuse 2 bzw. dem Deckel 3. Das Festlager 11 verbindet dagegen das Filterelement 4 sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung fest mit dem Filtergehäuse 2 bzw. dem Gehäusedeckel 3.
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In 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Loslagers 10 gezeigt. Das Loslager 10 befindet sich an der Endscheibe 6 auf der der Abströmöffnung axial gegenüberliegenden Seite und ist als ein Stützring 12 ausgeführt, der einteilig mit der Endscheibe 6 ausgebildet ist und sich an der Endscheibe 6 radial nach außen erstreckt. Am Stützring 12 ist eine Lippe 13 einteilig angeformt, welche eine geringere Wandstärke als die Endscheibe 6 und der Stützring 12 aufweist und in der Ausführung von Endscheibe 6 und Stützring 12 aus Kunststoff verformbar ausgebildet ist. Die Lippe 13 liegt an der Innenwand des Filtergehäuses 2 dichtend an. Bei einer axialen Relativbewegung des Filterelementes 4 gegenüber dem Filtergehäuse 2 kann das Loslager 10 aufgrund der Verformbarkeit der Lippe 13 am Stützring 12 an der Innenseite des Filtergehäuses 2 axial verstellt werden. Dies ermöglicht es dem Filterelement 4, beispielsweise bei einem feuchtigkeitsbedingten Aufquellen des Filtermittels 5 im Bereich des Loslagers 10 eine axiale Relativbewegung gegenüber dem Filtergehäuse 2 auszuführen.
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In den 4 und 5 ist das Festlager 11 im Detail dargestellt, über das das Filterelement 4 in Achsrichtung und in Radialrichtung fest mit dem Filtergehäuse 2 bzw. dem Gehäusedeckel 3 verbunden wird. Das Festlager 11 umfasst zum einen einen Achsbolzen 14, der an der Endscheibe 7 des Filterelementes 4 angeformt ist und sich axial nach außen erstreckt. Der Achsbolzen 14 ist im montierten Zustand in einer Aufnahme 15 formschlüssig aufgenommen, die in das Filtergehäuse 2 eingebracht ist.
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Zum andern umfasst das Festlager 11 zwei Formschlusselemente 16, die ebenfalls an der Endscheibe 7 auf der gleichen Seite wie der Achsbolzen 14 angeordnet und vorteilhafterweise wie der Achsbolzen 14 einteilig mit der Endscheibe 7 ausgebildet sind. Die beiden Formschlusselemente 16 und der Achsbolzen 14 sind über den Umfang verteilt benachbart zu der Abströmöffnung 9 an der Endscheibe 7 angeordnet. Die Formschlusselemente 16 sind in entsprechende Aufnahmen im Filtergehäuse 2 bzw. Gehäusedeckel 3 einsetzbar. Die Formschlusselemente 16 und der Achsbolzen 14 definieren in Umfangsrichtung eine eindeutige Einbaulage des Filterelementes 4 im Filtergehäuse 2.
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Der Achsbolzen 14 weist zwei Bolzenhälften auf, die gegeneinander radial verformbar sind. Dies ermöglicht es, den Achsbolzen 14 mit seinen beiden radial zusammengedrückten Bolzenhälften in die Aufnahme 15 im Filtergehäuse 2 einzuführen, wobei im montierten Zustand die Bolzenhälften aufgrund ihrer Eigenelastizität wieder radial auseinanderschnappen und in eine formschlüssige Position mit einer Hinterschneidung in der Aufnahme 15 gelangen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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