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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtern eines Fluids mit einem Filterbalg aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermedium, insbesondere zur Verwendung als Flachluftfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs sowie ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Stirnfalten sind die beiden äußeren Falten, an gegenüberliegenden Stirnseiten des Filterbalges eines Filterelements. Stirnränder sind die beiden freien Ränder des Filtermediums aus dem der Filterbalg gebildet wird, welche entlang der Stirnfalten verlaufen und diese an den Stirnseiten des Filterbalges begrenzen. Stirnkanten des Filterbalges sind die beiden anderen freien Ränder des Filterbalges, die sich zwischen den Stirnrändern erstrecken und entsprechend der Faltung des Filterbalges verlaufen. Die Faltkanten sind die Kanten, entlang denen das Filtermedium gefaltet ist. Bei einem vom Markt her bekannten zickzackförmig gefalteten, etwa quaderförmigen Filterbalg sind die Stirnränder und die Faltkanten in der Regel gerade und verlaufen parallel zueinander. Die Stirnkanten verlaufen von der Seite auf den Filterbalg betrachtet zickzackförmig und senkrecht zu den Stirnrändern und den Faltkanten. Vor dem Falten des Filtermediums verlaufen die Stirnkanten des später eine etwa quaderförmige gedachte Umhüllende aufweisenden Filterbalges gerade und parallel zueinander. Die gedachte Umhüllende wird durch die Stirnkanten, die auf einer Reinfluidseite des Filterbalges benachbarten Faltkanten bzw. Stirnränder und die auf einer Rohfluidseite benachbarten Faltkanten bzw. Stirnränder aufgespannt.
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Bei Filterbälgen von Flachfilterelementen sind die Filtermedien nicht geschlossen, das heißt, die Stirnfalten sind ebenso wie die Stirnkanten nicht miteinander verbunden. Im Unterschied dazu sind bei Filterbälgen von Rundfilterelementen die Filtermedien geschlossen, das heißt, ihre Stirnfalten sind miteinander verbunden. Filterbälge von Flachfilterelementen können dabei eben sein, aber auch Biegungen in unterschiedliche Richtungen aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filterelement zum Filtern eines Fluids zu schaffen, das es erlaubt, flexible Bauräume insbesondere in Kraftfahrzeugen, auszunutzen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem zu schaffen, das es erlaubt, flexible Bauräume insbesondere in Kraftfahrzeugen, auszunutzen.
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filterelement, bei dem der Filterbalg an seinem Umfang im Bereich der Stirnkanten wenigstens einen Abschnitt umfasst, der zur gegenüberliegenden Stirnkante einen kleineren Abstand aufweist als wenigstens ein jeweils dazu angrenzender Abschnitt, sowie von einem Filtersystem zum Einbau eines solchen Filterelements.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Filterelement zum Filtern eines Fluids, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, mit einem Filterbalg aus einem Filtermedium, das entlang von Faltkanten zickzackförmig zu Falten gefaltet ist, die sich jeweils zwischen an einem Umfang sich gegenüberliegenden Stirnkanten des Filterbalgs erstrecken, wobei die Falten seitens der Stirnkanten jeweils mittels eines Kunststoffrahmens seitlich abgedichtet sind. Dabei umfasst der Filterbalg an seinem Umfang im Bereich der Stirnkanten wenigstens einen Abschnitt, der zur gegenüberliegenden Stirnkante einen kleineren Abstand aufweist als wenigstens ein jeweils dazu angrenzender Abschnitt.
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Ein Filtersystem mit dem erfindungsgemäßen Filterelement erlaubt eine günstige Ausnutzung des verfügbaren Bauraums beim Verbau des Filtersystems, der gerade im Kraftfahrzeugbereich knapp bemessen ist. Bei gleich komplexem Einbauraum gelingt hierdurch eine Steigerung der Kapazität des Filterelements. In Verbindung mit Einspannen des Filterelementes in einen Rahmen kann das Filterelement in nahezu jegliche erdenkliche 3D-Geometrie gebracht werden. Der Filterbalg kann mit optimaler Fläche ausgeführt sein, um den zur Verfügung stehenden Bauraum günstig auszufüllen, da eventuelle Aussparungen, die auf Grund von Bauraumanforderungen wegen beispielsweise Kollision mit anderen Bauteilen oder Leitungen benötigt werden, so in den Filterbalg integriert werden können. Der Bauraum muss so nicht verringert, sondern kann günstig ausgenutzt werden. Die nötigen Aussparungen können in den Filterbalg integriert werden.
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Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung eines Filterelements mit einem zickzackförmig gefalteten Filtermedium zum Filtern eines Fluids, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ergeben sich durch eine bessere Bauraumausnutzung des Filterelements. Auf Grund von Bauraumanforderungen in Kraftfahrzeugen ergeben sich diverse Außengeometrien eines Filterelements wie dreieck-, trapez-, doppeltrapezförmige Gestalt, die für einen Einsatz im Motor- oder Innenraum eines Kraftfahrzeugs günstig sind. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass dabei nicht ein im wesentlichen rechteckförmiger Filterbalg durch einen Beschnitt in die gewünschte Form gebracht wird, oder dass ein Filterelement aus mehreren Teilelementen zusammengesetzt werden muss. Auch zeichnen sich bisher bekannte Beschnittgeometrien dadurch aus, dass diese entlang der Stirnkante verlaufen und einen Schnittwinkel größer gleich 180° aufweisen. Das erfindungsgemäße Filterelement erlaubt wesentlich größere Gestaltungsfreiheiten und Flexibilität im Einbau in komplexe Bauräume. Das Filterelement kann so verschiedene Abschnitte umfassen, die gegeneinander unabhängige Richtungsänderungen der Stirnkantenflächen erlauben. Auch lassen sich dadurch Hinterschnitte im Filterbalg darstellen. Diese Richtungsänderungen müssen auch nicht unbedingt nur ebene Stirnkantenflächen umfassen, sondern können auch auf gekrümmte Stirnkantenflächen ausgedehnt sein. Dies ist besonders von Vorteil, da so neben der flexiblen Bauraumgestaltung eine einteilige Herstellung des Filterelements ermöglicht wird und außerdem auch die Gehäusestabilität durch eine geschwungene Form erhöht werden kann.
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Die Falten seitens der Stirnkanten sind jeweils mittels Anspritzen eines Kunststoffrahmens an den Filterbalg seitlich abgedichtet. Der Einsatz des Kunststoffumspritzens stellt eine bevorzugte kostengünstige Möglichkeit dar, die zudem den Vorteil möglichst hoher Flexibiltät und Gestaltungsfreiheit aufweist. Alternativ ist auch eine Abdichtung mit einem Seitenband oder auch mit zumindest einer Dichtmittelspur denkbar. Günstigerweise kann dafür ein Schmelzkleber eingesetzt werden.
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Vorteilhaft kann der Filterbalg an seinem Umfang im Bereich der Stirnkanten wenigstens einen Abschnitt umfassen, der zur gegenüberliegenden Stirnkante einen kleineren Abstand aufweist als beidseits angrenzende Abschnitte. Auf diese Weise lassen sich auch Einschnitte in den Filterbalg günstig darstellen, wo beispielsweise externe Bauteile oder Leitungen in den Bauraum eines Filtersystems hineinragen können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann am Umfang des Filterbalgs ein umlaufender Kunststoffrahmen angespritzt sein. So kann der Filterbalg mit einem stabilen Rahmen versehen werden und auf diese Weise als Filterelement robust verwendet werden. Die Kunststoffumspritzung kann dem Verlauf der Filterbalggeometrie in günstiger Gestaltung folgen. Der Filterbalg kann so zur maximalen Bauraumausnutzung konstruiert und gefertigt werden.
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Günstigerweise kann am äußeren Umfang des Kunststoffrahmens eine umlaufende Dichtung vorgesehen sein. Durch die Verwendung eines Kunststoffrahmens als äußere Begrenzung des Filterbalgs ist die Ausführung einer für die Verwendung als Filterelement nötige Abdichtung sehr frei gestaltbar. Die Dichtung kann unabhängig von der Filterbalggeometrie erfolgen und ihrer Dichtfunktion günstig angepasst werden. Die äußere Form der Dichtung kann durch die äußere Form des Kunststoffrahmens beim Kunststoffumspritzen des Filterbalgs gestaltet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens ein Abschnitt mit kontinuierlich abnehmender Breite an einer Stirnkante vorgesehen sein. So kann beispielsweise ein Filterelement keilförmig ausgeführt werden, oder zumindest einen Abschnitt mit keilförmiger oder dreieckförmiger Ausgestaltung aufweisen.
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In einer alternativen Ausgestaltung können auch wenigstens zwei Abschnitte mit konstanter, jedoch unterschiedlicher Breite an einer Stirnkante vorgesehen sein. Auf diese Weise können Filterelemente gestaltet werden, die rechteckförmig, trapezförmig oder parallelogrammförmig ausgebildet sind und/oder die eine gestufte äußere Form aufweisen.
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Zweckmäßigerweise kann auch wenigstens eine Aussparung an einer Stirnkante vorgesehen sein. So kann beispielsweise eine konkave Einbuchtung des Filterelements an einer Stirnkante als Aussparung nötig sein, um an dieser Stelle einem anderen Bauteil oder einer Leitung in dem vorgesehenen Bauraum Platz zu verschaffen. Eine solche Form kann günstig geschaffen und mit dem angespritzten Kunststoffrahmen als Filterelement dargestellt werden.
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Alternativ dazu kann die Aussparung wenigstens eine Richtungsänderung an einer Stirnkante umfassen. So kann eine Abweichung von einem geraden Verlauf an einer Stirnkante hin zu einem keilförmigen oder auch konkaven oder allgemein krummlinigen Verlauf für eine gegebene Einbausituation günstig sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Aussparung dadurch ausgebildet sein, dass sich zumindest ein Abschnitt wenigstens einer der Stirnkanten schräg zu derjenigen Richtung erstreckt, in welcher die Faltenkanten aufeinander folgen. Auch so ist ein keilförmiger, trapezförmiger oder parallelogrammförmiger Verlauf eines Filterelements darstellbar, der in einen vorgegebenen Bauraum günstig passt.
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Vorteilhaft kann als Filtermedium Cellulose eingesetzt werden. Als Filtermedien werden günstigerweise Vliese eingesetzt. Cellulose ist dafür sehr flexibel einsetzbar und auch aus Umweltgesichtspunkten durch die leichte Abbaubarkeit von großem Vorteil.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Filtersystem zum Einbau eines solchen Filterelements, welches ein Filtergehäuse mit einem Deckel sowie einen Einlass und einen Auslass, sowie wenigstens ein auswechselbares Filterelement zum Filtern eines Fluids umfasst, welches eine Rohfluidseite von einer Reinfluidseite trennt. Damit ist es möglich, vorhandene Bauräume beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit einer günstigen Filterfläche auszunutzen und so die Effektivität des Filtersystems den Bauraumerfordernissen günstig anzupassen. Andere Bauteile oder Leitungen können so in die Aussparungen des Filtersystems hineinragen und diese teilweise ausfüllen.
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Vorteilhaft kann wenigstens eine Aussparung an einer Stirnkante des Filterelements vorgesehen sein. So kann ein anderes Bauteil in die Filtergrundfläche integriert werden und der Bauraum optimal ausgenutzt werden.
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In einer weiteren günstigen Ausgestaltung kann in den durch die Aussparung geschaffenen Raum im verbauten Zustand des Filterelements bestimmungsgemäß ein Gehäusebauteil eines Filtergehäuses so ragen, dass sich bei einem flachen Filterelement eine eindeutige Einbaulage ergibt. Vorteilhaft ist es, dass auf diese Weise das Filterelement nicht verkehrt herum eingebaut werden kann oder auch, dass kein falsches Filterelement eingebaut werden kann.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des Filterelements als Flachluftfilter, insbesondere als Flachluftfilter einer Brennkraftmaschine. Denkbar ist auch die Verwendung für andere strömende Medien, wie etwa Öl, Kraftstoff, Harnstoff und dergleichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 eine isometrische Darstellung eines Filterelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Abschnitten;
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2 eine isometrische Darstellung eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 eine Draufsicht auf ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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4 ein Längsschnitt durch ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Filterelements 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Abschnitten 15, 16, 17. Das Filterelement 10 zum Filtern eines Fluids, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfasst einen Filterbalg 12 aus einem Filtermedium 14, das entlang von Faltkanten 26 zickzackförmig zu Falten 34 gefaltet ist, die sich jeweils zwischen an einem Umfang 25 sich gegenüberliegenden Stirnkanten 22a, 22b des Filterbalgs 12 erstrecken, wobei die Falten 34 seitens der Stirnkanten 22a, 22b jeweils mittels eines Kunststoffrahmens 38 seitlich abgedichtet sind. Dabei umfasst der Filterbalg 12 an seinem Umfang 25 im Bereich der Stirnkanten 28a, 28b einen Abschnitt 23a, der zur gegenüberliegenden Stirnkante 28b einen kleineren Abstand aufweist als ein jeweils dazu angrenzender Abschnitt 20a, 22a. Der Filterbalg 12 umfasst an seinem Umfang 25 im Bereich der Stirnkanten 28a, 28b sogar einen Abschnitt 23a, der zur gegenüberliegenden Stirnkante 28b einen kleineren Abstand aufweist als die beidseits angrenzenden Abschnitte 20a, 22a. Am Umfang 25 des Filterbalgs 12 ist ein umlaufender Kunststoffrahmen 38 mittels Kunststoffumspritzen angebracht, während am äußeren Umfang des Kunststoffrahmens 38 eine umlaufende Dichtung 40 angeordnet ist.
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An der Stirnkante 28a ist im Abschnitt 23a eine Aussparung 44 angeordnet, welche eine konkave nach innen gerichtete Form aufweist. Die Aussparung 44 umfasst so eine Richtungsänderung an der Stirnkante 28a ins Innere des Filterelements 10 gerichtet und eine weitere Richtungsänderung, die wieder nach außen führt. Alternativ könnte auch wenigstens ein Abschnitt 15 mit kontinuierlich abnehmender Breite an der Stirnkante 28a vorgesehen sein oder es könnten wenigstens zwei Abschnitte 15, 16 mit konstanter, jedoch unterschiedlicher Breite an der Stirnkante 28a vorgesehen sein. Auch könnte die Aussparung 44 dadurch ausgebildet sein, dass sich zumindest ein Abschnitt 20a wenigstens einer der Stirnkanten 28a schräg zu derjenigen Richtung 80 erstreckt, in welcher die Faltenkanten 26 aufeinander folgen.
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Vorteilhaft kann als Filtermedium 14 Cellulose eingesetzt werden. Als Filtermedien 14 werden günstigerweise Vliese eingesetzt. Cellulose ist dafür sehr flexibel einsetzbar und auch aus Umweltgesichtspunkten durch die leichte Abbaubarkeit von großem Vorteil.
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2 zeigt dazu eine isometrische Darstellung eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filtersystem 100 zum Einbau eines Filterelements 10 umfasst ein Filtergehäuse 108 mit einem Deckel 110, der nach oben offen dargestellt ist, sowie einen Einlass 102 und einen Auslass 104, sowie ein auswechselbares Filterelement 10 zum Filtern eines Fluids, welches eine Rohfluidseite 60 von einer Reinfluidseite 62 trennt. Das Filterelement 10 ist dabei so eingebaut, das es auf das Filtergehäuse 108 gesetzt ist und darauf der Deckel 110 aufgesetzt wird, der dann das gesamte Filtersystem 100 damit abdichtet. An einer Stirnkante 28a des Filterelements 10 ist die Aussparung 44 zu sehen, welche in das Filtersystem 100 mit seinem Filtergehäuse 108 und Deckel 110 hineinragt. Den Bauraum der Aussparung 44 kann außerhalb des Filtersystems 100 ein anderes Bauteil nutzen.
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Im Deckel 110 des Filtersystems 100 ist der Einlass 102 des zu filternden Fluids angeordnet, während der Auslass 104 aus dem Filtergehäuse 108 herausgeführt wird.
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In 3 ist dazu eine Draufsicht auf ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 3 zu sehen, dargestellt. In der geschnittenen Draufsicht ist der umlaufende Kunststoffrahmen 38 des Filterelements 10 mit der außen umlaufend angeordneten Dichtung 40 des Filterelements 10 zu erkennen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in 4 auch zu erkennen. In den durch die Aussparung 44 geschaffenen Raum ragt im verbauten Zustand des Filterelements 10 bestimmungsgemäß ein Gehäusebauteil eines Filtergehäuses 108 so, dass sich bei einem flachen Filterelement 10 eine eindeutige Einbaulage ergibt. Das Filterelement 10 kann so nur in einer Lage verwechslungssicher verbaut werden und es kann auch kein falsches Filterelement irrtümlich eingebaut werden.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in den 3 und 4 dargestellt ist. Das Filterelement 10 ist auf das Filtergehäuse 108 aufgesetzt und darauf ist dann der Deckel 110 aufgesetzt, welcher das Filtersystem 100 dicht verschließt. Die Rohfluidseite 60 liegt im Raum des Deckels 110 über dem Filterelement 10, während die Reinfluidseite 62 unter dem Filterelement 10 liegt, wo das gefilterte Fluid durch den Auslass 104 austreten kann. Deutlich ist auch das externe Bauteil zu erkennen, welches in den durch die Aussparung 44 des Filterelements geschaffenen Bauraum von außen hineinragt.