DE19962888A1 - Filter, insbesondere Ansaugluftfilter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filter, insbesondere zum Filtrieren von Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, das einen Filtereinsatz und eine Membran aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie durch Schall im Gehäuse zu Schwingungen angeregt wird und so für diesen Schall absorbierend wirkt. DOLLAR A Um die Herstellung eines derartigen Filters zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, die Membran und ein Teil des Gehäuses als einstückiges Bauteil auszubilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter, insbesondere zum Filtrie­ ren von Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, mit den Merkma­ len des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein bekanntes Filter dieser Art besitzt ein Gehäuse, das ei­ nen Filtereinsatz und eine Membran enthält, die so ausgebil­ det ist, daß sie durch Schall, der bei bestimmten Betriebs­ zuständen im Gehäuse herrscht, zu Schwingungen angeregt wird und so für diesen Schall absorbierend wirkt. Beispielsweise wird in das Gehäuse eine Schaumstoffeinlage eingeklebt, wo­ bei eine dem Gehäuseinneren ausgesetzte Oberfläche dieser Schaumstoffeinlage verhautet ist und so eine im wesentlichen geschlossene Haut bildet. Die schallabsorbierende Membran wird dabei durch diese Haut der Schaumstoffeinlage gebildet. Das Montieren einer derartigen Schaumstoffeinlage erfordert einen separaten Montageschritt sowie eine separate Herstel­ lung der Schaumstoffeinlage, wodurch die Ausbildung eines derartigen Filters relativ aufwendig ist.

Aus der DE 44 38 556 A1 ist ein Filter bekannt, dessen Ge­ häuse eine Gittergrundstruktur aufweist, die mit einem schalldämpfenden Material umhüllt ist.

Die DE 197 47 271 A1 zeigt ein Filter, in dessen Gehäuse ein Durchbruch ausgebildet ist, an den ein Kanal angeschlossen ist, der mit einer akustischen Membran verschlossen ist. Der Kanal wird dabei durch eine ringförmiges Dichtelement gebildet, das einenends den Durchbruch dicht einfaßt und andere­ nends dicht an einem Blechteil der Fahrzeugkarosserie an­ liegt. Die den Kanal verschließende Membran wird dabei durch dieses Blechteil der Fahrzeugkarosserie gebildet. Durch die­ se Bauweise wird eine gezielte Schalleinleitung in das Blechteil erreicht, die zur Optimierung der Geräuschentwick­ lung im Fahrzeuginneren, insbesondere beim Beschleunigen, dient.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Filter der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es relativ einfach und somit preiswert herstellbar ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Mem­ bran bereits im Rahmen der Herstellung des Gehäuses in die­ ses zu integrieren. Beispielsweise wird das Gehäuse bzw. ein Gehäuseteil durch ein Spritzgußverfahren hergestellt, wobei in der Spritzform bereits die Membran berücksichtigt ist, so daß in einem Spritzvorgang Gehäuse bzw. Gehäuseteil und Mem­ bran gleichzeitig ausgebildet werden. Für den Fall, daß das Gehäuse und die Membran aus unterschiedlichen Materialien bestehen, kann beispielsweise ein zweistufiges Spritzgußver­ fahren ausgeführt werden, bei dem zunächst in einer ersten Stufe das eine Element, vorzugsweise das Gehäuse bzw. das Gehäuseteil, hergestellt wird und an das in einer zweiten Stufe das andere Bauelement, vorzugsweise die Membran, ange­ formt, z. B. angespritzt, wird. Das erfindungsgemäße Filter wird vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt; bei verschie­ denen Materialien für Membran und Gehäuse werden kompatible Kunststoffe verarbeitet.

Durch die Schwingungsanregung der Membran aufgrund des im Gehäuse herrschenden Schalls wird dem Schall Energie entzo­ gen, wodurch sich eine schalldämpfende Wirkung ergibt. Die schalldämpfende Wirkung kann dabei hinsichtlich bestimmter Frequenzen oder Frequenzbänder eingestellt werden. Um die Schwingungseigenschaft der Membran und somit deren Dämp­ fungswirkung zu beeinflussen, kann beispielsweise die Masse der Membran verändert werden. Ebenso bewirkt eine Verände­ rung der Steifigkeit bzw. der Federelastizität der Membran eine Veränderung der Dämpfungseigenschaft.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau vereinfacht sich die Her­ stellung des Filters, da kein zusätzlicher Aufwand zur Her­ stellung und zur Montage einer separaten Membran erforder­ lich ist.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Membran im Gehäu­ se einen Hohlraum abtrennen. Die in diesem Hohlraum enthal­ tene Luft wirkt als Feder, deren Federsteifigkeit mit der Steifigkeit der. Membran gekoppelt ist, wodurch das Schwin­ gungsverhalten und somit die Dämpfungswirkung der Membran beeinflußt ist.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann die Mem­ bran eine Außenwand des Gehäuses bilden, wodurch sich außer­ dem eine Materialeinsparung ergibt.

Bei einer als Außenwand des Gehäuses ausgebildeten Membran kann deren Dämpfungseigenschaft auch dadurch beeinflußt wer­ den, daß auf der Gehäuseaußenseite an der Membran ein Mas­ seelement befestigt ist, das durch die schwingende Membran selbst zu Schwingungen angeregt werden kann. Es ist klar, daß das Masseelement dabei so gelagert oder angeordnet ist, daß es Relativbewegungen bzw. Schwingungen bezüglich des. Filtergehäuses ausführen kann. Durch die Art der Kopplung zwischen der Membran und diesem Masseelement kann ebenfalls die Dämpfungswirkung der Membran beeinflußt werden. Die Kopplung kann beispielsweise federnd und/oder dämpfend aus­ gebildet sein.

Bei einer Ausführungsform, bei der die Membran im Gehäusein­ neren einen Hohlraum abtrennt, kann die Dämpfungswirkung der Membran auch dadurch beeinflußt werden, daß in diesen Hohl­ raum ein schallabsorbierender Stoff eingebracht wird. Andere Maßnahmen werden darin gesehen, daß das Gehäuse in einem dem Hohlraum zugeordneten Wandabschnitt wenigstens eine Öffnung enthält, durch die der Hohlraum mit der Umgebung des Gehäu­ ses kommuniziert.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung an­ hand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom­ binationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 bis 11 stark vereinfachte Längsschnitte durch ver­ schiedene Ausführungsformen erfindungsgemä­ ßer Filter und

Fig. 12 bis 14 Detailansichten der Anbindung einer Membran an ein Gehäuse bei verschiedenen Ausfüh­ rungsformen des erfindungsgemäßen Filters.

Entsprechend den Fig. 1 bis 11 weist jedes Filter 1 nach der Erfindung ein Filtergehäuse 2 auf, das einen Filtereinsatz 3 und eine Membran 4 aufweist. Außerdem besitzt das Gehäuse 2 einen Rohlufteinlaß 5 stromauf des Filtereinsatzes 3 sowie einen Reinluftauslaß 6 stromab des Filtereinsatzes 3. Bei einem als Ansaugluftfilter ausgebildeten Filter 1 filtriert der Filtereinsatz 3 die Rohluft bevor diese einer Brenn­ kraftmaschine zugeführt wird.

Um die Schallemission in eine Umgebung 7 aufgrund einer Luftschallübertragung durch das Filter 1 zu reduzieren, ist die Membran 4 schallabsorbierend ausgebildet. Zu diesem Zweck besteht die Membran 4 aus einer Wand, deren Steifig­ keit und/oder deren Anbindung an das Gehäuse 2 so gewählt ist, daß der in einem Inneren 8 des Gehäuses 2 herrschende Schall die Wand bzw. Membran 4 zu Schwingungen anregen kann. Diese Schwingungen sind dabei durch einen Doppelpfeil 9 sym­ bolisch dargestellt. Durch die Schwingungsanregung der Mem­ bran 4 wird dem Schall Energie entzogen, wodurch sich die Schallemission in die Umgebung 7 dementsprechend reduziert.

Die Dämpfungswirkung dieser Membran 4, d. h. ihre schallab­ sorbierende Wirkung hinsichtlich bestimmter Frequenzen bzw. Frequenzbänder sowie die Intensität der Schallabsorption, hängt von verschiedenen Maßnahmen ab. Beispielsweise bilden die Steifigkeit oder Elastizität der Membran 4 sowie deren Masse wichtige Einflussgrößen.

Das Gehäuse 2 wird vorzugsweise aus mehreren Gehäuseteilen 2a und 2b sowie gegebenenfalls 2c gebildet. Diese Gehäuse­ teile 2a bis 2c sind vorzugsweise miteinander reibver­ schweißt, wobei diese Reibschweißverbindungen symbolisch dargestellt und mit 10 bezeichnet sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 trennt die Membran 4 im Inneren 8 des Gehäuses 2 einen Hohlraum 11 ab, der ein Gas­ volumen, insbesondere ein Luftvolumen einschließt. Dieses abgeschlossene Gasvolumen wirkt dabei wie eine Feder mit der Membran 4 zusammen, wodurch deren Schwingungseigenschaft und somit deren Dämpfungswirkung beeinflußt wird. Durch die Wahl des Volumens dieses Hohlraumes 11 sowie den darin herrschen­ den Druck kann die Dämpfungswirkung auf bestimmte Frequenzen bzw. Frequenzbänder eingestellt werden.

Entsprechend Fig. 2 kann in diesen Hohlraum 11 ein schallab­ sorbierender Stoff 12 eingebracht werden. Dieser Stoff 12 besteht vorzugsweise aus einem offenporigen Schaumstoff oder aus Glaswolle und bewirkt eine Veränderung der Federeigen­ schaft des Luftvolumens im Hohlraum 11 und somit eine Beein­ flussung der Dämpfungswirkung der Membran 4.

Entsprechend der Variante gemäß Fig. 3 kann der gesamte Hohlraum 11 von dem schallabsorbierenden Stoff 12 ausgefüllt sein, wodurch sich die Membran 4 auf der dem Hohlraum 11 zu­ gewandten Seite auf dem Stoff 12 abstützt. Auch diese Maßnahme bewirkt eine Veränderung der Schalldämpfungswirkung der Membran 4.

Entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann in einem dem Hohlraum 11 zugeordneten Wandabschnitt, hier in einem Boden 13 wenigstens eine Öffnung 14 enthalten sein, durch die der Hohlraum 11 mit der Umgebung 7 kommuniziert. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel sind drei Öffnungen 14 in den Boden 13 eingebracht. Auch diese Maßnahme bewirkt eine Ver­ änderung des Dämpfungsverhaltens der Membran 4. Es ist klar, daß die in Fig. 4 gezeigte Maßnahme auch bei den entspre­ chenden anderen Ausführungsformen der anderen Figuren zu­ sätzlich zur Anwendung kommen kann.

Während bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 die einteilige Ausbildung der Membran 4 und des Gehäuses 2 bzw. des Gehäuseteils 2b vorzugsweise durch ein Spritzgußverfah­ ren herstellbar ist, zeigt Fig. 5 eine Variante, bei der das untere Gehäuseteil 2c Integral mit der Membran 4 durch ein Blasformverfahren oder dergleichen hergestellt werden kann.

Entsprechend Fig. 6 kann die Membran 4 bei einer anderen Ausführungsform auch so ausgestaltet sein, daß sie sich nicht über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 2 er­ streckt, wodurch ebenfalls das Schwingungsverhalten und so­ mit die Dämpfungswirkung der Membran 4 verändert werden kann.

Während die Variante gemäß Fig. 6 einen waagerechten Einbau der Membran 4 zeigt, ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 eine vertikale Anordnung der Membran 4 wiedergegeben. Dar­ über hinaus macht Fig. 7 klar, daß auch mehrere Membranen 4 im Gehäuse 2 angeordnet sein können, die außerdem unter­ schiedlich ausgebildet sein können. Durch diese Maßnahme kann ebenfalls die Dämpfungswirkung der Membrananordnung be­ einflußt werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform gemäß Fig. 8 bildet die Membran 4 eine Außenwand des Gehäuses 2. Auch diese Ausfüh­ rungsform unterscheidet sich beispielsweise von der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform bezüglich ihres Dämpfungs­ verhaltens.

Fig. 9 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 8 wiedergegebe­ nen Ausführungsform, bei der ein Masseelement 15 mit der die Außenwand bildenden Membran 4 gekoppelt ist. Diese Kopplung erfolgt hier über Kopplungsglieder 16, die eine Federwirkung und/oder eine Dämpferwirkung aufweisen können. Anstelle der zwei dargestellten Kopplungsglieder 16 kann auch ein einzel­ nes Kopplungsglied zur Verbindung des Masseelements 15 mit der Membran 4 ausreichen. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform ist das Masseelement 15 als Wärmeabschirm­ blech ausgebildet, das beispielsweise aus einem Metall be­ steht und das Gehäuse 2 vor einer gefährlichen Erhitzung schützt. Dieses Wärmeabschirmblech oder Masseelement 15 ist dabei so angeordnet, daß es relativ zum Gehäuse 2 beweglich an der Membran 4 gehaltert ist, so daß die Membran 4 auch das als Masseelement 15 dienende Blech zu Schwingungen anregen kann. Dadurch wird die Absorptionswirkung der Membran 4 beeinflußt. Als weitere Einflußgröße kommt die Wirkung der Kopplungsglieder 16 hinzu.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 10 wird zur. Ausbildung der Membran 4 ein offenporiger Schaum 17 in das Gehäuse eingespritzt. Der Schaum 17 weist eine dem Ge­ häuseinneren 8 ausgesetzte Oberfläche 18 auf, die durch ei­ nen entsprechenden Herstellungsschritt verhautet wird, wodurch der Schaumstoff 17 eine im wesentlichen geschlossenpo­ rige Haut erhält, die dann die Membran 4 bildet. Ein derar­ tiges An- oder Einspritzen des Schaumstoffes 17 kann relativ einfach in den Herstellungsprozess des Gehäuses 2 implemen­ tiert werden, so daß eine integrale Herstellung des Gehäuses 2 mit dem Schaumstoff 17 und somit mit der Membran 4 möglich ist.

In Fig. 11 wird durch an der Membran 4 ausgebildete Verdickungen 19 beispielhaft gezeigt, wie gezielte, lokale Masse­ änderungen der Membran 4 zur Einstellung eines gewünschten Dämpfungsverhaltens der Membran 4 verwendet werden können. Derartige Verdickungen 19 können im Rahmen eines Spritzguß­ verfahrens besonders einfach realisiert werden.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen in einer vergrößerten Darstel­ lung einen Randbereich 20 der Membran 4, in dem die Anbin­ dung der Membran 4 an das Gehäuse 2 realisiert ist und der im folgenden auch als Verbindungszone 20 bezeichnet wird.

Entsprechend Fig. 12 können die Membran 4 und das Gehäuse 2 aus dem selben Material bestehen, außerdem können Membran 4 und Gehäuse 2 die selbe Wanddicke aufweisen. Die schallab­ sorbierende Schwingungseigenschaft wird hierbei durch die besondere Verbindung der Membran 4 mit dem Gehäuse 2 reali­ siert, die in der Verbindungszone 20 eine reduzierte Wand­ stärke aufweist. Durch die reduzierte Wandstärke wird diese Verbindungszone 20 biegeweicher als die daran angrenzenden Bereiche des Gehäuses 2 und der Membran 4, dementsprechend kann die Membran 4 Schwingungen relativ zum Gehäuse 2 aus­ führen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 13 ist die Verbindungszo­ ne 20 nach Art eines Faltenbalgs geformt, wodurch sich eine besonders große Elastizität und Schwingungsfähigkeit für die Membran 4 einstellen kann. Auch bei der Variante gemäß Fig. 13 bestehen Membran 4 und Gehäuse 2 aus dem selben Material.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 sind für die Membran 4 und das Gehäuse 2 unterschiedliche Materialien vorgesehen, die sich insbesondere durch ihre Elastizität voneinander un­ terscheiden. Die Anbindung der Membran 4 an das Gehäuse 2 erfolgt dabei im Rahmen des Herstellungsprozesses, der durch ein Spritzgußverfahren gebildet wird. Dabei wird die Membran 4 an das Gehäuse 2 angespritzt, wodurch sich in der Verbin­ dungszone eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Mate­ rial des Gehäuses 2 und dem Material der Membran 4 ausbil­ det. Die dabei verwendeten Materialien, vorzugsweise Kunst­ stoffe, sind dementsprechend kompatibel ausgewählt.

Um eine elastische Anbindung zwischen Membran 4 und Gehäuse 2 zu erzielen, kann die Verbindungszone 20 auch mit Unter­ brechungen, z. B. mit Durchbrüchen und Öffnungen, versehen sein.

Claims (16)

1. Filter, insbesondere zum Filtrieren von Ansaugluft ei­ ner Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), das einen Filtereinsatz (3) und eine Membran (4) aufweist, die so aus­ gebildet ist, daß sie durch Schall im Gehäuse (2) zu Schwin­ gungen angeregt wird und so für diesen Schall absorbierend wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) und ein Teil (2b; 2c) des Gehäuses (2) als einstückiges Bauteil ausgebildet sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Spritzgußbauteil ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) und das Gehäuseteil (2b; 2c) aus demsel­ ben Material bestehen.

4. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) und das Gehäuseteil (2b; 2c) aus ver­ schiedenen Materialien bestehen.

5. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgußbauteil durch ein zweistufiges Spritzguß­ verfahren hergestellt ist, wobei in einer ersten Stufe das Gehäuseteil (2b; 2c) spritzgeformt wird und in einer zweiten Stufe die Membran (4) an das Gehäuseteil (2b; 2c) ange­ spritzt wird.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren (8) des Gehäuses (2) ein offenporiger Schaum (17) an das Gehäuse (2) angespritzt ist, dessen dem Ge­ häuseinneren (8) ausgesetzte Oberfläche (18) verhautet ist und so eine im wesentlichen geschlossene Haut des Schaumes (17) bildet, wobei die Membran (4) durch die Haut des Schau­ mes (17) gebildet ist.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) im wesentlichen geschlossen ist.

8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) zumindest in einer mit dem Gehäuseteil (2b; 2c) verbundenen Verbindungszone (20) eine kleinere Steifigkeit aufweist als das Gehäuse (2).

9. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) im Gehäuse (2) einen Hohlraum (11) ab­ trennt.

10. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (11) ein schallabsorbierender Stoff (12), insbesondere Schaumstoff oder Glaswolle, untergebracht ist.

11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (11) durch den schallabsorbierenden Stoff (12) ausgefüllt ist, so daß sich die Membran (4) an diesem Stoff (12) abstützt.

12. Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in einem dem Hohlraum (11) zugeordneten Wandabschnitt (13) mindestens eine Öffnung (14) enthält, durch die der Hohlraum (11) mit der Umgebung (7) des Gehäu­ ses (2) kommuniziert.

13. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) eine Außenwand des Gehäuses (2) bildet.

14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Gehäuses (2) an der als Außenwand ausgebildeten Membran (4) ein Masseelement (15) befestigt ist, derart, daß das Masseelement (15) durch die Membran (4) zu Schwingungen angeregt wird.

15. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Masseelement (15) als Wärmeabschirmblech ausgebildet ist.

16. Filter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Masseelement (15) über wenigstens ein Feder- und/oder Dämpferglied (16) an der Membran (4) befestigt ist.