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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Filterelement und ein Filtersystem insbesondere
für eine Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Derartige
Filterelemente und Filtersysteme werden zur Filterung von flüssigen
oder gasförmigen Fluiden eingesetzt.
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Aus
der
DE 103 54 315
A1 ist ein Filterelement bekannt mit einem zickzackförmig
gefalteten Filtermedium in koaxialer Form, mit einer an einer Stirnseite
angeordneten Endscheibe aus thermoplastischem Material. Die Endscheibe
weist eine Öffnung auf. An der Stirnseite des Filterelements
sind eine elementseitige Halteeinrichtung in Form einer Rastnase
und eine von der Rastnase separate, die Öffnung umfänglich
umgebende Dichtung in Form einer elastischen Masse fest angeordnet.
Das Filterelement weist zur Stabilisierung ein integriertes Mittelrohr
auf.
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Bekannterweise
werden die Filtereinsätze von Luft-, Öl-, Kraftstoff-,
und Wasserfiltern nach einer bestimmten Betriebszeit ausgetauscht.
Bei einem Luftfilter kann je nach Staubanfall die Standzeit wenige
Tage (Baumaschinen) bis zu mehreren Monaten betragen. Gerade bei
einem häufigen Austauschen von Filterelementen ist die
zuverlässige und prozesssichere Ab dichtung und Befestigung
des Filterelements in einem Gehäuse wichtig. Die Abdichtung
und die Befestigung sollen hierzu temperatur- und druckbeständig
sein. Auch an Anlagen oder Einrichtungen die starken Schwingungen
oder Erschütterungen ausgesetzt sind, muss die Abdichtung
und die Befestigung des Filterelements gewährleistet sein.
Gleichzeitig soll aber das Filterelement einfach ausgetauscht werden
können.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement
und ein Filtersystem mit optimaler und zuverlässiger Abdichtung
zwischen der Rohseite und der Reinseite des Filtermediums zu schaffen,
wobei das Filterelement möglichst einfach austauschbar
sein soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Dichtung einen bezüglich des Filtermediums axial
vorspringenden Bereich aufweist, der in radialer Richtung aufweitbar
und/oder komprimierbar ist und die Dichtung sich gegen eine Gehäusenut
oder eine Gehäusewandung eines das Filterelement aufnehmenden
Filtergehäuses dichtend abstützt.
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Einer
der Vorteile der Erfindung liegt darin, dass die Dichtung von der
Stirnseite axial vorspringt und die Dichtung in radialer Richtung
frei beweglich ist und nicht durch den Rand der Endscheiben begrenzt
wird, wie dies beispielsweise bei einer direkt an der Endscheibe
eng anliegenden Dichtung der Fall ist. Durch die Trennung der Halteeinrichtung
und der Dichtung können diese für ihre jeweilige
Funktion optimal ausgelegt werden, so dass insgesamt eine optimale
Halte- und Dichtfunktion erreicht wird. Die Dichtung kann dabei
eine relativ dünne Form haben, die sehr flexibel ist, was
sich günstig in Bezug auf möglichst kleine Montagekräfte
und möglichst große Montagetoleranzen auswirkt.
Die Halteeinrichtung kann unabhängig von der Dichtung eine
optimale Stabilität aufweisen, ohne dass dies eine Verschlechterung
der Dichtfunktion bewirkt. Mit einer derartigen Halteeinrichtung
ist eine sichere Fixierung des Filterelements am oder im Filtergehäuse
möglich, die sich auch beispielsweise durch Vibration nicht
löst. Die Dichtung und das Halteelement können
fest am Filterelement vormontiert sein, so dass sie bei der Montage
des Filterelements im Filtergehäuse sicher fixiert sind.
Das Filterelement kann aufgrund seiner optimalen Dichtwirkung für
flüssige und/oder gasförmige Fluide und seiner
optimalen Halterung im Gehäuse bei Luft-, Öl-,
Kraftstoff- oder Wasserfiltern für industrielle Applikationen
und Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Dichtung eine
wenigstens teilumfängliche Rastnut oder einen Raststeg
aufweisen, die mit einem Raststeg beziehungsweise einer Rastnut
der Gehäusenut oder der Gehäusewandung des Filtergehäuses
zusammenwirken können. Auf diese Weise wird einfach eine
Fixierung der Dichtung am Filtergehäuse erreicht, so dass
auch bei schwingungsbelasteten Elementen ein Herausrutschen der
Dichtung erschwert und die Dichtungsfunktion dadurch verbessert
wird.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform kann die Dichtung in
axialer Richtung konisch geformt sein. Eine konische Bauform erleichtert
das Plazieren der Dichtung in die Nut oder an der Gehäusewandung.
Außerdem nimmt die Dichtkraft, welche durch die Spannung
der Dichtung beim Aufweiten beziehungsweise Komprimieren während
des Verbindens mit der Nut oder der Gehäusewandung erzeugt
wird, mit dem Grad der Überlappung der Dichtung mit der Nut
beziehungsweise mit der Gehäusewandung zu, wodurch die
Dichtfunktion erhöht wird.
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Vorteilhafterweise
können die Halteeinrichtung und/oder die Dichtung an der
Endscheibe befestigt sein. Wenn sowohl die Halteeinrichtung als
auch die Dichtung an der Endscheibe befestigt sind, wird der Herstellungsprozess
deutlich vereinfacht. Die Dichtung kann dabei an der Endscheibe
in Form eines weichen Kunststoffmaterials auf die als Träger wirkende
Endscheibe aufgeschmolzen sein. Die Halteeinrichtung kann beispielsweise
einstückig an die Endscheibe angeformt beziehungsweise
durch Kleben, Verschweißen oder Verschmelzen mit dieser verbunden
sein. Die Endscheibe und die Halteeinrichtung sind vorzugsweise
aus Materialien oder Materialmischungen, welche formgebend und auch
bei hohen thermischen und mechanischen Anforderungen flexibel genug
sind, um erforderliche Toleranzen zu gewährleisten. Idealerweise
sind die Materialien der End scheibe und der Halteeinrichtung hoch
temperaturfest, mechanisch stabil und nur im erforderlichen Maße
flexibel und verformbar. Die Endscheibe und/oder die Halteeinrichtung
kann eine zusätzlich stabilisierende Glasfaserverstärkung
aufweisen.
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Die
Halteeinrichtung und/oder die Dichtung können vorteilhafterweise
an einem Mittelrohr des Filterelements befestigt sein. So können
die Halteeinrichtung und/oder die Dichtung separat von der Endscheibe
am Mittelrohr gehalten werden. Die Endscheibe und das Mittelrohr
können darüber hinaus auch eine Einheit bilden,
wodurch der Herstellungsprozess deutlich vereinfacht und die Stabilität
des gesamten Filterelements erhöht wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Halteeinrichtung
form- und/oder reibschlüssig mit einer entsprechenden Haltekontur des
Filtergehäuses zusammenwirken. Eine form- und/oder reibschlüssige
Verbindung insbesondere aus zwei ineinander greifenden Konturen
ist besonders stabil gegenüber unerwünschtem Lösen
beispielsweise durch Vibrationen.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Ausgestaltung herausgestellt,
bei der die Halteeinrichtung einen Teil eines Gewinde-, Rast- oder
Bajonettverschlusses aufweisen kann, der mit einem entsprechenden
Gegenstück des Filtergehäuses zusammenwirken kann.
Derartige Verschlüsse können einfach und mit geringem
Kraftaufwand verbunden und gelöst werden und sind dennoch
gegen ungewolltes Lösen sicher.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Filtersystem mit einem Filterelement.
Dieses Filtersystem kann der Filterung von Fluiden insbesondere
bei Brennkraftmaschinen dienen und hat ein Filtergehäuse, welches
im Wesentlichen koaxial aufgebaut ist, und einen Einlass zur Zuführung
eines zu filternden Mediums, insbesondere Luft, aufweist. Am Filtergehäuse sind
ein Auslass zur Ableitung des gefilterten Mediums, und im Bereich
des Auslasses sind eine Haltekontur und eine Dichtungskontur vorgesehen,
die mit der Halteeinrichtung mit der Dichtung korrespondieren. Die
Kombination der Halteeinrichtung mit der Haltekontur und der Dichteinrichtung
mit der Dichtkontur ermöglichen eine sichere Halte- und
Dichtfunktion und darüber hinaus eine Kodierung des Filterelements
in Bezug auf das Filtergehäuse, so dass nur ein zu einem
Filtergehäuse passendes, funktionell zugehöriges
Filterelement eingebaut werden kann und somit eine Verwechslung
vermieden werden.
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In
vorteilhafter Weise kann die Dichtungskontur eine Ringnut oder eine
ringförmige Gehäusewandung aufweisen, die einfach
realisierbar ist und zuverlässig mit der Dichtung des Filterelements
korrespondieren kann.
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Die
Ringnut oder die ringförmige Gehäusewandung kann
alternativ oder zusätzlich vorteilhafterweise einem Raststeg,
eine Rastnut und/oder eine Leitkante aufweisen. Der Raststeg oder
die Rastnut können mit einer entsprechenden Rastnut beziehungsweise
einen Raststeg des Filterelements zusammenwirken, um einen sicheren
Halt der Dichtung am Filtergehäuse zu ermöglichen.
Die Leitkante ermöglicht ein einfaches Über- oder
Einziehen der Dichtung in die Nut des Filtergehäuses beziehungsweise
die Gehäusewandung, so dass das Zusammenbringen der Dichteinrichtung
des Filterelements und der Dichtkontur des Filtergehäuses
erleichtert wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Haltekontur
einen Teil eines Gewinde-, Rast- oder Bajonettverschlusses aufweisen, der
mit einem entsprechenden Gegenstück der elementseitigen
Halteeinrichtung des Filterelements zusammenwirken kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung
und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale
zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und
zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
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1 schematisch
einen seitlichen Schnitt eines Ausschnitts eines Filtersystems gemäß eines ersten
Ausführungsbeispiel;
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2 schematisch
einen seitlichen Schnitt eines Ausschnitts eines Filtersystems gemäß eines zweiten
Ausführungsbeispiel;
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3 schematisch
einen seitlichen Schnitt eines Ausschnitts eines Filtersystems gemäß eines dritten
Ausführungsbeispiel;
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4 schematisch
einen seitlichen Schnitt eines Ausschnitts eines Filtersystems gemäß eines vierten
Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist
ein Ausschnitt eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenen
Filtersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
im seitlichen Schnitt gezeigt. Das zu einer virtuellen Mittelachse 11 koaxial
aufgebaute Filtersystem 10 weist ein Gehäuse 12 auf,
in dem ein Filterelement 14 angeordnet ist. Das Filtersystem 10 dient
zur Filterung der Ansaugluft einer ansonsten nicht gezeigten Brennkraftmaschine. Über
einen nicht gezeigten Einlass wird die zu reinigende Luft in nicht
weiter interessierender Weise durch ein Filtermedium 16 des
Filterelements 14 hindurch in einen Innenraum 18 des Filterelements 14 geleitet.
Die gereinigte Luft strömt aus dem Innenraum 18 durch
einen Auslass 20 des Gehäuses 12 aus
dem Filtersystem 10 heraus.
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Das
Filtermedium 16 ist zickzackförmig gefaltet und
koaxial zu der Mittelachse 11 aufgebaut. An den Stirnseiten
besitzt das Filterelement 14 jeweils eine Endscheibe. Die
eine Endscheibe 22 ist in der 1 gezeigt;
die Endscheibe an der gegenüberliegenden Stirnseite ist
nicht gezeigt. Die Endscheibe 22 weist eine zur Mittelachse 11 koaxiale Öffnung 24 auf.
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Das
Filtermedium 16 ist mittels einer elastischen Klebeschicht 26 mit
der Endscheibe 22 dicht verbunden.
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Die
Endscheibe 22 ist aus mechanisch stabilem Kunststoff. Das
Material, aus dem die Endscheibe 22 ist, ist flexibel genug,
um trotz der thermischen und mechanischen Anforderungen, die im
Filtersystem 10 herrschen, die erforderlichen Formtoleranz
zu ermöglichen, die einen dichten und stabilen Einbau in das
Gehäuse 12 erlaubt. Außerdem gibt die
Endscheibe 22 mit der gegenüberliegenden Endscheibe die
Form des Filterelements 14 vor und stabilisiert dieses.
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Auf
der dem Filtermedium 16 abgewandten Seite der Endscheibe 22 ist
ein zur Mittelachse 11 koaxialer Hohlzylinder 28 mit
Innengewinde angeformt, der die Öffnung 24 umgibt.
Er ist an die Endscheibe 22 geklebt oder geschweißt.
Der Schraubzylinder 28 ist aus dem gleichen oder einem ähnlichen
festen Material wie die Endscheibe 22.
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Eine
den Auslass 20 aufweisende Gehäusestirnwand 30 des
Gehäuses 12 weist einen dem Filterelement 14 zugewandten
Gehäusestutzen 32 zum Anschluss des Filterelements 14 auf.
Der Gehäusestutzen 32 hat eine hohlzylindrische
Form und ist koaxial zur Mittelachse 11. Seine äußere
Umfangsseite weist ein Außengewinde auf, das das Innengewinde des
Schraubzylinders 28 aufnehmen kann.
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Auf
der dem Filterelement 14 abgewandten Seite der Endscheibe 22 ist
ferner eine Dichtung 36 aus elastischem Material, vorzugsweise
aus einem Elastomer, befestigt. Die Dichtung 36 hat ebenfalls die
Form eines Hohlzylinders und ist im Innenbereich des Schraubzylinders 28 koaxial
zu diesem angeordnet. Die Dichtung 36 weist an ihrer radial
inneren Umfangsseite eine umlaufende Rastnut 38 auf. Die
Rastnut 38 korrespondiert im eingebauten Zustand des Filterelements 14 mit
einem Raststeg 40 an der radial inneren Umfangsseite einer
Gehäusenut 42 des Gehäusestutzens 32,
die die Form einer umlaufenden Ringnut hat. Die Gehäusenut 42 befindet
sich in der Steinseite des Gehäusestutzens 32 und
ist zu dem Filterelement 14 hin offen. Ihre radiale Position
in Bezug auf die Mittelachse 11 entspricht der radialen
Position der Dichtung 36. In montiertem Zustand liegt die
radial innere Umfangsseite der Dichtung 36 an der radial
inneren Umfangsseite der Gehäusenut 42 unter Spannung
an.
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Die
Fixierung des Filterelements 14 am Gehäuse 12 erfolgt
durch aufschrauben des Schraubzylinders 28 auf das Außengewinde 34 des
Gehäusestutzens 32. Beim Verschrauben gleitet
die Dichtung 36 mit ihrer radial inneren Umfangsseite an
der radial inneren Umfangsseite der Gehäusenut 42 entlang und
wird dabei in radialer Richtung aufgeweitet. In der in 1 dargestellten
Endposition ist der Raststeg 40 in der Rastnut 38 eingerastet
und stabilisiert und fixiert so die Dichtverbindung und verhindert
das Herausrutschen der Dichtung 36.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in der 2,
sind diejenigen Elemente, die zu denen des ersten, in der 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen, so dass bezüglich deren Beschreibung
auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von ersten dadurch, dass eine Dichtung 36 sich hier
zu ihrem dem Filtermedium 16 abgewandten freien Rand hin
konisch aufweitet.
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Die
Dichtung 36 ist ferner aus dem gleichen Material wie die
Klebeschicht 26. Die Klebeschicht 26 geht einstückig
in die Dichtung 36 über. Zur Verbesserung der
Positionierung und der Bewegung der Dichtung 36 in die
Solllage in der Gehäusenut 42 weist die der Dichtung 36 zugewandte
radial innere Umfangsseite der Gehäusenut 42 eine
umlaufende Leitkante 44 auf.
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Auf
die Rastnut 38 der Dichtung 36 und einen korrespondierenden
Raststeg 40 der Gehäusenut 42 wie beim
ersten Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel
verzichtet.
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Beim
Einschrauben des Filterelements 14 in das Gehäuse 12 gleitet
die Dichtung 36 an der Leitkante 44 entlang und
weitet sich dabei auf. In der Solllage liegt die Dichtung 36 in
Einschiebrichtung hinter der Leitkante 44 unter Spannung
umfänglich an der radial inneren Umfangsseite der Gehäusenut 42 dicht
an.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in der 3,
sind diejenigen Elemente, die zu denen des ersten, in der 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen, so dass bezüglich deren Beschreibung
auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von ersten dadurch, dass zur Stabilisierung im Innenraum 18 des Filterelements 14 ein
zur Mittelachse 11 koaxiales Mittelrohr 50 angeordnet,
das aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Endscheibe 22 ist.
Die Endscheibe 22 ist an der Stirnseite des Filterelements 14 fest
mit dem Mittelrohr 50 verschweißt oder verklebt.
Der Schraubzylinder 28 und die Dichtung 36 sind
anders als im ersten Ausführungsbeispiel nicht an der Endscheibe 22,
sondern an dem Rand des Mittelrohrs 50 befestigt. Dabei
kann ist der Schraubzylinder 28 mit dem Mittelrohr 50 verschweißt
oder verklebt. Der Schraubzylinder 28 kann stattdessen auch
einstückig an das Mittelrohr 50 angeformt sein.
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Bei
einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in der 4,
sind diejenigen Elemente, die zu denen des zweiten, in der 2 beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen, so dass bezüglich deren Beschreibung
auf die Ausführungen zum zweiten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von zweiten dadurch, dass ähnlich wie beim dritten
Ausführungsbeispiel in 3, ein Mittelrohr 50 vorgesehen
ist, an das beim vierten Ausführungsbeispiel die Endscheibe 22 einstückig
angeformt ist. Die konische Dichtung 36 ist in einer umlaufenden
Stufe 52 an der radial inneren Stirnkante des Mittelrohrs 50 befestigt.
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Bei
allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen des Filtersystems 10 sind
unter anderem folgende Modifikationen möglich:
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Das
Filtersystem 10 kann statt als Luftfiltersystem für
eine Brennkraftmaschine auch für andere Fluide beispielsweise
flüssige Fluide, vorzugsweise als Ölfilter, Kraftstofffilter
oder Wasserfilter, für industrielle oder auch mobile Applikationen
verwendet werden.
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Die
Dichtung 36 kann statt mit der radial inneren Umfangsseite
der Gehäusenut 42 auch mit deren radial äußeren
Umfangsseite zusammenwirken. In diesem Fall ist die Dichtung 36 so
ausgestaltet, dass sie bei der Montage des Filterelements 14 nicht radial
komprimiert werden kann.
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Die
Dichtung 36 kann sich statt innerhalb des Schraubzylinders 28 und
des Gehäusestutzens 32 auch außerhalb
von diesen befinden und mit einer separaten Gehäusewand
korrespondieren. In diesem Fall ist statt der Gehäusenut 42 eine
Gehäusewandung als Gegenstück für die
Dichtung 36 erforderlich. Die Dichtung 36 und/oder
die Halteeinrichtung können sich auch an einer Umfangsseite
der Endscheibe befinden und in radialer Richtung wirken.
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Der
Schraubzylinder 28 kann statt an die Endscheibe 22 das
Mittelrohr 50 geschweißt oder geklebt zu sein,
auch einstückig an diese angeformt sein.
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Anstelle
des Schraubzylinders 28 und des Gehäusestutzens 32 mit
dem Außengewinde 34 kann auch eine andersartige
form- oder reibschlüssige Konturenpaarung eingesetzt werden.
Beispielsweise kann statt der Schraubverbindung auch eine Klipsverbindung
oder eine Verbindung nach Art eines Bajonettverschlusses eingesetzt
werden.
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Die
Dichtung 36 kann aus dem gleichen oder einem anderen Material
sein, aus dem die Klebeschicht 26 ist.
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Statt
an dem Filterelement 14 können die Dichtung 36 und/oder
der Schraubzylinder 28 auch auf der Gehäusestirnwand 30 angeordnet
sein. Die Dichtung kann auch direkt am Schraubzylinder angeordnet
beispielsweise an diesem befestigt sein. Dies kann beispielsweise
durch Aufbringen eines weicheren Kunststoffs auf den Schraubzylinder
oder durch Verstärkung der Dichtung realisiert werden.
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Die
Endscheiben 22 können statt aus Kunststoff, beispielsweise
Polyamid, auch aus einer andersartigen Folie oder Pappe oder Metall
oder einem Materialmix, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff,
sein. Ist die Endscheibe aus Kunststoff, so kann sie aus einem homogenen
Material oder mehreren Materialien hergestellt sein. Insbesondere wenn
das Grundmaterial in Bezug auf die thermischen und mechanischen
Anforderungen flexibel genug ist, um die notwendigen Toleranzen
zu gewährleisten, kann ein homogenes Material verwendet werden.
Bei einem sehr festen formgebenden Grundmaterial, kann auch eine
zweite, weichere Materialkomponente verwendet werden. Dies kann
beispielsweise ein Kunststoff sein, der weicher als das Grundmaterial
ist und die Dichtungsgeomet rie flexibler macht und bei einer thermischen
Anbindung der Endscheibe 22 an das Filtermedium 16 das
Aufschmelzen erleichtert.
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Das
Filtermedium 16 kann statt zickzackförmig gefaltet
auch andersartig plissiert sein.
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Das
Filtermedium 16 kann statt mittels der Klebeschicht 26 mit
der Endscheibe 22 verklebt, auch in anderer Weise mit der
Endscheibe 22 dicht, vorzugsweise elastisch, verbunden,
beispielsweise verschweißt oder verschäumt, sein.
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Es
versteht sich, dass das Filtersystem 10 nicht exakt koaxial
aufgebaut sein muss, es sollte lediglich einen in etwa koaxialen
Aufbau haben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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