DE112008001949B4

DE112008001949B4 - Filterelement

Info

Publication number: DE112008001949B4
Application number: DE112008001949.5T
Authority: DE
Inventors: Larry T. Gunderson; Scott W. Schwartz; Scott P. Heckel; Brad Henke
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: BRPI0814860A2; WO2009020672A1; US20090038276A1; CN101772371B; CN101772371A; DE112008001949T5; US7740678B2

Abstract

Filterelement das entlang einer Achse (26) zwischen einem ersten axialen Ende (54) und einem zweiten axialen Ende (56), die einander distal gegenüberliegen, axial verläuft, wobei das Filterelement (34) ein erstes Teilelement (38) aufweist, das einen von einer ersten stromaufwärtigen Fläche (60) zu einer ersten stromabwärtigen Fläche (62) verlaufenden ersten Strömungspfad (58) besitzt, und ein zweites Teilelement (40) aufweist, das einen von einer zweiten stromaufwärtigen Fläche (66) zu einer zweiten stromabwärtigen Fläche (68) verlaufenden zweiten Strömungspfad (64) besitzt, wobei die erste stromabwärtige Fläche (62) des ersten Teilelements (38) und die zweite stromabwärtige Fläche (68) des zweiten Teilelements (40) einander zugewandt sind und die erste stromaufwärtige Fläche (60) des ersten Teilelements (38) und die zweite stromaufwärtige Fläche (66) des zweiten Teilelements (40) voneinander abgewandt sind, wobei der erste Strömungspfad (58) und der zweite Strömungspfad (64) parallel zueinander verlaufen, und wobei das Filterelement (34) am ersten axialen Ende (54) eine Endkappenanordnung mit mehreren radialen Führungskanälen aufweist, die mehrere radiale Strömungspfade (74) von der ersten stromaufwärtigen Fläche (60) des ersten Teilelementes (38) zur zweiten stromaufwärtigen Fläche (66) des zweiten Teilelements (40) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (34) am ersten axialen Ende (54) eine Endkappenanordnung mit einem Lochkäfig (100) aufweist, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Längere Wartungsintervalle und ein geringerer Strömungswiderstand eines Filters sind zwei wesentliche Leistungsparameter einer Filteranordnung, insbesondere für die Luftfiltration. Außerdem verlangt der Markt nach besseren Packungsoptionen. Mit einer erhöhten Filterleistung kann man eine ähnliche Leistung bei kleinerer Packungsgröße oder eine bessere Leistung bei ähnlicher Packungsgröße erzielen.
Ferner ist es wünschenswert, ein Filterelement mit erhöhter Leistung bereitzustellen und außerdem gleichzeitig die Verwendung eines Standard-Filtergehäuses zu ermöglichen. Damit kann ein Endverbraucher zwischen einem Filterelement in Standardausführung und einer leistungsstärkeren Ausführung auswählen und die jeweilige Ausführung in einem vom Originalhersteller (OEM-Zulieferer, Original Equipment Manufacturer) bereitgestellten Standardgehäuse verwenden.
Das bekannte, leistungsstärkere Filterelement, von dem die Erfindung ausgeht ( US 3,420,377 A ), hat bereits zwei parallel zueinander im Filterelement realisierte filternde Strömungspfade, so dass eine besonders hohe Leistung gewährleistet ist. Am ersten axialen Ende des Filterelementes, an der geschlossenen Seite des Filtergehäuses, befindet sich eine sternförmig gestaltete Blattfeder, die zwischen ihren einzelnen Federschenkeln die hier erforderlichen radialen Strömungspfade von der ersten stromaufwärtigen Fläche am ersten Teilelement zur zweiten stromaufwärtigen Fläche am zweiten Teilelement des Filterelementes bereitstellt. Die Blattfeder dient gleichzeitig der sicheren Positionierung des Filterelementes im Inneren des Filtergehäuses.
Ähnliche Filterelemente mit zwei parallel zueinander verlaufenden Strömungspfaden sind auch aus anderen Veröffentlichungen bekannt ( US 3,361,260 A ; US 4,317,727 A ).
Der Lehre liegt das Problem zugrunde, das bekannte Filterelement konstruktiv zu optimieren.
Das zuvor aufgezeigte Problem ist bei einem Filterelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Endkappenanordnung in Form eines Lochkäfigs am ersten axialen Ende eingesetzt, der die Strömungspfade in radialer Richtung bildet.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung ist Gegenstand des Anspruchs 2.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine perspektivische Ansicht eines Filtergehäuses, das ein Filterelement aufnehmen kann, gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Schnittansicht an Linie 2-2 von 1,
3 eine perspektivische Ansicht eines Teilabschnittes von 1 mit aufgeschnittenem Gehäuse,
4 eine Schnittansicht an Linie 4-4 von 3,
5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform in einer 3 entsprechenden Darstellung,
6 eine Schnittansicht an Linie 6-6 von 5,
7 entspricht nicht der Erfindung und zeigt eine andere Ausführungsform für die Faltenfiltermedien.
1 zeigt generell einen Filter 20 zur Filterung eines gemäß Pfeil 22 einströmenden Fluids, z. B. Luft oder andere Fluide. Im Falle von Luft ist der Filter ein Luftreinigungsfilter und enthält ein zylindrisches Gehäuse 24, das sich axial entlang Achse 26 erstreckt und einen tangentialen Einlass 28 sowie einen Auslass 30, 2, zur Abgabe gereinigter Luft gemäß Pfeil 32 aufweist, wie beispielsweise in der US 6,958,083 A dargestellt. Ein ringförmiges Filterelement 34 im Gehäuse nimmt vom Einlass 28 kommende Schmutzluft auf und liefert gefilterte Reinluft an den Auslass 30. Die durch den tangentialen Einlass 28 ins Gehäuse 24 gemäß Pfeil 22 eintretende Luft strömt an einer Innenfläche 36 des Gehäuses 24 in spiralförmig gewendeltem Muster entlang und daraufhin durch das Filterelement 34, das ein erstes Teilelement 38 und ein zweites Teilelement 40 umfasst, die noch beschrieben werden, in einen Innenhohlraum 42 und anschließend axial nach links in 2 durch den Auslass 30, wie mit Pfeil 32 gezeigt.
Das Gehäuse 24 ist typischerweise eine zweiteilige Kunststoffanordnung, die aus einem Gehäuseoberteil 44 und einem Gehäuseunterteil 46 besteht, wie in der genannten US 6,958,083 A beschrieben, und durch eine Twist-Lock-Drehverschlussstruktur 48 verbunden ist, wie beispielsweise in der US 6,402,798 A dargestellt. Das Unterteil 46 kann ein Staubabreinigungsventil 50 für den periodischen Austrag gesammelter Partikel aufweisen, die aufgrund der Vorreinigung durch die Zentrifugalabscheidung über das genannte Spiralmuster anfallen, wie beispielsweise durch die US 6,958,083 A bekannt. Am Auslass 30 kann ein Druckanschluss 52 zur Überwachung des dortigen Drucks für die Überwachung des Druckabfalls im Filter nach bekannter Art vorgesehen sein.
Das Filterelement 34, 2, erstreckt sich axial entlang der Achse 26 zwischen einander distal gegenüberliegenden axialen Enden 54 und 56. Das Filterelement 34 enthält ein erstes Teilelement 38 mit einem ersten Strömungspfad 58 von einer ersten stromaufwärtigen Fläche 60 zu einer ersten stromabwärtigen Fläche 62 sowie ein zweites Teilelement 40 mit einem zweiten Strömungspfad 64 von einer zweiten stromabfwärtigen Fläche 66 zu einer zweiten stromabwärtigen Fläche 68. Jedes Teilelement ist vorzugsweise ein ringförmiges Glied, und Teilelement 38 kann sich im axialen Verlauf, nach rechts in 2, radial nach innen leicht verjüngen, und Teilelement 40 kann ein stumpfkegeliges Glied sein und sich im axialen Verlauf, nach links in 2, radial nach innen verjüngen. Die Strömungspfade 58 und 64 verlaufen vom Einlass 28 zum Auslass 30 parallel zueinander.
Der zweite Strömungspfad 64 hat einen stromaufwärtigen Teilabschnitt 70, 2 bis 4, der an der ersten stromaufwärtigen Fläche 60 entlang Strömungspfad 72 axial nach rechts, dann am ersten axialen Ende 54 des Filterelementes entlang Strömungspfad 74 radial nach innen, dann an der zweiten stromaufwärtigen Fläche 66 entlang Strömungspfad 76 axial nach links strömt. Der Strömungspfad 72 verläuft zwischen dem Filterelement 34 und einem ringförmigen Flansch 78, der sich ausgehend vom axialen Ende 80 des Gehäuseteiles bzw. Deckels 46 axial nach links erstreckt. Der Strömungspfad 74 verläuft zwischen dem axialen Ende 54 des Filterelements 34 an der Endkappe 82 und dem axialen Ende 80 des Gehäusedeckelabschnitts 46, wobei entlang dem Strömungspfad 74 eine noch zu beschreibende Führungsstruktur vorgesehen ist. Am Strömungspfad 76 geht die Strömung in den Innenhohlraum 84 des Teilelements 40.
Die erste stromabwärtige Fläche 62 und die zweite stromabwärtige Fläche 68 sind einander zugewandt. Die erste stromaufwärtige Fläche 60 und die zweite stromaufwärtige Fläche 66 sind einander abgewandt. Der erste Strömungspfad 58 durch das erste Teilelement 38 verläuft in einer ersten Richtung, nämlich radial nach innen. Der zweite Strömungspfad 64 durch das zweite Teilelement 40 verläuft in einer zweiten Richtung, nämlich radial nach außen. Die genannte zweite Richtung verläuft entgegengesetzt zur genannten ersten Richtung. Zwischen der ersten stromabwärtigen Fläche 62 und der zweiten stromabwärtigen Fläche 68, die einander zugewandt sind, befindet sich, vorzugsweise entlang einer dazwischen verlaufenden geraden Linie, ein gemeinsamer Zwischenraum 88. Der erste Strömungspfad 58 und der zweite Strömungspfad 64 vereinigen sich im Zwischenraum 88. Der stromaufwärtige Teilabschnitt 70 des zweiten Strömungspfades 64 bildet um den gemeinsamen Zwischenraum 88 eine U-Form aus. Die U-Form hat einen ersten und einen zweiten Schenkel in Form der Strömungspfade 72 und 76 sowie eine dazwischen liegende Ausbuchtung durch den Strömungspfad 74. Der Strömungspfad 72 hat durch das erste dazwischen liegende Teilelement 38 einen radialen Abstand zum gemeinsamen Zwischenraum 88. Der Strömungspfad 74 hat durch das axiale Ende 54 des dazwischen liegenden Filterelements einen axialen Abstand zum gemeinsamen Zwischenraum 88. Der Strömungspfad 76 hat durch das zweite dazwischen liegende Teilelement 40 einen radialen Abstand zum gemeinsamen Zwischenraum 88.
Im Aufbau der 2 bis 4 besitzt die Endkappenanordnung am ersten axialen Ende 54 radiale Führungskanäle, die radiale Strömungspfade 74 von der ersten stromaufwärtigen Fläche 60 zur zweiten stromaufwärtigen Fläche 66 zur Verfügung stellen. Das erste Teilelement 38 und das zweite Teilelement 40 sind über eine gemeinsame Endkappe 82, z. B. Urethan oder dergleichen, die die genannte Endkappenanordnung ergibt, miteinander befestigt. Die Endkappenanordnung enthält mehrere axial verlaufende Vorsprünge 92, die eine entsprechende Anzahl mehrerer dazwischen liegender radialer Strömungspfade 74 bereitstellen. Die Endkappenanordnung kann auch mehrere radial verlaufende Vorsprünge 94 besitzen, die eine entsprechende Anzahl mehrerer dazwischen liegender axialer Strömungspfade 96 von der ersten stromaufwärtigen Fläche 60 zu den mehreren radialen Führungskanälen 90 bereitstellen. Zur Gewährleistung einer zusätzlichen axialen Strömung kann die Endkappenanordnung ferner mehrere Rillen 98 an den axialen Strömungspfade 96 enthalten.
Die 5 bis 6 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Sie verwenden bei Bedarf zum besseren Verständnis gleiche Bezugszahlen wie oben. Die Endkappenanordnung enthält hier einen Lochkäfig 100, der am ersten axialen Ende 54 beginnt. Der Lochkäfig 100 besitzt eine Seitenwand 102, die sich vom ersten axialen Ende 54 aus axial und radial an einer Verjüngung entlang erstreckt. Der Strömungspfad 74 geht durch die Löcher oder Öffnungen oder Lamellen oder Schlitze 104 des Käfigs, wie bei 106 gezeigt.
Bei einer Ausführungsform enthalten die Teilelemente 38 und 40 jeweils Faltenfiltermedien mit einer Mehrzahl von Falten in einem geschlossenen Kreis, wobei der Außenumfang durch eine Mehrzahl äußerer Faltenspitzen und der Innenumfang durch eine Mehrzahl innerer Faltenspitzen bestimmt wird, wie in den folgenden US-Patenten gezeigt:
US 6,261,334 A ; US 6,383,244 A ; US 6,391,076 A ; US 6,416,561 A ; US 6,511,599 A ; US 6,641,637 A .
Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die gemeinsame Endkappe 82 radial über das gesamte axiale Ende eines jeden Teilelements und bedeckt jeweils die inneren und äußeren Faltenspitzen, 5 und 6.
Bei einer anderen Ausführungsform der Faltenfiltermedien, die in 7, allerdings mit einer nicht der Erfindung entsprechenden Endkappenanordnung, gezeigt ist, bedeckt die gemeinsame Endkappe 82a die inneren Faltenspitzen 110 des ersten Teilelements 38 und die äußeren Faltenspitzen 112 des zweiten Teilelements 40, aber weder die äußeren Faltenspitzen 114 des ersten Teilelements 38 noch die inneren Faltenspitzen 116 des zweiten Teilelements 40. Der Außenumfang 118 der gemeinsamen Endkappe 82a ist kleiner als der Außenumfang der äußeren Faltenspitzen 114 des ersten Teilelements 38. Der Innenumfang der gemeinsamen Endkappe 82a ist größer als der Innenumfang der inneren Faltenspitzen 116 des zweiten Teilelements 40. Diese Ausführungsform ermöglicht die Verwendung der abwechselnden Faltenabdichtung wie in der US 6,391,076 A , wodurch die Enden des Filters, das Ende des äußeren Teilelements 38 inbegriffen, offene Faltenspitzen aufweisen können, um den Strömungswiderstand rings um das axiale Ende des Filterelements zu vermindern, wodurch der Gesamtwiderstand reduziert und die Ausnutzung von Teilelement 40 erhöht wird. Das andere axiale Ende des zweiten Teilelements 40 an 118 wird durch Endkappe 120 geschlossen, die ebenso nur teilweise an den axialen Enden der Falten entlang verlaufen kann, um erneut den Vorteil der Technologie der abwechselnden Faltenabdichtung der durch Bezugnahme aufgenommenen Patente zu nutzen, wobei jedoch die Endkappe 120 sich radial über die gesamte Spanne zwischen den inneren und äußeren Faltenspitzen von Teilelement 40 erstrecken kann.

Claims

Filterelement das entlang einer Achse (26) zwischen einem ersten axialen Ende (54) und einem zweiten axialen Ende (56), die einander distal gegenüberliegen, axial verläuft, wobei das Filterelement (34) ein erstes Teilelement (38) aufweist, das einen von einer ersten stromaufwärtigen Fläche (60) zu einer ersten stromabwärtigen Fläche (62) verlaufenden ersten Strömungspfad (58) besitzt, und ein zweites Teilelement (40) aufweist, das einen von einer zweiten stromaufwärtigen Fläche (66) zu einer zweiten stromabwärtigen Fläche (68) verlaufenden zweiten Strömungspfad (64) besitzt, wobei die erste stromabwärtige Fläche (62) des ersten Teilelements (38) und die zweite stromabwärtige Fläche (68) des zweiten Teilelements (40) einander zugewandt sind und die erste stromaufwärtige Fläche (60) des ersten Teilelements (38) und die zweite stromaufwärtige Fläche (66) des zweiten Teilelements (40) voneinander abgewandt sind, wobei der erste Strömungspfad (58) und der zweite Strömungspfad (64) parallel zueinander verlaufen, und wobei das Filterelement (34) am ersten axialen Ende (54) eine Endkappenanordnung mit mehreren radialen Führungskanälen aufweist, die mehrere radiale Strömungspfade (74) von der ersten stromaufwärtigen Fläche (60) des ersten Teilelementes (38) zur zweiten stromaufwärtigen Fläche (66) des zweiten Teilelements (40) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (34) am ersten axialen Ende (54) eine Endkappenanordnung mit einem Lochkäfig (100) aufweist, dass der Lochkäfig (100) eine sich vom ersten axialen Ende (54) aus axial und radial entlang einer Verjüngung erstreckende Seitenwand (102) mit Löchern, Öffnungen, Lamellen oder Schlitzen (104) darin aufweist und dass die Strömungspfade (74) durch die Löcher, Öffnungen, Lamellen oder Schlitze (104) in dem Lochkäfig (100) verlaufen.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (38) und das zweite Teilelement (40) mit einer gemeinsamen Endkappe (82) miteinander befestigt sind und dass die Endkappenanordnung die gemeinsame Endkappe (82) umfasst.