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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere zur Gasfiltration, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
WO 2010/151580 A1 wird ein Luftfilter beschrieben, der einen balgförmigen Filtermediumkörper zur Filtration der Luft umfasst, welcher sich aus mehreren zusammenhängenden Filterabschnitten zusammensetzt und schlangenförmig gewunden ist. Die äußeren Filterabschnitte des Filtermediumkörpers sind verlängert ausgeführt und begrenzen eine Einströmöffnung für die zu reinigende Luft, wobei die innenliegenden Filterabschnitte des Filtermediumkörpers in mehreren zusammenhängenden Schleifen verlaufen. Durch die gewundene Ausführung des Filtermediumkörpers wird die Filtrationsfläche vergrößert.
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Ferner ist aus der
DE 10 2012 012 347 A1 ein Filterelement mit einem U-förmigen Filtermediumkörper bekannt, welches von außen nach innen durchströmt wird. Das Filterelement hat ein Stützelement, das auf der Reinseite innerhalb eines von dem Filtermediumkörper umschlossenen Bereichs angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement mit einem sich aus mehreren, miteinander verbundenen Filterabschnitten zusammensetzenden Filtermediumkörper mit einfachen konstruktiven Maßnahmen stabil und betriebssicher auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Filterelement wird bevorzugt zur Gasfiltration eingesetzt, beispielsweise für einen Luftfilter zur Filtration der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft. Es kommt im Prinzip aber auch eine Anwendung des Filterelements zur Flüssigkeitsfiltration in Betracht.
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Das Filterelement weist einen Filtermediumkörper auf, an dem die Filtration stattfindet und der sich aus mehreren miteinander verbundenen Filterabschnitten zusammensetzt, welche nicht geradlinig zueinander angeordnet sind, sondern einen Winkel zueinander einschließen. Zumindest zwei der Filterabschnitte liegen verhältnismäßig eng aneinander und begrenzen einen zwischenliegenden Zwischenraum, in dem ein Stützelement zur Abstützung an ein Gehäusebauteil angeordnet ist. Das Stützelement in dem Zwischenraum ist mit dem Filterelement verbunden.
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Diese Ausführung weist verschiedene Vorteile auf. Zum einen werden dicht benachbarte Filterabschnitte durch das Einsetzen des Stützelementes in den Zwischenraum auf Abstand zueinander gehalten, so dass eine Durchströmung der Seitenflächen der Filterabschnitte von dem Fluid gewährleistet ist und die Durchströmung nicht beeinträchtigt wird. Zum anderen dient das Stützelement zur Abstützung an einem Gehäusebauteil eines aufnehmenden Filtergehäuses, wodurch die Position des Filterelementes im Filtergehäuse festgelegt und eine definierte Durchströmung des Filtermediumkörpers gewährleistet ist. Die zusätzliche Abstützung des Filterelementes über das Stützelement am Filtergehäuse reduziert zudem Schwingungen und Vibrationen im Filterelement, was zu einer höheren Lebensdauer beiträgt.
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Das Stützelement ist an der außenliegenden Seitenfläche bzw. Umfangsfläche des Filtermediumkörpers angeordnet. So kann es in einfacher Weise mit einem gehäuseseitigen Stützelement zum Halten des Filterelements zusammenwirken.
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Das Stützelement befindet sich an der Abströmseite des Filtermediumkörpers. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen Anström- und Abströmseite besteht prinzipiell die Gefahr, dass die abströmseitigen Außenflächen der benachbarten Filterabschnitte durch den Druckunterschied zusammengedrückt werden, was die Abströmung an diesen Filterabschnitten erschwert. Das Stützelement an der Abströmseite verhindert ein Zusammendrücken benachbarter Filterabschnitte und gewährleistet einen Mindestabstand zwischen den einander zugewandten, abströmseitigen Außenseiten der benachbarten Filterabschnitte. Die Abströmseite stellt zugleich die Reinseite der Filterabschnitte dar.
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Das Stützelement kann, in einer alternativen Ausführung, die jedoch nicht erfindungsgemäß ist, auch an der Anström- bzw. Rohseite der Filterabschnitte angeordnet sein.
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Des Weiteren ist es möglich, mehrere Stützelemente vorzusehen, die entweder alle nur auf der Reinseite oder nur auf der Rohseite oder sowohl auf der Rein- als auch auf der Rohseite der Filterabschnitte jeweils im Zwischenraum zwischen benachbarten Filterabschnitten angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Stützelement mit einem Stützgitter verbunden, insbesondere einteilig mit dem Stützgitter ausgebildet, das an einer Seitenfläche des Filtermediumkörpers angeordnet ist. Das Stützgitter befindet sich vorzugsweise auf der Abström- bzw. Reinseite des Filtermediumkörpers, auch das Stützelement im Zwischenraum zwischen benachbarten Filterabschnitten liegt in dieser Ausführung bevorzugt auf der Reinseite. Es sind aber auch Ausführungen mit dem Stützgitter an der Anström- bzw. Rohseite des Filtermediumkörpers und eine entsprechende Positionierung des Stützelementes an der gleichen Seite möglich.
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Die beiden Filterabschnitte, die den Zwischenraum mit dem Stützelement begrenzen, verlaufen vorzugsweise zumindest annähernd parallel zueinander. Die beiden Filterabschnitte können geradlinig ausgeführt sein, wobei ggf. auch gekrümmte Ausführungen in Betracht kommen. Des Weiteren ist es möglich, anstelle einer parallelen oder annähernd parallelen Führung auch winklige Anordnungen der Filterabschnitte vorzusehen, beispielsweise mit einem Winkel von maximal 30° zueinander. Es ist zweckmäßig, dass die beiden Filterabschnitte zusammenhängen, insbesondere einteilig ausgeführt sind, hierbei wird der Zwischenraum von einem verbindenden Abschnitt zwischen den beiden Filterabschnitten begrenzt.
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Insgesamt besteht der Filtermediumkörper aus mehreren, einteilig miteinander verbundenen Filterabschnitten, die den Filtermediumkörper bilden und in mehreren Richtungswechseln zueinander stehen, wodurch sich insgesamt eine W-Form ergibt. Vorzugsweise sind die Filterabschnitte des Filtermediumkörpers aus einer zusammenhängenden (gefalteten) Filtermediumbahn gebildet. Die einzelnen Filterabschnitte können sowohl geradlinig als auch zumindest leicht gekrümmt ausgeführt sein. Die Filterabschnitte können gleich lang oder unterschiedlich lang sein. Bei einer W-Form ist es beispielsweise zweckmäßig, dass die außenliegenden Filterabschnitte, welche die seitlichen Schenkel bilden, länger als die innenliegenden Filterabschnitte ausgebildet sind, so dass die außenliegenden Filterabschnitte einen Strömungsraum für das zu reinigende Fluid seitlich begrenzen mit einer im Bereich der Stirnkanten der außenliegenden Filterabschnitte liegenden Einströmöffnung. Über die Einströmöffnung wird das Fluid herangeführt und in den seitlich begrenzten Strömungsraum eingeleitet, an welchem die Filtration an der Anström- bzw. Rohseite der verschiedenen Filterabschnitte stattfindet. Das Filterelement kann aber ggf. auch umgekehrt durchströmt werden, so dass die seitlich durch die außenliegenden Filterabschnitte begrenzte Öffnung eine Ausströmöffnung bildet.
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In den Strömungsraum ragen die innenliegenden Filterabschnitte ein, die zumindest annähernd parallel zueinander verlaufen und ggf. eine geringere Länge als die außenliegenden Filterabschnitte aufweisen. Die innenliegenden Filterabschnitte begrenzen zwischen sich den von außen zugänglichen, dem Strömungsraum abgewandten Zwischenraum, in den das Stützelement eingesetzt ist.
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Im Prinzip - was jedoch nicht erfindungsgemäß ist - kommt nicht nur eine W-Form des Filtermediumkörpers in Betracht, sondern beliebige Geometrien mit mehreren Filterabschnitten, die zueinander winklig mit Richtungswechseln angeordnet sind. In jedem Fall ist es vorteilhaft, dass die seitlich außenliegenden Filterabschnitte einen innenliegenden Strömungsraum begrenzen, in den das zu reinigende Fluid über eine Einströmöffnung eingeleitet wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind an den beiden axial gegenüberliegenden Stirnseiten bzw. -flächen des Filtermediumkörpers jeweils Endscheiben angeordnet. Diese begrenzen den innenliegenden Strömungsraum axial und dichten außerdem den Filtermediumkörper im Bereich der Stirnseiten ab.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, im Bereich der Einströmöffnung des innenliegenden Strömungsraums im Filtermediumkörper ein umlaufendes Dichtungselement anzuordnen. Das Dichtungselement läuft in der Ausführung mit Endscheiben an der Endscheibenkante zwischen den seitlichen, außenliegenden Filterabschnitten entlang sowie an der Außenkontur dieser Filterabschnitte im Bereich der Stirnkante. Das umlaufende Dichtungselement ist somit Bestandteil des Filterelementes und wird beispielsweise in Form einer umlaufenden Dichtraupe aufgetragen. Im montierten Zustand liegt das Dichtungselement an einem aufnehmenden Filtergehäuse dichtend an.
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Der Filtermediumkörper ist beispielsweise als ein faltenförmiger Filterbalg ausgebildet, wobei sich die Filterfalten zwischen Anström- und Abströmseite erstrecken.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Stützelement als eine Stützklammer ausgebildet, die einen Aufnahmeabschnitt für das Gehäusebauteil aufweist, an dem die Abstützung erfolgt. Der Aufnahmeabschnitt in der Stützklammer ist zweckmäßigerweise von einer Engstelle begrenzt, die beim Einführen des Filterelementes in das Gehäuse von dem Gehäusebauteil mit erhöhtem Kraftaufwand überwunden werden muss, so dass entsprechend ein sicherer Sitz des Gehäusebauteils in dem Aufnahmeabschnitt des filterelementseitigen Stützelementes gewährleistet ist. Das Gehäusebauteil, an dem sich das Stützelement abstützt, ist beispielsweise eine Stützstrebe, die mit dem Filtergehäuse verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet ist.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 ein Filterelement für einen Luftfilter mit einem W-förmigen Filtermediumkörper, dargestellt in Draufsicht,
- 2 das Filterelement in perspektivischer Ansicht,
- 3 das Filterelement in einer weiteren perspektivischen Ansicht, mit je einer oben und untenliegenden Endscheibe und einem an einer Einströmöffnung umlaufenden Dichtungselement,
- 4 eine Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und einem in das Filtergehäuse eingesetzten Filterelement gemäß den 1 bis 3,
- 5 das Filtergehäuse in einer perspektivischen Ansicht, mit einer Stützstrebe zur Abstützung des Filterelements,
- 6 die Filtereinrichtung mit Filtergehäuse und Filterelement in einer weiteren perspektivischen Ansicht,
- 7 die Filtereinrichtung mit eingesetztem Filterelement in Draufsicht in einer geschnittenen Darstellung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den 1 bis 3 ist ein Filterelement 1 für einen Gasfilter, insbesondere einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Das Filterelement 1 weist einen Filtermediumkörper 2 auf, an dem die Filtration des Gases stattfindet und der als faltenförmiger Filterbalg mit angedeuteten Filterfalten 3 ausgeführt ist. An den beiden axial gegenüberliegenden Stirnseiten ist jeweils eine Endscheibe 4, 5 angeordnet, die fest und strömungsdicht mit der jeweiligen Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 verbunden ist.
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Der Filtermediumkörper 2 ist W-förmig aufgebaut und setzt sich aus mehreren zusammenhängenden Filterabschnitten 2a, 2b, 2c und 2d zusammen. Die beiden seitlichen, außenliegenden Filterabschnitte 2a und 2b bilden die seitlichen Schenkel des W-förmigen Filtermediumkörpers 2, die parallel zueinander verlaufen und einen zwischenliegenden Strömungsraum 8 seitlich begrenzen, der axial von den beiden Endscheiben 4 und 5 abgedeckt ist und in den gemäß Pfeil 9 über eine Einströmöffnung 10 das zu reinigende Fluid eingeführt wird. Die Einströmöffnung 10 liegt zwischen den freien Stirnkanten der beiden seitlichen Filterabschnitte 2a, 2b.
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An die beiden seitlichen, außenliegenden Filterabschnitte 2a, 2b schließen sich innenliegende Filterabschnitte 2c, 2d an, die eine geringere Erstreckung als die außenliegenden Filterabschnitte 2a, 2b aufweisen. Alle Filterabschnitte 2a, 2b, 2c, 2d verlaufen parallel zueinander und sind über gekrümmte, halbkreisförmig gebogene Abschnitte miteinander verbunden. Die beiden kürzer ausgeführten, innenliegenden Filterabschnitte 2c, 2d ragen in den Strömungsraum 8 ein, in den das Rohfluid zur Filtration eingeleitet wird. Die innenliegenden Filterabschnitte 2c, 2d sind einschließlich der gekrümmten, verbindenden Abschnitte maximal halb so lang wie die beiden außenliegenden Filterabschnitte 2a, 2b. Alle vier Filterabschnitte 2a, 2b, 2c, 2d verlaufen parallel zueinander.
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Das Fluid wird in den Strömungsraum 8 eingeführt, die innenliegende, den Strömungsraum 8 begrenzende Seitenfläche des Filtermediumkörpers 2 bildet die Anström- bzw. Rohseite. Dementsprechend ist die außenliegende Seitenfläche die Abström- bzw. Reinseite. An der außenliegenden Seitenfläche befindet sich ein Stützgitter 6, das mit dem Filtermediumkörper 2 verbunden und vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. Das Stützgitter 6 verbessert die Stabilität des Filtermediumkörpers 2.
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Die beiden innenliegenden Filterabschnitte 2c, 2d begrenzen zwischen sich einen vom Strömungsraum 8 separierten Zwischenraum 11, der über die äußere Seitenfläche des Filtermediumkörpers 2 frei zugänglich und in den benachbart zum gebogenen, verbindenden Abschnitt zwischen den beiden Filterabschnitten 2c, 2d ein Stützelement in Form einer Stützklammer 7 eingesetzt ist. Die Stützklammer 7 ist entweder einteilig mit dem Stützgitter 6 ausgebildet oder am Stützgitter 6 gehalten. Die Stützklammer 7 dient zur Abstützung des Filterelementes 1 im montierten Zustand an einem Gehäusebauteil.
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Die Stützklammer 7 weist einen erweiterten Aufnahmeabschnitt 12 und eine dem Aufnahmeabschnitt 12 vorgelagerte Engstelle 13 mit reduziertem Querschnitt auf. Über die Engstelle 13 kann das Filterelement 1 beim Einsetzen in das aufnehmende Filtergehäuse auf ein abstützendes Gehäusebauteil aufgeschoben werden, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel gemäß 5, 7 um eine gehäuseseitige Stützstrebe 14 handelt. Das Filterelement 1 wird mit der offenen Seite des Zwischenraums 11 zwischen den beiden innenliegenden Filterabschnitten 2c, 2d auf die Stützstrebe 14 aufgeschoben, bis die Engstelle 13 passiert ist und die Stützstrebe sich in dem erweiterten Aufnahmeabschnitt 12 der Stützklammer 7 befindet. Die Engstelle 13 ist quer zur Einschubrichtung elastisch ausgebildet und gibt elastisch nach, um ein Aufschieben auf die Stützstrebe 14 zu ermöglichen.
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Im Bereich der Strömungsöffnung 10 des Strömungsraums 8 befindet sich an dem Filterelement 1 ein umlaufendes Dichtungselement 15, das an der jeweiligen Vorderkante jeder Endscheibe 4, 5 sowie an den Außenkanten der seitlich außenliegenden Filterabschnitte 2a, 2b verläuft. Das umlaufende Dichtungselement 15 kann ggf. an einem Trägerrahmen angeordnet sein, der die Endscheiben 4, 5 sowie die seitlichen Filterabschnitte 2a, 2b überragt.
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In den 4 bis 7 ist die Filtereinrichtung 16 bzw. das Filtergehäuse 17 der Filtereinrichtung dargestellt. Die Filtereinrichtung 16 umfasst das Filtergehäuse 17 sowie das in das Filtergehäuse 17 eingesetzte Filterelement 1. Im Inneren des Filtergehäuses 17 verläuft die mit dem Filtergehäuse verbundene Stützstrebe 14 zwischen zwei begrenzenden, parallelen Wandungen des Filtergehäuses. Das Filterelement 1 wird mit der offenen Seite des Zwischenraums 11 zwischen den Filterabschnitten 2c, 2d in das Filtergehäuse 17 eingesetzt, wobei die Stützstrebe 14 in den Zwischenraum 11 gelangt und nach dem Passieren der Engstelle 13 in dem Aufnahmeabschnitt 12 der Stützklammer 7 sicher aufgenommen ist.