DE60034711T2

DE60034711T2 - Filterelement mit Dichtungssystem

Info

Publication number: DE60034711T2
Application number: DE60034711T
Authority: DE
Inventors: Steven Scott Gieseke; Carolyn J. Finnerty
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: ATE390193T1; DE60034711D1; EP1159052A1; US6783565B2; US20020100262A1; ID30248A; WO2000050149A1; US6610117B2; DE60006789T3; DE60034711T3; CN1201845C; ATE361139T1; CA2360445C; EP1159052B1; CN1341035A; AU781353B2; US7303604B2; CA2360445A1; EP1159052B2; US20050060972A1

Description

1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Filterkonstruktionen für Motoren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Filterelementanordnung mit einem Dichtungssystem.
2. Stand der Technik
Gasströme führen oft Feststoffpartikel mit sich. In vielen Fällen ist es wünschenswert, einige oder alle Feststoffpartikel aus dem Gasstrom zu entfernen. Z. B. führen Ansaugluftströme von Fahrzeugmotoren oder Kraftwerkseinrichtungen, z. B. Gasströme zu Gasturbinen und Luftströme zu verschiedenen Verbrennungsöfen oft Feststoffpartikel mit sich. Falls die Feststoffpartikel den internen Arbeitsbereich der verschiedenen betroffenen Maschinen erreichen sollten, können sie diesen beträchtliche Schäden zufügen. Bei solchen Systemen wird es daher bevorzugt, die Feststoffpartikel stromaufwärts von dem Motor, der Turbine, dem Verbrennungsofen oder anderen betroffenen Maschinen aus dem Gasstrom zu entfernen. Zur Entfernung der Feststoffpartikel sind eine Vielzahl von Luftfilter- oder Gasfilter-Anordnungen entwickelt worden.
Ein Beispiel eines kompletten Luftfilters ist in JP 63-122 617 beschrieben. Das austauschbare Filterelement dieses Luftreinigers bzw. Luftfilters besitzt ein gefaltetes Filtermedium in einer gewickelten Anordnung, deren einander gegenüberliegende Enden in zugeordneten L-förmigen Stützringen befestigt sind. Einer der Stützringe ist an seiner äußeren Oberfläche von einer elastischen Packung bedeckt, deren axiale Oberfläche mit dem Luftfilter-Gehäuse zusammen wirkt, um eine Axialdichtung zu bilden. Durch mehrere kräftige Klammern werden axial wirkende Dichtungskräfte erzeugt. Um zu verhindern, dass das gefaltete Filtermedium unter der Wirkung der hohen axialen Kräfte seitlich ausbeult, ist Kleber an verschiedenen Stellen entlang der Kantenlinien der verschiedenen Trogteile der Falten angebracht, wodurch eine hohe Biegefestigkeit des Filtermediums erreicht wird.
Diese Lösung erfordert zusätzlichen Kleber und scheint – durch den auf die Oberfläche des Filtermediums aufgebrachten Kleber – die für die Filterung zur Verfügung stehende Fläche des Filtermediums zu reduzieren.
Aus der WO 97/40 908 sind mehrere andere Luftfilter des Standes der Technik bekannt, die alle Filterelemente mit einem gefalteten Medium in einer gewickelten Anordnung verwenden. Die meisten der Filterelemente dieser Beschreibung sind mit einer Quetschdichtungslippe dargestellt, die sich am Umfang von dem Medium-Paket und der Struktur um das Filtermedium-Paket nach außen erstreckt. Diese Dichtungslippen der entsprechenden Elemente sind zwischen zwei Gehäuseteilen eingeklemmt und axial zusammen gequetscht, um eine Dichtung zwischen dem Filterelement und dem Gehäuse zu gewährleisten. Ein Problem dieser Lösung ist, dass der Trennpunkt zwischen den beiden Luftfilterteilen bzw. Luftreinigerteilen an der gleichen Stelle angeordnet sein muss wie die Dichtung. Dadurch werden die Konstruktions-Optionen der Luftfilter wesentlich eingeschränkt. Das bedeutet ferner, dass der Luftfilter so montiert werden muss, dass zu der Position der Dichtung ausreichend Wartungszugang gewährleistet sein muss, um das Gehäuse an dieser Stelle vollständig zu trennen, so dass das Filterelement entfernt und gewartet werden kann.
3. Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Zuluftsystem eines Motors beschrieben. Das Zuluftsystem besitzt eine Filterelementkonstruktion mit einem Medium-Paket und einem Dichtungssystem. In bevorzugten Ausführungsformen besitzt das Dichtungssystem eine Rahmenanordnung und ein Dichtungselement, wobei die Rahmenanordnung eine Erhebung besitzt, die von einer der Strömungsflächen des Medium-Paketes aus in axialer Richtung ragt. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird das Dichtungselement von der Erhebung der Rahmenanordnung getragen.
Nachstehend wird die Filterelement-Anordnung beschrieben. Bevorzugte Filterelement-Anordnungen schließen solche mit den o. g. Charakteristiken ein.
4. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterpaketes;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles des in dem Filterpaket gemäß 1 verwendeten Filtermediums;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Möglichkeit zur Herstellung eines Filterpaketes zum Einsatz in der Ausführungsform gemäß 1;
4 ist ein schematischer Grundriss einer Ausführungsform eines Dichtungssystems für das Filterpaket gemäß 1;
5 ist ein schematischer fragmentarischer Querschnitt der Ausführungsform gemäß 1, dichtend eingesetzt in einen Luftfilter für den Betrieb;
6 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 6-6 der 4 des Rahmens des Dichtungssystems gemäß 4;
7 ist ein vergrößerter fragmentarischer schematischer Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen kompressiblen Dichtungselementes des Dichtungssystems gemäß 4;
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Luftfilters, in dem ein erfindungsgemäßes Filterpaket verwendet werden kann;
9 ist ein schematischer Querschnitt des Luftfilters gemäß 8, in den ein Filterpaket gemäß 1 eingesetzt ist;
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterpaketes;
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles eines Filtermediums des Filterpaketes gemäß 10;
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Teiles eines Rahmens eines Dichtungssystems des Filterpaketes gemäß 10;
13 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 13-13 der 10 einer Ausführungsform eines in dem Filterpaket gemäß 10 einsetzbaren Dichtungssystems;
14 ist eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfilters;
15 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 15-15 der 10 eines Luftfilters gemäß 14 mit einem darin eingesetzten Filterpaket gemäß 10;
16 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Systems in dem erfindungsgemäße Luftfilter eingesetzt sind;
17 ist eine Stirnansicht einer alternativen Ausführungsform des Filterpaketes gemäß 1; und
18 ist eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform des Filterpaketes gemäß 1.
5. Detaillierte Beschreibung
A. 1–7
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Filterpaketes 50. Das bevorzugte Filterpaket 50 besitzt ein Filtermedium 55 und ein Dichtungssystem 60. In bevorzugten Konstruktionen ist das Filtermedium 55 so ausgelegt, dass es Feststoffpartikel aus einem Fluid, wie etwa Luft, die das Filtermedium 55 passiert, entfernt, während das Dichtungssystem 60 so ausgelegt ist, dass es das Filterpaket 50 gemäß 8 und 9 gegen eine Seitenwand eines Gehäuses oder eines Kanals abdichtet. Mit dem Begriff „abdichten" ist gemeint, dass das Dichtungssystem 60 unter normalen Bedingungen verhindert, dass unbeabsichtigte Mengen des Fluids einen Bereich zwischen dem Filterpaket 50 und der Seitenwand des Gehäuses oder des Kanals passiert; d. h. das Dichtungssystem 60 unterbindet Fluidströme, die an dem Filtermedium 55 des Filterpaketes 50 vorbeiströmen könnten.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Filtermedium 55 für gerade Durchströmung konfiguriert. „Gerade Durchströmung" bedeutet, dass das Filtermedium 55 in einer Konstruktion 100 konfiguriert ist, die eine erste Strömungsfläche 105 (in der dargestellten Ausführungsform einem Eintrittsende entsprechend) und eine gegenüberliegende zweite Strömungsfläche 110 (in der dargestellten Ausführungsform einem Austrittsende entsprechend) besitzt, wobei die Fluidströmung in einer Richtung 114 durch die erste Strömungsfläche 105 eintritt und in der gleichen Richtung 116 durch die zweite Strömungsfläche 110 austritt. Beim Einsatz in einem Gehäuse mit fluchtender Strömungsrichtung tritt das Fluid im allgemeinen durch die Eintrittsöffnung des Gehäuses in einer Richtung ein, tritt in der gleichen Richtung in die Filterkonstruktion 100 durch die erste Strömungsfläche 105 ein, verlässt die Filterkonstruktion 100 in der gleichen Richtung durch die zweite Strömungsfläche 110, und verlässt das Gehäuse durch den Gehäuseaustritt in der gleichen Richtung.
Obwohl die erste Strömungsfläche 105 oben als Eintrittsfläche und die zweite Strömungsfläche 110 als Austrittsfläche beschrieben worden ist, können die Eintritts- und die Austrittsflächen miteinander vertauscht werden. D. h., die erste Strömungsfläche 105 gemäß 1 kann einem Austrittsende zugeordnet sein, während die zweite Strömungsfläche 110 gemäß 1 einem Eintrittsende zugeordnet sein kann.
In 1 sind die erste Strömungsfläche 105 und die zweite Strömungsfläche 110 als planar und parallel zueinander dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen können die erste Strömungsfläche 105 und die zweite Strömungsfläche 110 nicht-planar sein, z. B. kegelstumpfförmig. Ferner müssen die erste Strömungs fläche 105 und die zweite Strömungsfläche 110 nicht notwendigerweise parallel zueinander sein.
Im Allgemeinen ist die Filterkonstruktion 100 eine Wickelkonstruktion. D. h., die Filterkonstruktion 100 besteht üblicherweise aus einer Filtermediumschicht, die vollständig und wiederholt um ein Zentrum gewickelt ist. Üblicherweise ist die Wickelkonstruktion eine Spule bei der eine Filtermediumschicht mehrmals um ein Zentrum gewickelt ist. In Anordnungen, in denen eine gewickelte Spulenkonstruktion verwendet wird, ist die Filterkonstruktion 100 eine Rolle eines Filtermediums, üblicherweise eines durchlässigen Faltenfiltermediums.
2 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Operationsprinzipien bestimmter in den hier dargestellten Filterkonstruktionen verwendbarer bevorzugter Filtermedien demonstriert. In 2 ist eine Faltenkonstruktion 122 dargestellt. Vorzugsweise besitzt die Faltenkonstruktion 122 eine Riefenschicht 123 mit mehreren Rillen oder Wellenkammern 124 und ein Deckblatt 132. Die Ausführungsform gemäß 2 zeigt zwei Teile des Deckblattes 132: ein Blatt 132A (oberhalb der Wellen- oder Riefenschicht 123) und ein Blatt 132B (unterhalb der Riefenschicht 123). Üblicherweise besitzt die bevorzugte in hier dargestellten Ausführungsformen verwendete Mediumkonstruktion 125 eine Riefenschicht 123, die mit dem unteren Deckblatt 132B verbunden ist. Bei der Verwendung dieser Mediumkonstruktion 125 in einer Wickelkonstruktion, wird sie üblicherweise um sich selbst gewickelt, so dass das untere Deckblatt 132B die Oberseite der Riefenschicht 123 abdeckt. Die Abdeckung der Riefenschicht 123 durch das Deckblatt 132 ist durch das Blatt 132A dargestellt. Es ist zu beachten, dass das Deckblatt 132A und das Deckblatt 132B das gleiche Blatt 132 sind.
Bei Verwendung dieses Typs der Mediumkonstruktion 125 bilden die Faltenkammern 124 vorzugsweise alternierende Scheitel 126 und Mulden 128. Die Mulden 128 und die Scheitel 126 teilen die Rillen in eine obere Reihe und eine untere Reihe. Gemäß 2 sind die oberen Rillen der Wellen- oder Rillenkammern 136 an ihrem stromabwärts gelegenen Ende geschlossen, während die Wellen- oder Rillenkammern 134, die an ihrem stromaufwärts gelegenen Enden geschlossen sind, die untere Reihe von Rillen bilden. Die Rillenkammern 134 sind durch einen ersten Endwulst 138 verschlossen, der einen Teil des stro maufwärtigen Endes der Rillen zwischen dem gewellten Blatt 130 und dem Deckblatt 132B füllt. In gleicher Weise verschließt ein zweiter Endwulst 140 die stromabwärts gelegenen Enden alternierender Rillen 136. In einigen bevorzugten Systemen sind sowohl das erste Endwulst 138 als auch der zweite Endwulst 140 entlang aller Teile der Mediumkonstruktion 125 gerade gestreckt, und weichen niemals von der Geraden ab. In einigen bevorzugten Systemen ist der erste Endwulst 138 gerade und weicht niemals von einer Position an oder nahe der Enden der Mediumkonstruktion 125 ab; während der zweite Endwulst 140 gerade ist und niemals von einer Position an oder in der Nähe der Enden der Mediumkonstruktion 125 abweicht. Die Rillen 124 und die Endwulste 138, 140 bilden die Mediumkonstruktion 125, die zu der Filterkonstruktion 100 geformt werden kann und die ohne ein Gehäuse strukturell selbsttragend ist.
Bei der Verwendung eines Mediums in der Form der Mediumkonstruktion 125 tritt während des Betriebes ein ungefiltertes Fluid, z. B. Luft, dargestellt durch einen schattierten Pfeil 144 in die Rillenkammern 136 ein. Die Rillenkammern 136 sind an ihren Strom aufwärts gelegenen Enden 146 offen. Der ungefilterte Fluidstrom kann nicht durch die Strom abwärts gelegenen Enden 148 der Rillenkammern 136 strömen, da die Strom abwärts gelegenen Enden 148 durch den zweiten Endwulst 140 verschlossen sind. Dadurch ist der Fluidstrom gezwungen durch das gewellte Blatt 130 oder durch das Deckblatt 132 zu strömen. Beim Durchströmen des gewellten Blattes 130 oder des Deckblattes 132 wird der Fluidstrom gereinigt bzw. gefiltert. Der gereinigte Fluidstrom ist durch die nicht schattierten Pfeile 150 dargestellte. Das Fluid passiert dann die Rillenkammern 134 (deren stromaufwärts gelegene Enden 151 verschlossen sind) um gemäß (1) durch die stromabwärts gelegenen offenen Enden 152 der Faltenkonstruktion 122 zu strömen. In der dargestellten Konfiguration kann das ungefilterte Fluid durch das gewellte Blatt 130, das obere Deckblatt 132A oder das untere Deckblatt 132B in eine Faltenkammer 134 strömen.
Üblicherweise wird die Mediumkonstruktion 125 vorbereitet und dann gewickelt, um eine gewickelte Filtermediumkonstruktion 100 zu bilden. Wenn diese Art Medium gewählt wird, beinhaltet die Mediumkonstruktion 125 die Riefenschicht 123, die durch den Endwulst 138 mit dem unteren Deckblatt 132B verbunden ist (wie in 2 dargestellt, aber ohne das obere Deckblatt 132A). Bei diesen Ausfüh rungsformen besitzt die Mediumkonstruktion 125 an einem Ende eine führende Kante und an dem gegenüber liegenden Ende eine nachlaufende Kante, wobei sich eine obere seitliche Kante und eine untere seitliche Kante zwischen der führenden Kante und der nachlaufenden Kante erstrecken. Mit dem Begriff „führende Kante" ist die Kante gemeint, die zunächst gewendet oder gerollt wird, so dass die führende Kante an oder benachbart zu dem Zentrum der Wickelkonstruktion liegt. Die „nachlaufende Kante" ist die Kante, die nach Beendigung des Wende- oder Wickelprozesses an der Außenseite der gewickelten Konstruktion liegt.
Die führende Kante und die nachlaufende Kante sollten zwischen dem gewellten Blatt 123 und dem unteren Deckblatt 132B bei diesen Arten der Filtermedium-Konstruktion 125 abgedichtet sein, bevor das Filterblatt zu einer Spule gewickelt wird. Obwohl es zahlreiche Möglichkeiten gibt, wird in bestimmten Verfahren die Dichtung an der führenden Kante wie folgt geformt: (a) das gewellte Blatt 123 und das untere Deckblatt 132B werden entlang einer Linie oder eines Weges geschnitten oder getrennt, der sich von der oberen Seitenkante zur unteren Seitenkante (oder von der unteren Seitenkante zur oberen Seitenkante) erstreckt; und (b) entlang der Linie oder des Weges des Schnittes wird Dichtungsmaterial zwischen dem unteren Deckblatt 132B und der Riefenschicht 123 aufgetragen. Die Dichtung an der nachlaufenden Kante kann analog zur Dichtung an der führenden Kante hergestellt werden. Obwohl zahlreiche unterschiedliche Dichtungsmittel Arten zur Herstellung der Dichtungen verwendet werden können, ist ein verwendbares Dichtungsmittel ein nicht geschäumtes Dichtungsmittel der Firma H.B. Fuller, St. Paul, Minnesota, identifiziert unter der Handelsbezeichnung HL0842.
Bei der Verwendung der Mediumkonstruktion 125 kann es für den Systemkonstrukteur wünschenswert sein, die Konstruktion 125 in eine gerollte Filtermediumkonstruktion 100 gemäß 1 zu wickeln. Die verschiedensten Arten können benutzt werden, um Medium zu wickeln oder zu rollen. Die Aufmerksamkeit sei auf 3 gelenkt. Bei der besonderen Ausführungsform gemäß 3 ist die Mediumkonstruktion 125 um eine zentrale Spindel 154 oder ein anderes Element aufgewickelt, um ein Montageelement zum Wickeln zur Verfügung zu stellen. Die zentrale Spindel 154 kann entfernt werden oder kann als Zapfen belassen wer den, um als zentraler Kern der zylindrischen Filterkonstruktion 100 (1) zu dienen. Es ist offensichtlich, dass unrunde zentrale Wicklungselemente benutzt werden können, um andere Filtermediaformen wie z. B., langgestreckte, ovale, rechteckige oder „rennbahnförmige" („race track") Profile herzustellen.
Die Mediumkonstruktion 125 kann auch ohne Spindel oder zentralen Kern gewickelt werden. Ein Verfahren zur Bildung einer kernlosen Wickelkonstruktion besteht aus folgenden Schritten:

(a) die Mulden 128 einiger der ersten Riefen der Riefenschicht 123 von der führenden Kante her werden von der oberen seitlichen Kante zur unteren seitlichen Kante (oder von der unteren seitlichen Kante zu der oberen seitlichen Kante) eingekerbt, um das Rollen der Konstruktion 125 zu unterstützen; z.B. können von der führenden Kante aus die ersten vier Riefen eine Kerblinie entlang der Mulden 128 erhalten;
(b) die Endwulst 140 des Dichtungsmittels wird entlang der Seitenkante der Riefenschicht 123, die der Seitenkante mit der Endwulst 138 gegenüberliegt, angebracht;
(c) die führende Kante wird zu Beginn gegen sich selbst umgefaltet oder gerollt und dann zusammengequetscht, um mit der dichtenden Endwulst 140 abgedichtet zu werden; und
(d) dann wird die restliche Riefenschicht 123, an deren Unterseite das Deckblatt 132B befestigt ist, um die zusammengequetschte führende Kante gewickelt oder gerollt.

Bei anderen Verfahren können kernlose Konstruktionen aus der Mediumkonstruktion 125 durch automatisierte Prozesse hergestellt werden, wie in den US Patenten No. 5,543,007 und 5,435,870 beschrieben; beide US Patente werden in diese Erfindung eingeschlossen. Bei weiteren anderen Verfahren kann die Medium Konstruktion von Hand gerollt werden.
Bei der Verwendung gerollter Konstruktionen, wie der Filterkonstruktion 100, wird der Systemkonstrukteur wünschen, sicherzustellen, dass der äußere Umfang der Konstruktion 100 verschlossen oder fixiert ist, um zu verhindern, dass sich die Filterkonstruktion 100 abwickelt. Es gibt verschiedene Arten dies zu erreichen. Bei einigen Anwendungen wird der äußere Umfang mit einer Außenschicht umhüllt. Die Außenschicht kann ein nicht-poröses klebendes Material sein, wie z. B., Kunststoff mit einem Kleber auf einer Seite. Wenn diese Art der Außenschicht benutzt wird, verhindert die Außenschicht, dass sich die Filterkonstruktion 100 abwickelt; ferner verhindert sie, dass Fluid durch die äußere Peripherie der Filterkonstruktion 100 strömt und hält dadurch die Durchgangsströmung durch die Filterkonstruktion 100 aufrecht.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Filterkonstruktion 100 dadurch in ihrer gewickelten Konstruktion gehalten, dass die nachlaufende Kante der Mediumkonstruktion 125 mit einem Kleber oder einem Dichtungsmittel entlang einer Linie 160 (1) an der Außenfläche der Filterkonstruktion 100 befestigt wird. Es kann z. B. ein warmschmelzender Kleber entlang der Linie 160 aufgebracht werden.
Die Aufmerksamkeit sei auf 1 gelenkt. In 1 ist die zweite Strömungsfläche 110 schematisch dargestellt. 1 zeigt einen Teil 112, in dem die Falten einschließlich der offenen Enden 152 und der geschlossenen Enden 148 dargestellt sind. Es ist zu beachten, dass der Teil 112 repräsentativ für die gesamte Strömungsfläche 110 ist. Aus Gründen der Klarheit und der Vereinfachung sind die Falten in den restlichen Teilen der Strömungsfläche 110 nicht dargestellt. Draufsichten und Bodenansichten und auch Seitenansichten eines Filterpaketes 50, das üblicherweise in den hier beschriebenen Systemen und Vorrichtungen eingesetzt wird, sind in der gemeinsam anhängigen und gemeinsam zugeordneten US-Patentanmeldung Serien Nr. 29/101,193 eingereicht am 26. Februar 1999 mit dem Titel „Filter Element Having Sealing System" dargestellt, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
9 zeigt die Filterkonstruktion 100 in einem Gehäuse 305 eingebaut (das Teil eines Lufteinlasskanals in einen Motor oder einen Turbo sein kann). In der dargestellten Anordnung strömt Luft bei 306 in das Gehäuse 305 ein, durch die Filterkonstruktion 100 und bei 307 aus dem Gehäuse 305 aus. Wenn Mediumkon struktionen der dargestellten Art wie die Filterkonstruktion 100 in einem Kanal oder einem Gehäuse 305 verwendet werden, ist ein Dichtungssystem 60 erforderlich, um sicher zustellen, dass die Luft durch die Mediumkonstruktion 100 strömt und nicht an ihr vorbei.
5 zeigt eine vergrößerte fragmentarische Ansicht der in das Gehäuse 305 eingebauten Filterkonstruktion 100; das dargestellte spezielle Dichtungssystem 60 besitzt einen Rahmen bzw. eine Rahmenkonstruktion 170 und ein Dichtungselement 250. Wenn diese Art des Dichtungssystems 60 verwendet wird, besitzt der Rahmen 170 eine Stützstruktur gegen die das Dichtungselement 250 gepresst werden kann, um mit dem Kanal oder dem Gehäuse 305 eine Radialdichtung 172 zu bilden.
Weiter Bezug nehmend auf 5 besitzt in der dargestellten speziellen Ausführungsform der Rahmen 170 eine steife Verlängerung oder Erhebung 174, die sich von mindestens einem Teil einer der ersten und zweiten Strömungsflächen 105, 110 der Filterkonstruktion 100 erhebt oder erstreckt. In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform erstreckt sich die steife Erhebung 174 axial von der zweiten Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100. In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform ragt die Erhebung 174 infolge der planaren Form der zweiten Strömungsfläche 110 über die gesamte zweite Strömungsfläche 110 in axialer Richtung. In Anordnungen, in denen die Strömungsfläche nicht-planar ist, z. B. kegelstumpfförmig, kann die Erhebung 174 so ausgebildet sein, dass sie nur über einem Teil der Strömungsfläche aufragt. Z. B. könnte es in einer kegelstumpfförmigen Filterkonstruktion einen zentralen Teil am oder in der Nähe des Kernes geben, der sich über die Erhebung 174 erstreckt.
6 zeigt einen Querschnitt des speziellen Rahmens 170 gemäß 5. Die in 6 dargestellte Erhebung 174 besitzt ein Paar einander gegenüberliegender Seiten 176, 178, die durch eine Stirnkante 180 miteinander verbunden sind. In bevorzugten Ausführungsformen dient eine der ersten oder zweiten Seiten 176, 178, derart zur Stützung des Dichtungselementes 250, dass zwischen der ausgewählten Seite 176 oder 178 und der zugeordneten Oberfläche des Gehäuses oder des Kanals eine Dichtung 172 gebildet werden kann. Wenn diese Art der Konstruktion verwendet wird, ist die Erhebung 174 ein kontinuierliches Element, das eine geschlossene Schleifenstruktur 182 (4) bildet. Das Dichtungselement 250 kann entweder mit der inneren Seite 184 der Schleifenstruktur 182 oder der äußeren Seite 186 der Schleifenstruktur 182 in Eingriff stehen oder an ihr anliegen. Wenn das Dichtungselement 250 mit der inneren Seite 184 der Schleifenstruktur in Eingriff steht, kann das Dichtungselement 250 zwischen der Erhebung 174 und einem in die Schleifenstruktur eingesetzten rohrförmigen Element zusammengedrückt werden, so dass die Erhebung 174 und das Dichtungselement 250 das rohrförmige Element umschließen. Dadurch wird eine radiale Dichtung zwischen dem äußeren Teil des rohrförmigen Elementes und der inneren Seite 176 der Erhebung 174 (und damit der Schleifenstruktur 182) gebildet.
Das Dichtungselement 250 kann auch an dem äußeren Teil 186 der Schleifenstruktur 182 anliegen. Wenn diese Konstruktionsart verwendet wird, kann ein Gehäuse oder ein Kanal die Erhebung 174 und die Schleifenstruktur 182 einschließlich des Dichtungselementes 250 umschließen, um eine Dichtung zwischen der äußeren Seite 178 der Erhebung 174 und einer inneren Fläche des Gehäuses oder des Kanals zu bilden.
Bei speziellen bevorzugten Ausführungsformen liegt das Dichtungselement 250 sowohl an der inneren Seite 184 als auch an der äußere Seite 186 der Schleifenstruktur 182 an. Bei der speziellen Ausführungsform gemäß 5 kommt das Dichtungselement 250 mit der Stirnkante 180 der Erhebung 174 derart in Eingriff, dass das Dichtungselement 250 die Erhebung 174 von der äußeren Seite 186 über die Stirnkante 180 bis zur inneren Seite 184 überdeckt.
Die Aufmerksamkeit sei auf 4, 5 und 6 gerichtet. 4 ist ein schematischer Grundriss des Dichtungssystems 60 gemäß 1; 5 ist ein fragmentarischer schematischer Querschnitt des Filterpaketes 50 gemäß 1, das in einem Gehäuse 305 installiert ist; und 6 ist ein schematischer Querschnitt des Rahmens 170 des Dichtungssystems 60 gemäß 4.
Die Rahmenkonstruktion 170 oder der Rahmen 205 kann verschiedene Formen haben. Bei der speziellen Ausführungsform gemäß 4 hat der Rahmen 205 eine allgemeine Kreisform. Der Rahmen 205 gemäß 4 ist zur Befestigung an der zweiten Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100 konfiguriert.
In der in 6 dargestellten speziellen Ausführungsform besitzt der Rahmen 205 eine anhängende Lippe 251, die mit einem inneren Durchmesser weitgehend kreisförmig ist. Vorzugsweise ist der innere Durchmesser ungefähr gleich dem äusseren Durchmesser der Filterkonstruktion 100. Die anhängende Lippe 251 erstreckt sich um einen ersten Abstand abwärts von der Unterseite 252 von Kreuzstreben 210. Die anhängende Lippe 251 ist so angeordnet und so konfiguriert, dass sie sich radial um die zweite Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100 erstreckt. In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform erstreckt sich die anhängende Lippe 251 radial um die zweite Strömungsfläche 110 des Filtermediums 100, so dass sich die anhängende Lippe 251 um den ersten Abstand von der zweiten Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100 einwärts erstreckt, um einen Überlappungsbereich 255 zu bilden.
Der Rahmen 205 ist vorzugsweise an der Filterkonstruktion 100 befestigt. Es gibt viele Möglichkeiten den Rahmen 205 an der Filterkonstruktion 100 zu befestigen. Eine speziell bevorzugte Art den Rahmen 205 an der Filterkonstruktion 100 zu befestigen ist die Verwendung eines Klebers. Bei der in 5 bevorzugten Ausführungsform ist der Kleber in dem Überlappungsbereich 255 zwischen der anhängenden Lippe 251 und der Konstruktion 100 angebracht.
Vorzugsweise verbindet der Kleber den Rahmen 205 permanent mit der Filterkonstruktion 100 während er gleichzeitig Fluidleckagen durch den Überlappungsbereich 255 zwischen der Filterkonstruktion 100 und dem Rahmen 205 verhindert. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Rahmen 205 temporär an der Filterkonstruktion 100 befestigt sein. Mit dem Begriff „temporär" ist gemeint, dass der Rahmen 205 von der Filterkonstruktion 100 gelöst werden kann, ohne das Dichtungssystem 60 oder die Filterkonstruktion 100 zu beschädigen.
Während des Betriebes werden, bei der hier beschriebenen Art des Rahmens 205, um den Umfang des Rahmens 205 nach innen gerichtete Kräfte ausgeübt. Der Rahmen 205 wird von Kreuzstreben 210 gestützt. Mit dem Begriff „gestützt" ist gemeint, dass die Kreuzstreben 210 verhindern, dass der Rahmen 205 unter den Kräften, die auf den Umfang des Rahmens 205 ausgeübt werden, radial kollabiert.
Die in 6 dargestellte Erhebung 174 des Rahmens 170 besitzt ein Oberteil oder ringförmigen Dichtungsträger 263. Gemäß 6 ist das Oberteil 263 weitgehend kreisförmig; es ist zum Einsatz in ein Gehäuse oder einen Kanal angeordnet und konfiguriert. Wenn das Oberteil 263 kreisförmig ist, definiert es einen inneren Durchmesser. Zwischen dem Oberteil 263 und der anhängenden Lippe 251 besitzt der Rahmen 205 eine Schulter 253. Die Schulter 253 bildet einen Übergangsbereich zwischen dem größeren inneren Durchmesser der anhängenden Lippe 251 und dem kleineren inneren Durchmesser des Oberteils 263.
Wenn gemäß der in den 5 und 6 dargestellten Anordnung konstruiert, stützt das Oberteil 263 als Träger für das zusammendrückbare Dichtungselement 250. Das zusammendrückbare Dichtungselement 250 ist vorzugsweise so konstruiert und angeordnet, dass es ausreichend kompressibel ist, um zwischen dem Oberteil 263 des Rahmens 205 und einer Seitenwand 260 eines Gehäuses oder eines Kanals zusammen gepresst zu werden. Wenn das Dichtungselement 250 zwischen dem Oberteil 263 und der Seitenwand 260 ausreichend zusammen gepresst ist, besteht eine radiale Dichtung 172 zwischen dem Filterpaket 50 und der Seitenwand 260.
Es gibt verschiedene Arten, um das Dichtungselement 250 auf dem Oberteil 263 zu befestigen. Eine besonders einfache und bevorzugte Art ist das Dichtungselement 250 so zu formen, dass es sowohl die äußere radiale Seite 270 des Oberteils 263 als auch die innere radiale Seite 271 des Oberteils 263 einschl. der Stirnkante 180 (7) überdeckt und überlappt. Eine spezielle Ausführungsform dieser Konfiguration ist in 7 dargestellt. Das in 7 dargestellte Dichtungselement 250 überlappt das Oberteil 263 vollständig.
Das Oberteil 263 des Rahmens 205 bildet eine Wand oder Tragkonstruktion an der durch das kompressible Dichtungselement 250 eine radiale Dichtung 172 gebildet werden kann. Die Zusammendrückung des kompressiblen Dichtungselementes 250 an dem Dichtungssystem 60 reicht vorzugsweise aus, um eine radiale Dichtung unter einem Einspeisedruck von nicht größer als 36 kg (80 lbs), üblicherweise nicht größer als 22,7 kg (50 lbs) z. B. ungefähr 9 bis 18 kg (20–40 lbs) zu bilden und ist gering genug, um einen bequemen und leichten manuellen Austausch zu gestatten. Vorzugsweise beträgt der Kompressionswert des kom pressiblen Dichtungselementes 250 mindestens 15%, vorzugsweise nicht mehr als 40% und üblicherweise zwischen 20% und 33%. Mit „Kompressionswert" ist die physikalische Verschiebung eines äußersten Teiles des Dichtungselementes 250 radial in Richtung auf das Oberteil 263 als Prozent des äußersten Teiles des Dichtungselementes 250 in einem ruhenden ungestörten Zustand gemeint, d.h., wenn es nicht in einem Kanal installiert ist, oder nicht anderen Kräften ausgesetzt ist.
Die Aufmerksamkeit sei auf 7 gerichtet. 7 zeigt eine vergrößerte schematische fragmentarische Ansicht eines speziellen bevorzugten Dichtungselementes 250 im unkomprimierten Zustand. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt das Dichtungselement 250 im Querschnitt eine stufenförmige Konfiguration, deren äußere Dimensionen (Durchmesser, bei kreisförmigem Grundriss) von einem ersten Ende 264 zu einem zweiten Ende 265 hin abnehmen, um die gewünschte Dichtung zu erzielen. Bevorzugte Spezifikationen für das Profil der in 7 dargestellten speziellen Ausführungsform sind folgende: Polyurethan Schaumstoff mit mehreren (vorzugsweise mindestens drei) progressiv größeren Stufen, die so konfiguriert sind, dass sie mit der Seitenwand 260 (5) eine Grenzschicht und eine Fluiddichte Dichtung bilden.
Das kompressible Dichtungselement 250 besitzt Oberflächen mit graduell zunehmenden inneren Durchmessern, um mit der Seitenwand 260 eine Grenzschicht zu bilden. Im Detail, bei dem in 7 dargestellten Beispiel besitzt das kompressible Dichtungselement 250 drei Stufen 266, 267 und 268. Die Querschnittsdimensionen bzw. die Breite der Stufen 266, 267 und 268 vergrößern sich je weiter die Stufe 266, 267 und 268 von dem zweiten Ende 265 des kompressiblen Dichtungselementes 250 entfernt angeordnet ist. Der kleinere Durchmesser an dem zweiten Ende 265 gestattet die leichte Einführung in einen Kanal oder ein Gehäuse. Der größere Durchmesser an dem ersten Ende 264 gewährleistet eine druckdichte Dichtung.
Im Allgemeinen muss für eine gut funktionierende radiale Dichtungsstruktur das kompressible Dichtungselement 250 zusammengedrückt werden, wenn das Element in ein Gehäuse 305 oder einen Kanal eingeführt wird. In vielen bevorzugten Konstruktionen wird das Dichtungselement 250 in seinem dicksten Teil um ungefähr 15%–40% (oft ungefähr 20%–33%) seiner Dicke zusammengepresst, um eine stramme robuste Dichtung zu liefern, die auch eine manuelle Installation des Dichtungselementes 250 gestattet, mit Kräften in der Grössenordnung von 36 kg (80 lbs) oder weniger, vorzugsweise, 22,7 kg (50 lbs) oder weniger und im allgemeinen 9–18 kg (20–40 lbs).
Im Allgemeinen kann das Filterpaket 50 so angeordnet und konfiguriert werden, dass es in einer Presspassung an der Seitenwand 260 des Gehäuses 305 oder des Kanals anliegt. In der in 5 dargestellten spezifischen Ausführungsform ist das kompressible Dichtungselement 250 zwischen der Seitenwand 260 und dem Oberteil 263 des Rahmens 205 zusammengepresst. Nach der Kompression übt das kompressible Dichtungselement 250 eine Kraft gegen die Seitenwand 260 aus, da es versucht sich in seinen ursprünglichen Zustand auszudehnen, wodurch eine radiale Dichtung 172 zwischen und gegen das Oberteil 263 und der Seitenwand 260 gebildet wird.
B. 8 und 9
Die Aufmerksamkeit sei auf 8 gelenkt. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Luftfilters 300. Bei speziellen Systemen ist das Filterpaket 50 so konstruiert, dass es in ein Gehäuse 305 eines Luftfilters 300 einsetzbar ist. Das Gehäuse 305 ist üblicherweise Teil eines Kanalnetzes in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem eines Motors. Die hier verwendeten Begriffe „Kanalnetz" oder „Kanal" schließen Strukturen wie z. B. Rohrleitungen, Rohre, Schläuche oder Luftfiltergehäuse ein.
Mit dem Filterpaket 50 ist eine Vielfalt von Gehäusen verwendbar. Bei der in 8 dargestellten speziellen Ausführungsform besitzt das Gehäuse 305 einen Körper oder ein erstes Gehäuseteil 310 und einen lösbaren Deckel oder zweites Gehäuseteil 315. Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Gehäuseteil 310 an einem Objekt, z. B. einem Lastkraftwagen, befestigt. Das zweite Gehäuseteil 315 ist mittels einer Verriegelung 320 lösbar an dem ersten Gehäuseteil 310 befestigt. Vorzugsweise besitzt die Verriegelung 320 mehrere Riegel 325.
Obwohl das Gehäuse die verschiedensten Querschnittskonfigurationen haben kann, haben bei der dargestellten speziellen Ausführungsform das erste und das zweite Gehäuseteil 310, 315 kreisförmigen Querschnitt. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt das erste Gehäuseteil 310 einen Austrittsbereich 330. Die Konstruktion des Austrittsbereiches 330 gestattet es dem Fluid während des Betriebes aus dem Luftfilter 300 auszutreten. In gleicher Weise besitzt das zweite Gehäuseteil 315 einen Eintrittsbereich 335. Die Konstruktion des Eintrittsbereiches 335 gestattet es dem Fluid während des Betriebes in den Luftfilter 300 einzutreten. Bei bevorzugten Konstruktionen ist das Gehäuse 305 ein Gehäuse mit fluchtender Strömungsrichtung (englisch: in-line housing). Dabei fluchten der Austrittsbereich 330 und der Eintrittsbereich 335 koaxial miteinander, wodurch der Luftstrom in der gleichen Richtung durch den Eintrittsbereich 335 und den Austrittsbereich 330 strömen kann. Dies ist aus 9 ersichtlich.
Das Filterpaket 50 ist vorzugsweise so konstruiert und arrangiert, dass es mit der Seitenwand 260 des Gehäuses 305 eine Presspassung bilden kann. In der in 9 dargestellten Ausführungsform ist das zweite Ende 110 des Filterpaketes mit dem daran befestigten Rahmen 205 und dem kompressiblen Dichtungselement 250 in das erste Gehäuseteil 310 eingesetzt. Das Filterpaket 50 ist in einer Presspassung derart in das erste Gehäuseteil 310 eingesetzt, dass das kompressible Dichtungselement 250 zwischen dem Oberteil 263 des Rahmens 205 und der Seitenwand 260 des ersten Gehäuseteiles 310 zusammengepresst wird, um zwischen diesen eine radiale Dichtung 172 zu bilden.
Während des Betriebes der in 9 dargestellten Ausführungsform tritt das Fluid in der Richtung 306 in den Eintrittsbereich 335 des zweiten Gehäuseteiles 315 des Gehäuses 300 ein. Das Fluid durchströmt die Filterkonstruktion 100. Während das Fluid die Filterkonstruktion 100 durchströmt, werden Verunreinigungen aus dem Fluid entfernt. Das Fluid verlässt das Gehäuse 300 im Austrittsbereich 330 in der Richtung 307. Das komprimierbare Dichtungselement 250 des Dichtungssystems 60 bildet eine radiale Dichtung 172, um zu verhindern, dass verunreinigtes Fluid aus dem Gehäuse 300 austritt ohne die Filterkonstruktion 100 durchflossen zu haben.
C. 17 und 18
Es sollte erkannt werden, dass das Filterpaket 50 zusätzliche Separatoren haben kann, um sicherzustellen, dass ein angemessener Grad der Filterung erreicht wird. Die Separatoren können entweder stromaufwärts von dem Filterpaket 50 oder stromabwärts von dem Filterpaket 50 angeordnet sein; abhängig von der speziellen Anwendung und der gewünschten Ergebnisse. Diese Separatoren können in einigen Ausführungsformen in Form von Vorreinigern oder Nachreinigern (z. B. Sicherheitsfiltern oder Sekundärfiltern) eingesetzt werden. Ferner können diese Separatoren in Form von Einschicht oder Mehrschicht Filtermedien eingesetzt werden und entweder stromaufwärts oder stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 angeordnet werden. Die in diesen Anwendungen eingesetzten Filtermedia werden üblicherweise aufgrund des gewünschten Filtergrades und der durch das Filtermedium bedingten Strömungswiderstände ausgewählt. Z. B., kann es bei gewissen Anwendungsformen vorkommen, dass es wünschenswert ist, große Partikel (d. h. große Müllstücke wie z. B. Blätter, Schmetterlinge, Schmutzklumpen o. dgl.) herauszufiltern, ohne weitere zusätzliche Strömungswiderstände hinzuzufügen. In diesen Anwendungsformen kann eine Mediumschicht, wie z. B. ein Sieb oder ein Rechen stromaufwärts von der Filterkonstruktion angeordnet werden. Es kann auch wünschenswert sein, unmittelbar stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 eine zusätzliche Filterung vorzusehen. Dies kann durch eine Schicht (oder mehrere Schichten) eines Filtermediums unmittelbar stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 erreicht werden.
Die Aufmerksamkeit sei auf 17 gerichtet. 17 zeigt eine alternative Ausführungsform des Filterpaketes 50 gekennzeichnet durch die Bezugszahl 50'. Das Filterpaket 50' ist analog zum Filterpaket 50 gemäß 1 konfiguriert und konstruiert, mit der Ausnahme, der ersten Strömungsfläche 105', die einer stromaufwärts angeordneten oder Eintrittsfläche 106' entspricht. 17 zeigt eine Vorderansicht des Filterpaketes 50' mit Sicht auf das stromaufwärtige Ende 106'. Bei dem in 17 dargestellten speziellen Filterpaket 50' ist die gesamte stromaufwärts gelegene Fläche 106' mit einer Schicht eines Filtermediums 107' abgedeckt, um große Partikel aus dem Gasstrom zu separieren, bevor der Gasstrom in die Filterkonstruktion 100 eintritt. Abhängig von der Anwendung und dem gewünschten Grad der Filtration und dem Strömungswiderstand können die verschiedensten Arten für das Medium 107' verwendet werden. In vielen typischen Anwendungen ist das Filtermedium 107' so bemessen, dass es die Separation von Partikeln, wie z. B. Schmetterlingen, Blättern, großen Schmutzklumpen und anderen Abfallarten erlaubt. Eine Filtermediumart, die für diese Zwecke einsetzbar ist, besitzt die folgenden Charakteristiken und Eigenschaften: Polyestermaterial; 50 Gew.% der Fasern mit ungefähr 15 Dernier und 50 Gew.% der Fasern mit ungefähr 6 Dernier; der die Fasern zusammenhaltende Binder ist ein ölbeständiger gummimodifizierter PVC; ein Basisgewicht von 224 g/m² (6,6 oz/yd²); eine Dicke von ungefähr 9,4 mm (0,37 inch) eine Durchlässigkeit von ungefähr 1068 m/min (3500 ft/m) mit einem 6,25 mm (0,5 inch) H₂O Strömungswiderstand.
Wie oben erwähnt, kann es auch wünschenswert sein, stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 eine Separation vorzusehen. Ein Beispiel ist in 18 dargestellt. 18 zeigt eine Frontansicht einer alternativen Ausführungsform des Filterpaketes 55 von der zweiten Strömungsfläche 110'' her. Das in 18 dargestellte Filterpaket 50'' ist analog zu dem Filterpaket 50 gemäß 1 konstruiert, jedoch mit der Ausnahme, dass ein zusätzlicher Separator 111'' stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 angeordnet ist. Obwohl eine Vielzahl von Ausführungsformen betrachtet wird, ist bei der speziellen Ausführungsform gemäß 18 der Separator 111'' in Form einer Mediumschicht 112'' stromabwärts von der Filterkonstruktion 110 angeordnet. Die Filtermediumschicht 112'' kann entweder unmittelbar benachbart und an der Filterkonstruktion 100 angeordnet sein, oder sie kann stromabwärts von dem Rahmen 205'' angeordnet sein. In der in 18 dargestellten Ausführungsform ist die Filtermediumschicht 112'' unmittelbar stromabwärts an der Filterkonstruktion 100 angeordnet. D. h., die Filtermediumschicht 112'' ist zwischen der Filterkonstruktion 100 und den Kreuzstreben 210'' des Rahmens 205'' angeordnet.
Die Art des verwendeten Filtermediums 112'' hängt von dem gewünschten Filterwirkungsgrad und dem Betrag des eingebrachten Strömungswiderstandes ab. Das Filtermedium 112'' kann aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten bestehen. In der in 18 dargestellten Ausführungsform besteht das Medium 112'' aus einem nicht gewebten, nicht gefalteten faserigen Tiefenmedium (englisch: depth media) 113''. Ein für Tiefenmedium 113'' verwendbares Material besitzt folgende Eigenschaften:

– 1 Schicht 136–163 g/m² (4,0–4,8 oz/yd²) Polyester-Fasern Tiefenmedium (depth media) (gemischte Fasern);
– 14–18 mm (0,55–0,70 inch) Dicke im freien Zustand (gemessen bei unter 1,4 mbar (0,002 psi) Kompression);
– durchschnittlicher Faserdurchmesser ungefähr 21,0 μm (Mengen gewichteter Durchschnitt) oder 16,3 μm (Längen gewichteter Durchschnitt);
– Durchlässigkeit (minimum) 152 m/min (500 ft/min);
– ungebundene Feststoffe ungefähr 0,6 bis 1,0%, üblicherweise ungefähr 0,7%.

Es ist beabsichtigt, dass es bei verschiedenen Ausführungsformen wünschenswert ist, ein Filterpaket 50 mit einem Vorfilter 107' und einem Nachfilter 111'' vorzusehen.
D. 10–15
Die Aufmerksamkeit sei auf 10 gelenkt. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Filterpaketes 450. In der dargestellten Ausführungsform besitzt das Filterpaket 450 ein Filtermedium 455 und ein Dichtungssystem 460. Das Filtermedium 455 ist ausgelegt, um Verunreinigungen aus einem Fluid, z. B. Luft zu entfernen, das das Filtermedium 455 durchströmt. Das Dichtungssystem 460 ist ausgelegt, um das Filtermedium 455 gegen ein Gehäuse oder einen Kanal abzudichten.
In speziellen bevorzugten Anordnungen ist das Filtermedium 455 in einer Filterkonstruktion 470 konfiguriert, die eine erste Strömungsfläche 471 und eine gegenüberliegende zweite Strömungsfläche 472 besitzt. In der in 11 dargestellten speziellen Ausführungsform ist die Filterkonstruktion 470 für Durchgangsströmung konfiguriert. D. h., wie oben beschrieben, dass das zu filternde Fluid in die erste Strömungsfläche 471 in einer Richtung 477 (10) eintritt, und die zweite Strömungsfläche 472 in der gleichen Richtung 478 (10) verlässt.
Die Filterkonstruktion 470 kann zahlreiche Konfigurationen und Querschnittformen haben. In der speziellen Ausführungsform gemäß 11 besitzt die Filterkonstruktion 470 einen nicht kreisförmigen Querschnitt. Insbesondere besitzt die in 11 dargestellte Ausführungsform der Filterkonstruktion 470 einen unrunden oder „rennbahn-förmigen" Querschnitt. Mit dem Begriff „rennbahn-förmiger" Querschnitt ist gemeint, dass die Filterkonstruktion 470 ein erstes halbkreisförmiges Ende 511 und ein zweites halbkreisförmiges Ende 512 besitzt, die durch ein Paar gerader Segmente 513, 514 miteinander verbunden sind.
Im Allgemeinen ist die Filterkonstruktion 470 eine gewickelte Konstruktion. D. h., die Filterkonstruktion 470 besteht aus einer Schicht eines Filtermediums, das vollständig und wiederholt um ein Zentrum gewickelt ist. Bei speziellen bevorzugten Ausführungsformen ist die gewickelte Konstruktion eine Spule, bei der eine Schicht eines Filtermediums mehrmals um ein Zentrum gewickelt ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Filterkonstruktion 470 eine gerollte Konstruktion, üblicherweise eine Rolle aus Filtermedium, z. B. durchlässigem gefalteten Filtermedium.
Es können viele verschiedene Arten zur Herstellung der Filtermediumkonstruktion 470 verwendet werden. Bei einigen Techniken wird ein einseitiges Filtermedium, wie z. B. das Filtermedium 122 gemäß 2 um eine zentrale Spindel oder eine andere Struktur, die ein Tragelement für die Wicklung darstellt, gewickelt. Die zentrale Spindel kann entfernt werden, oder belassen werden, um das Zentrum der Filterkonstruktion 470 einzurasten. Bei der speziellen Ausführungsform gemäß 11 ist ein zentraler Kern 454 dargestellt, der das Zentrum des Filtermediums 455 bildet.
In 10 und 11 sind bestimmte Teile 475 dargestellt, die die Falten einschließlich der offenen und der geschlossenen Ende zeigen. Es ist offensichtlich, dass dieser Teil oder dieser Abschnitt 475 die gesamte Strömungsfläche 472 reprä sentiert (sowie auch die erste Strömungsfläche 471). Zum Zwecke der Klarheit und der Vereinfachung sind die Falten nicht in den restlichen Teilen der Strömungsfläche 472 dargestellt. Draufsichten und Unteransichten und auch Seitenansichten des Filterpaketes 450, das in den hier beschriebenen Systemen und Vorrichtungen einsetzbar ist, sind in der gemeinsam eingereichten und gemeinsam zugeordneten US Patent Anmeldung Serien Nr. 29/101.139 , eingereicht am 26. Februar 1999 unter dem Titel „Filter Element Having Sealing System" beschrieben, die hiermit eingeschlossen wird.
Wie bei der Ausführungsform gemäß 1 besitzt das Filterpaket 450 ein Dichtungssystem 460. Bei bevorzugten Ausführungsformen besitzt das Dichtungssystem 460 einen Rahmen 605 und ein Dichtungselement 650.
Obwohl zahlreiche verschiedene Ausführungsformen hiermit beabsichtigt sind, ist eine spezielle Ausführungsform des Rahmens 605 in einer perspektivischen Ansicht in 12 dargestellt.
In der in 12 dargestellten speziellen Ausführungsform hat der Rahmen 605 eine nicht-kreisförmige Form, z. B. eine unrunde und insbesondere eine „Rennbahn" Form; er ist so angeordnet und konfiguriert, dass er an das zweite Ende 510 des Filtermediums 455 anbringbar ist. Insbesondere besitzt der Rahmen 605 einen Bund oder eine Schürze oder eine abwärts ragende Lippe 651, die im Allgemeinen „rennbahn-förmig" geformt ist. Die Lippe 651 erstreckt sich abwärts von einer Unterfläche 652 der Querstreben 610. Die Lippe 651 ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie sich radial um das zweite Ende 570 der Filterkonstruktion 470 erstreckt. Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Lippe 651 des Rahmen 605 radial um die zweite Endfläche der Filterkonstruktion 470 derart, dass sich die Lippe 651 von der Unterfläche 652 der Querstreben 610 des zweiten Endes 510 der Filterkonstruktion 470 einwärts erstreckt, wodurch ein Überlappungsbereich 555 (15) gebildet wird.
Der Rahmen 605 kann auf die verschiedensten Arten an der Filterkonstruktion 470 befestigt werden. Eine spezielle bequeme Art ist, den Rahmen 605 mit einem Kleber an der Filterkonstruktion 470 zu befestigen. In der dargestellten spezifischen Ausführungsform (15) ist der Kleber in dem vorher beschriebenen Überlappungsbereich 555 zwischen dem Rahmen 605 und der Filterkonstruktion 470 platziert.
Während des Betriebes der dargestellten Ausführungsformen werden auf den Umfang des Rahmens 605 nach innen gerichtete Kräfte ausgeübt. Die auf die halbkreisförmigen Enden 511, 512 nach innen wirkenden Kräfte können bewirken, dass sich die geraden Segmente 513, 514 biegen oder knicken. Eine strukturelle Eigenschaft des Rahmen 605 ist, das Knicken der geraden Segmente 513, 514 zu verhindern. Obwohl hierbei eine Vielfalt von Strukturen in Betracht zu ziehen ist, sind in der in 12 dargestellten speziellen Ausführungsform Kreuzstreben 610 vorgesehen, um die strukturelle Steife und die Stützung der geraden Segmente 513, 514 zu gewährleisten. Gemäß 12 bilden die speziellen Querstreben 610 zwischen den einander gegenüberliegenden geraden Segmenten 513, 514 ein Gitterwerk 612. Das Gitterwerk 612 besitzt mehrere steife Streben 614, die vorzugsweise als ein Teil mit dem restlichen Teil des Rahmens 605 geformt sind.
Bei gewissen bevorzugten Ausführungsformen ist der Rahmen 605 analog zum Rahmen 205 konstruiert. Demgemäß besitzt der Rahmen 605 gemäß 12 und 13 ein Spitzenteil 663. Bei bevorzugten Ausführungsformen dient das Spitzenteil 663 als ringförmiger Dichtungsträger. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Spitzenteil 663 die gleiche Querschnittkonfiguration wie die Filterkonstruktion 470. In der speziellen Ausführungsform gemäß 12 ist das Spitzenteil nicht-kreisförmig insbesondere „rennbahn-förmig". Bei bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die spezielle Ausführungsform gemäß 13 besitzt der Rahmen 605 zwischen dem Spitzenteil 663 und der abwärts ragenden Lippe 651 einen Bund 653. Der Bund 653 bildet einen Übergangsbereich zwischen der Querschnittsbreite der Lippe 651 und der schmaleren Querschnittsbreite des Spitzenteiles 663.
Bei bevorzugten Systemen besitzt das kompressible Dichtungselement 650 eine Struktur, die analog ist zu der Struktur des kompressiblen Dichtungselementes 250 gemäß 7.
Vorzugsweise wird das Filterpaket 450 in einen Kanal oder in ein Luftfiltergehäuse eingesetzt. Bei speziellen bevorzugten Anwendungsformen ist das Luftfiltergehäuse ein „in-line" Gehäuse. 14 zeigt einen Luftfilter 670 mit einer Ausführungsform eines „in-line" Gehäuses. Das in 14 dargestellte Gehäuse 672 besteht aus zwei Gehäuseteilen, einem Deckel 674 und einem Behälterteil 676. Der Deckel 674 bildet einen Lufteintritt 678. Der Behälterteil 676 bildet einen Luftaustritt 680. Das Gehäuse 672 beinhaltet ferner stromaufwärts von dem Filterpaket 450 ein Vorreinigungselement 679, ein solches Vorreinigungselement ist in US Patent Nr. 2,887,177 und 4,162,906 beschrieben und hiermit eingeschlossen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Vorreinigungselement 679 in dem Deckel 674 angeordnet. Der Deckel 674 besitzt einen Staubauswurf 681, der in dem Vorreinigungselement 679 angesammelten Staub und andere Verunreinigungen auswirft.
15 ist ein schematischer Querschnitt des Luftfilters 670 gemäß 14, in dem das eingebaute Filterpaket 450 dargestellt ist.
Das kompressible Dichtungselement 650 ist zwischen der Seitenwand 660 und dem Spitzenteil 663 des Rahmens 605 zusammengepresst. Durch den Presssitz des Filterpaketes 450 ist das kompressible Dichtungselement 650 zwischen dem Rahmen 605 (speziell in der besonderen dargestellten Ausführungsform des Spitzenteiles 663) und der Seitenwand 660 zusammengepresst. Nach der Zusammenpressung übt das kompressible Dichtungselement 650 eine Kraft auf die Seitenwand 660 aus, da das kompressible Dichtungselement 650 versucht sich nach außen in seinen Ausgangszustand auszudehnen; dadurch wird eine radiale Dichtung 685 mit der Seitenwand 660 gebildet.
E. Systeme und Betriebsverfahren
Die hier beschriebenen Filterkonstruktionen und Vorrichtungen sind in den verschiedensten Systemen einsetzbar. Eine spezielle Systemart 700 ist in 16 schematisch dargestellt. 16 zeigt schematisch ein Gerät 702, z. B. ein Fahrzeug mit deinem Motor 703 mit einem definierten Zuluftbedarf, z. B. mindestens 850 m³/h (500 cfm) und typischerweise 1190–2040 m³/h (700–1200 cfm). Das Gerät 702 kann ein Bus, ein Lastkraftwagen, ein Geländewagen, ein Traktor, ein Wasserfahrzeug, z. B. ein Motorboot o. dgl. sein. Der Motor 703 treibt das Gerät 702 unter Verwendung eines Luft-Brennstoff-Gemisches an. Gemäß 16 wird der Luftstrom im Eintrittsbereich 705 von dem Motor 703 angesaugt. Ein optionaler Turbolader 706, in gestrichelten Linien dargestellt, kann die Ansaugluft des Motors 703 aufladen. Ein Luftfilter 710 mit einer Filterkonstruktion 712 und einem Sekundärelement 713 ist stromaufwärts von dem Motor 703 und dem Turbolader 706 angeordnet. Im allgemeinen wird im Betrieb Luft in Richtung des Pfeils 714 in den Luftfilter 710, durch ein Primärelement 712 und durch das Sekundärelement 713 angesaugt. Dort werden Feststoffpartikel und Verunreinigungen aus der Luft entfernt. Die gereinigte Luft strömt stromabwärts in Richtung des Pfeils 716 in den Eintrittsbereich 705. Von dort strömt die Luft in den Motor 703, um das Gerät 702 anzutreiben.
F. Austausch und Ersatz
Bei bestimmten bevorzugten Anwendungsarten sind die hier beschriebenen Filterpakete entfernbar und austauschbar, in welchem System auch immer sie installiert sind. Z. B. kann das Filterpaket 50 bzw. das Filterpaket 650 in ein Luftfiltergehäuse gemäß 9 bzw. 15 eingesetzt sein. Nach einer bestimmten Betriebsstundenzahl ist das Filtermedium in der Filterkonstruktion verstopft und der Strömungswiderstand des Filterpaketes steigt an. Bei bevorzugten Anwendungsarten werden die Filterpakete periodisch ausgetauscht, um eine wirksame Entfernung der Feststoffpartikel aus dem Fluid ohne einen zu hohen Strömungswiderstand zu gewährleisten.
In einigen Anwendungsarten besitzen die hier beschriebenen Filterkonstruktionen eine visuelle Anzeige der Standzeit. Einige Systeme besitzen eine Strömungswiderstandsanzeige, um dem Anwender Informationen über den geeigneten Austauschzeitpunkt des Filterpaketes zu liefern.
Um die hier beschriebenen Luftfilterkonstruktionen zu warten, muss der Benutzer Zugang zu dem Filterpaket haben. Wenn z. B. das Luftfilterpaket in einem Luftfiltergehäuse, wie z. B. in 9 oder 15 dargestellt, eingesetzt ist, wird der Benutzer den Deckel von dem Gehäuseelement entriegeln und den Deckel von dem Gehäuseelement entfernen. Dadurch wird eine Öffnung freigegeben. Der Benutzer ergreift das Filterpaket und löst die radiale Dichtung, die zwischen dem Filterpaket und der Seitenwand des Gehäuses oder des Kanals besteht. Bei speziellen Systemen sind das Dichtungselement und das Gehäuse oder der Kanal so konstruiert, dass der Anwender eine Kraft von nicht mehr als ungefähr 36 kg (80 lbs), vorzugsweise nicht mehr als 22,7 kg (50 lbs) und bei einigen Anwendungsarten zwischen 6,8 und 18 kg (zwischen 15 und 40 lbs) aufbringen muss, um die radiale Dichtung zu lösen und das Filterpaket zu entfernen. Der Anwender zieht dann das Filterpaket durch die von dem Gehäusekörper gebildete Öffnung. Das alte Filterpaket kann dann entsorgt werden. Bei speziellen bevorzugten Systemen besteht das Filterpaket aus nicht-metallischen Materialien, so dass es leicht verbrennbar ist. In einigen bevorzugten Konstruktionen enthält das Filterpaket z. B. mindestens 95% und typischerweise mindestens 98% nicht-metallische Materialien.
Zur Installation eines neuen Filterpaketes ergreift der Anwender das Filterpaket und führt es durch eine Öffnung des Kanals oder des Gehäuses ein. Das Filterpaket wird soweit in die Öffnung eingeführt, bis das Dichtungselement an der inneren kreisförmigen Wand des Gehäuses derart zusammengepresst ist, dass es eine radiale Dichtung zwischen der Gehäusewand und dem Dichtungsträger des Rahmens bildet. Der Deckel wird dann über dem freiliegenden Ende des Filterpaketes positioniert, um die Öffnung zu verschließen. Der Deckel kann dann mit dem Gehäuseelement verriegelt werden.
G. Konstruktionsbeispiele
In diesem Abschnitt werden Beispiele von Konstruktions-Spezifikationen beschrieben. Diese Beschreibungen sind nur als Beispiele gedacht. Es ist eine große Mannigfaltigkeit alternativer Größen verwendbar.
1. 1–8
Die axiale Länge des Filtermediums 100 gemäß 2 liegt in einem Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch), und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 15 cm (6 inch). Der Außendurchmesser des Filtermediums 100 liegt in einem Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 38 cm (15 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 25 cm (10 inch).
Der Abstand (5) um den sich die abwärts ragende Lippe 251 des Rahmens 205 (5) einwärts über die zweite Strömungsfläche 110 (5) der Filterkonstruktion 100 erstreckt, liegt im Bereich von ungefähr 5 mm (0,2 inch) bis ungefähr 2,5 cm (1 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 1,5 cm (0,6 inch). Der Durchmesser der abwärts ragenden Lippe 251 liegt im Bereich von ungefähr 7 cm (3 inch) bis ungefähr 38 cm (15 inch) und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 25 cm (10 inch). Der Durchmesser des Spitzenteiles 263 liegt im Bereich von ungefähr 6 cm (2,5 inch) bis ungefähr 36 cm (14 inch) und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 24 cm (9,5 inch).
Das Filterelement besitzt eine Mediumfläche von mindestens ungefähr 0,5 m² (5 sq·ft) und typischerweise ungefähr 1,9–12 m² (20–130 sq·ft), z. B. ungefähr 4 m² (45 sq·ft). Es besitzt ein Volumen von nicht größer als ungefähr 28 dm³ (1,0 ft³) und typischerweise von ungefähr 0,9–14 dm³ (0,03–0,5 ft³) und z. B. ungefähr 5,7–11 dm³ (0,2–0,4 ft³).
2. 9
Der Durchmesser des Austrittsbereiches 330 (9) des ersten Gehäuseteiles 310 (9) liegt im Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 18 cm (7 inch). Der Durchmesser (9) des Eintrittsbereiches 335 (9) des zweiten Gehäuseteiles 315 (9) liegt im Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 15 cm (5,8 inch).
3. 10–14
Die axiale Länge der Filterkonstruktion 470 liegt im Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch) und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 15 cm (6 inch). Die halbkreisförmigen Enden 511, 512 haben einen Radius im Bereich von ungefähr 2,5 cm (1 inch) bis ungefähr 13 cm (5 inch) und haben in einem Beispiel einen Radius von ungefähr 7 cm (2,7 inch). Die geraden Segmente 513, 514 haben eine Länge größer als ungefähr 2,5 mm (1,0 inch) und in einem Beispiel beträgt die Länge ungefähr 12 cm (4,9 inch).
Vorzugsweise liegt der Abstand, um den sich der Rahmen 605 entlang der Filterkonstruktion 470 einwärts erstreckt im Bereich von ungefähr 5 mm (0,2 inch) bis ungefähr 2,5 cm (1 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 1,5 cm (0,6 inch).
Das Filterelement besitzt eine Filtermediumfläche von mindestens ungefähr 0,47 m² (5 sq·ft) und typischerweise ungefähr 1,9 bis ungefähr 12 m² (20–130 sq·ft), z. B. ungefähr 4,2 m² (45 sq·ft). Es besitzt ein Volumen von nicht größer als 28,3 dm³ (1,0 ft³) und typischerweise zwischen 0,9–14 dm³ (0,03–0,5 ft³), und z. B. ungefähr 5,7–11 dm³ (0,2–0,4 ft³).
H. Materialbeispiele
In diesem Abschnitt werden Beispiele verwendbarer Materialien beschrieben. Die spezielle Wahl jedes gegebenen Materials ist abhängig von der Filteranwendung. Mit anderen Worten, die spezielle Materialauswahl für die hier verwendeten Systeme wird von dem Systemkonstrukteur in Abhängigkeit von den Systemanforderungen entschieden. Es stehen die verschiedensten Materialien zur Verfügung. Der folgende Abschnitt beschreibt Beispiele von Materialien, die sich als geeignet erwiesen haben.
Das Medium 122 kann Zellulose enthalten. Ein Beispiel eines in den oben beschriebenen Systemen einsetzbaren Materials ist ein Zellulose-Filter-Medium mit folgenden Eigenschaften:

– Flächengewicht ungefähr 84,7 g/m² (45–55 lbs/3000 ft²) z.B. (48–54 lbs/3000 ft²);
– Dicke ungefähr 0,13–0,38 mm (0,005–0,015 inch), z. B. ungefähr 0,25 mm (0,010 inch);
– Frazier Durchlässigkeit ungefähr 6–7,6 m/min (20–25 ft/min) z. B. ungefähr 6,7 m/min (22 ft/min);
– Porengröße ungefähr 55–65 μm, z. B. ungefähr 62 μm;
– Reißfestigkeit im nassen Zustand mindestens ungefähr 8 kg/cm (7 lbs/inch), z. B. 9,7 kg/cm (8,5 lbs/inch);
– Berstfestigkeit nass aus der Maschine ungefähr 1,0–1,7 bar (15–25 psi), z. B. ungefähr 1,6 bar (23 psi).

Das Zellulosemedium kann mit feinen Fasern verstärkt sein, z. B. mit Fasern einer Größe (Durchmesser) von 5 μm oder weniger und in einigen Fällen in unter-μm-Bereich. Es können die verschiedensten Verfahren verwendet werden, um die feinen Fasern in das Medium einzubringen. Einige dieser Verfahren sind z. B. im US Patent 5.423.892 , Spalte 32, Zeile 48–60 charakterisiert. Mehr spezifisch sind solche Verfahren in den US-Patenten Nr. 3,878,014 , 3,676,242 , 3,841,953 und 3,849,241 beschrieben. Eine Alternative ist ein Betriebsgeheimnis, bei dem ein feines polymerisches Faservlies über konventionelle Media gelegt wird, welches als Betriebsgeheimnis von der Firma Donaldson Company unter der Bezeichnung ULTRA-WEB^® praktiziert wird. Im Hinblick auf die Konfiguration des Dichtungselementes und der Handhabung des Dichtungssystems gibt es keine besonderen Präferenzen hinsichtlich: der Herstellung der feinen Fasern; und des speziellen Verfahrens zur Einbringung der feinen Fasern. Es werden ausreichend feine Fasern eingebracht, bis die resultierende Mediumkonstruktion die folgenden Eigenschaften besitzt: Anfangswirkungsgrad 99,5% im Durchschnitt, mit keinem individuellen Test unter 90%, gemäß SAE J726C mit SAE feinem Staub; und einen Gesamtwirkungsgrad von 99,98% im Durchschnitt gemäß SAE J726C.
Der Rahmen 205 (5) wird aus einem Material hergestellt, das strukturelle Festigkeit gewährleistet und nicht kriecht. Der Rahmen 205 wird aus einem nicht-metallischen Material hergestellt, das umweltfreundlich und entweder wiederverwertbar oder leicht zu verbrennen ist. Der Rahmen 205 kann aus den meisten Kunststoffen, z. B. Glasfaser verstärkten Kunststoffen hergestellt werden. Ein verwendbarer Faser verstärkter Kunststoff ist Propylen oder Nylon. Natürlich können auch andere geeignete Materialien verwendet werden.
Das kompressible Dichtungselement 250 (6) kann aus den verschiedensten Materialien hergestellt werden. Es gibt keine besondere Präferenz, vorausgesetzt, dass das Dichtungselement 250 in der richtigen Position unter Kompression eine Dichtung bildet. Ein brauchbares Material ist ein weiches polymerisches Material, z. B. Urethan Schaumstoff. Ein Beispiel brauchbaren Materials schließt Polyurethan Schaumstoff ein, der zu einem Endprodukt verarbeitet eine Form-(„as molded")Dichte von 14–22 lbs/cubic ft besitzt. Polyurethan Schaumstoffe sind von mehreren Quellen beziehbar, z. B. BASF Corporation, Wyandotte, Michigan, USA. Ein Beispiel eines Polyurethan Schaumstoffes enthält ein Material, das mit I35453R Harz und I3050U Isocyanat hergestellt ist, das von der BASF Corporation exklusiv an den Anmelder Donaldson verkauft wird.
Die Materialien sollten in einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen I35453 – Harz zu 36,2 Teilen I3050U – Isocyanat gemischt werden. Das spezifische Gewicht des Harzes ist 1,04 (8,7 pounds/gallon) und des Isocyanats ist 1,20 kg/l (10 pounds/gallon). Die Materialien werden typischerweise mit einem hochdynamischen Schermixer gemischt. Die Komponenten Temperaturen sollten 21–35°C (70–95°F) sein. Die Formen Temperaturen sollten 46–57°C (115–135°F) sein.
Das Harz-Material I35453R hat folgende Spezifikation:
(a) Durchschnittliches Molekulargewicht

(1) Basis Polyäther Polyol = 500–15.000
(2) Diole = 60–10.000
(3) Triole = 500–15.000

(b) Durchschnitts-Funktionalität

1) Gesamt-System = 1,5–3,2

(c) Hydroxylzahl

1) Gesamt-System = 100–300

(d) Katalysatoren

1) Amine = Luft-Produkte 0,1–3,0 PPH
2) Zinn = Witco 0,01–0,5 PPH

(e) Tenside

1) Gesamt-System = 0,1–2,0 PPH

(f) Wasser

1) Gesamt-System = 0,03–3,0 PPH

(g) Pigmente/Farbstoffe

1) Gesamt-System = 1–5% Russ

(h) Treibmittel

1) 0,1–6,0% HFC 134A

Das I3050U Isocyanat hat folgende Spezifikation:

(a) NCO Anteil = 22,4–23,4 Gew.%
(b) Viskosität, cps bei 25°C = 600–800
(c) Dichte = 1,21 g/cm³ bei 25°C
(d) Siedebeginn = 190°C bei 5 mm Hg
(e) Dampfdruck = 0,0002 Hg bei 25°C
(f) Aussehen = farblose Flüssigkeit
(g) Flammpunkt (Densky-Martins closed cup) = 200°C

Die vorangegangene Beschreibung ist eine komplette Beschreibung der Prinzipien der Erfindung. Ohne von den beschriebenen Prinzipien abzuweichen sind zahlreiche modifizierte Ausführungsformen möglich.
Im Folgenden werden mehrere erfindungsgemäße Eigenschaften hervorgehoben, wie etwa:
Eine Filterelementanordnung besitzt: ein Medium mit ersten und zweiten, gegenüber liegenden Enden; eine erste Strömungsfläche an dem ersten Ende und eine zweite Strömungsfläche an dem zweiten Ende; ein Dichtungssystem mit einem Rahmen und einem Dichtungselement, wobei: der Rahmen eine Verlängerung oder Erhebung besitzt, die in axialer Richtung von der ersten oder der zweiten Strömungsfläche wegragt; das Dichtungselement von der Erhebung des Rahmens getragen wird; und mindestens ein Teil des Dichtungselementes radial von der Erhebung des Rahmens wegragt.
Alternativ kann eine Filterelementanordnung besitzen: ein Medium mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Enden; ein Dichtungssystem mit einem Rahmen und einem Dichtungselement, wobei: der Rahmen eine Erhebung besitzt, die in axialer Richtung von der ersten oder der zweiten Strömungsfläche wegragt; das Dichtungselement von der Erhebung des Rahmens getragen wird; und mindestens ein dichtender Teil des Dichtungselementes radial von der Erhebung des Rahmens wegragt, wobei: der dichtende Teil eine Dichtung bildet, wenn er lösbar gegen eine dichtende Fläche eines Luftfilters oder Luftreinigers gepresst wird; und der dichtende Teil radial benachbart frei von Medium ist.
In einer dieser Filterelementanordnungen kann die Erhebung eine Ringkonstruktion mit einer äußeren radialen Oberfläche besitzen; wobei der dichtende Teil des Dichtungselementes gegen die äußere radiale Oberfläche gerichtet ist. Ferner kann die Ringkonstruktion eine der äußeren radialen Oberfläche gegenüber liegende innere radiale Oberfläche und eine Stirnfläche besitzen; wobei das Dichtungselement gegen die äußere radiale Oberfläche, die Stirnfläche und die innere radiale Oberfläche gerichtet ist.
In einer Filterelementanordnung gemäß eines jeden der o. g. Vorschläge kann die Ringkonstruktion einen Umfang definieren, wobei: das Filtermedium innerhalb des Umfangs der Ringkonstruktion liegt.
In einer Filterelementanordnung gemäß des zweiten Vorschlags besitzt das Medium eine erste Strömungsfläche an dem o. g. ersten Ende und eine zweite Strömungsfläche an dem o. g. zweiten Ende; wobei die Erhebung axial von der ersten Strömungsfläche oder der zweiten Strömungsfläche wegragt.
Bevorzugt wird eine Filterelementanordnung gemäß eines jeden der o. g. Vorschläge, bei der das Medium mehrere Rillenkammern besitzt, wobei jede der Rillen benachbart zu der ersten Strömungsfläche ein erstes Endteil und benachbart zur zweiten Strömungsfläche ein zweites Endteil besitzt, wobei: ausgewählte Rillen an dem ersten Endteil offen und an dem zweiten Endteil geschlossen sind; und andere ausgewählte Rillen an dem ersten Endteil geschlossen und an dem zweiten Endteil offen sind.
Ferner kann in einer solchen Filterelementanordnung das Medium einen äußeren Umfang besitzen und der Rahmen ein Lippenelement besitzen, das den äußeren Umfang umgibt und an dem äußeren Umfang befestigt ist; wobei die Erhebung des Rahmens von dem Lippenelement wegragt.
Vorzugsweise besitzt in der o. g. Filterelementanordnung die Erhebung eine Ringkonstruktion mit einer äußeren radialen Oberfläche, einer gegenüber liegenden inneren radialen Oberfläche und einer Stirnfläche; wobei das Dichtungselement gegen die äußere radiale Oberfläche, die Stirnfläche und die innere radiale Oberfläche gerichtet ist.
Bei einer modifizierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filterelementanordnung besitzt das Dichtungselement eine stufenförmige Querschnitts-Konfiguration, wobei die Stufen von der Stirnfläche der Erhebung zum Lippenelement hin ansteigen.
Ferner können das Medium und der Rahmen einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.
In der gerade erwähnten Filterelementanordnung kann das Lippenelement einen Durchmesser besitzen, der größer ist als der Durchmesser der Ringkonstruktion.
Vorzugsweise besitzt das Medium und der Rahmen einen Querschnitt mit einem Paar gekrümmter Enden, die durch ein Paar gerader Segmente miteinander verbunden sind.
Optional kann der Rahmen radiale tragende Kreuzstreben besitzen.
Bei einer anderen optionalen Ausführungsform enthält das Dichtungselement zusammendrückbaren Polyurethan-Schaum.
Ferner kann in der o. g. Filterelementanordnung das Dichtungselement Polyurethan-Schaum mit einer Anfangsdichte von nicht mehr als 352 kg/m³ (22 lbs/ft³) nach dem Formen enthalten.
Gemäß anderer Aspekte der Erfindung wird ein Zuluftsystem eines Motors mit einer operativ darin installierten o. g. Filterelementanordnung vorgeschlagen; wobei die Filterelementanordnung ein Medium mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Strömungsflächen, und ein Dichtungssystem mit einem Rahmen und einem Dichtungselement besitzt; wobei der Rahmen eine Erhebung besitzt, die in axialer Richtung von der ersten oder der zweiten Strömungsfläche wegragt, und das Dichtungselement von der Erhebung des Rahmens getragen wird; wobei der Motor einen Nennzuluftstrom von mindestens 500 cfm und ein Lufteinlass-System besitzt; wobei das Medium der Filterelementanordnung in Strömungsverbindung mit dem Lufteinlass-System steht; das Medium so konstruiert und angeordnet ist, dass Luft durch die erste Strömungsfläche in das Medium strömt, und die Luft durch die zweite Strömungsfläche aus dem Medium austritt; und von dem Dichtungselement eine radiale Dichtung zwischen und gegen die Erhebung und einem Luftreiniger gebildet wird.
Alternativ kann das Zuluftsystem eines Motors eine operativ darin installierte Filterelementanordnung der o. g. zweiten Ausführungsform besitzen, wobei die Filterelementanordnung ein Medium mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Enden, und ein Dichtungssystem mit einem Rahmen und einem Dichtungselement besitzen kann; wobei der Rahmen eine Erhebung besitzt, die in axialer Richtung von dem ersten oder dem zweiten Ende wegragt; das Dichtungselement von der Erhebung des Rahmens getragen wird; mindestens ein dichtender Teil des Dichtungselementes radial von dem Rahmen wegragt; der dichtende Teil eine Dichtung bildet, wenn er lösbar gegen eine dichtende Fläche eines Luftreinigers gepresst wird; der dichtende Teil radial benachbart dazu frei von Medium ist; wobei ferner das Motorzuluft-System einen Motor versorgt, der einen Nennzuluftstrom von mindestens 500 cfm und ein Lufteinlass-System besitzt; das Medium der Filterelementanordnung in Strömungs-Verbindung mit dem Lufteinlass-System steht; und eine radiale Dichtung, von dem Dichtungselement zwischen und gegen die Erhebung und einem Luftreiniger gebildet wird, wobei kein Medium dem dichtenden Teil radial benachbart ist.
In dem o. g. System besitzt der Luftreiniger eine interne ringförmige Dichtungsfläche; und das Dichtungselement ist von der Dichtungsfläche umgeben; wobei die radiale Dichtung durch ein Zusammendrücken des Dichtungselementes zwischen der und gegen die dichtende Oberfläche und der Erhebung des Rahmens gebildet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Systeme besitzt das Medium erste und zweite gegenüberliegende Strömungsflächen; wobei die erste Strömungsfläche an dem ersten Ende und die zweite Strömungsfläche an dem zweiten Ende angeordnet ist; das Medium mehrere Rillen besitzt, wobei jede der Rillen benachbart zu der ersten Strömungsfläche ein stromaufwärtiges Teil und benachbart zu der zweiten Strömungsfläche ein stromabwärtiges Teil besitzt, wobei ausgewählte Rillen an dem stromaufwärtigen Teil offen und an dem stromabwärtigen Teil geschlossen sind; und andere ausgewählte Wellenkammern oder Ril len an dem stromaufwärtigen Teil geschlossen und an dem stromabwärtigen Teil offen sind.
Vorzugsweise ist bei dem letztgenannten System der Rahmen benachbart zur zweiten Strömungsfläche an der Mediumpackung befestigt; wobei die genannte Erhebung axial von der zweiten Strömungsfläche wegragt.
In dem o. g. System kann das Filtermedium mehrere Wellenkammern oder Rillen besitzen; wobei jede Rille benachbart zu der ersten Strömungsfläche einen stromaufwärtigen Teil und benachbart zu der zweiten Strömungsfläche einen stromabwärtigen Teil besitzt; wobei ausgewählte Rillen an dem stromaufwärtigen Teil offen und an dem stromabwärtigen Teil geschlossen sind; und andere ausgewählte Rillen an dem stromaufwärtigen Teil geschlossen und an dem stromabwärtigen Teil offen sind.
In dem o. g. System besitzt das Filtermedium einen äußeren Umfang; und der Rahmen besitzt ein Lippenelement, das den äußeren Umfang umgibt und an dem äußeren Umfang befestigt ist, wobei die Erhebung des Rahmens von dem Lippenelement wegragt.
Optional besitzt in dem o. g. System die o. g. Erhebung eine Stirnfläche, eine äußere Oberfläche und eine gegenüber liegende innere Oberfläche; und das Dichtungselement besitzt einen ersten Teil, der mindestens gegen die äußere Oberfläche der Erhebung gerichtet ist. Vorzugsweise besitzt das o. g. Dichtungselement einen zweiten Teil, der gegen die Stirnfläche gerichtet ist; und einen dritten Teil, der gegen die innere Oberfläche gerichtet ist. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen werden, dass das Dichtungselement um mindestens 15% zwischen der und gegen die Erhebung und den Luftkanal zusammengedrückt wird, um die Radialdichtung zu bilden.
In dem System kann die o. g. Filterelementanordnung einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.
Die o. g. Filterelementanordnung des o. g. Systems kann einen Querschnitt mit einem Paar gekrümmter Enden, die durch ein Paar gerader Segmente miteinander verbunden sind, besitzen.
In dem o. g. System kann der o. g. Luftreiniger ein Austrittsrohr besitzen, mit dem die radiale Dichtung gebildet wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Wartung eines Filterelementes vorgeschlagen, das die Verfahrensschritte beinhaltet: Einsetzen eines Filterelementes mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Strömungsfläche und eines Dichtungssystems in einen Kanal, wobei das Dichtungssystem einen Rahmen und ein Dichtungselement besitzt; der Rahmen eine Erhebung besitzt, die axial von der ersten oder der zweiten Strömungsfläche wegragt; das Dichtungselement von der Erhebung des Rahmens getragen wird; und Zusammendrücken des Dichtungselementes zwischen der und gegen die Erhebung des Rahmens und des Kanals um eine Radialdichtung zu bilden.
Vorzugsweise beinhaltet der o. g. Verfahrensschritt des Zusammendrückens des Dichtungselementes ein Zusammendrücken des Dichtungselementes zwischen der und gegen die äußere Oberfläche der Erhebung und des Kanals. Optional kann das o. g. Verfahren vor dem o. g. Verfahrensschritt des Einsetzens den Verfahrensschritt des Öffnens des Kanals durch das Entfernen eines Deckels von einem Gehäuseelement eines Luftreinigergehäuses beinhalten; wobei der Kanal von einer inneren Oberfläche des Gehäuseelementes gebildet wird.
Nach dem Verfahrensschritt des Zusammendrückens des Dichtungselementes kann das Verfahren den Verfahrensschritt des Positionierens des Deckels über dem Gehäuseelement und dem Filterelement beinhalten.
In dem o. g. Verfahren kann der Schritt des Einsetzens das Einsetzen eines Filterelementes mit mehreren Rillen beinhalten; wobei jede der Rillen einen ersten Endteil benachbart zum ersten Ende und einen zweiten Endteil benachbart zum zweiten Ende besitzt; ausgewählte Rillen an dem ersten Endteil offen und an dem zweiten Endteil geschlossen sind; und andere ausgewählte Rillen an dem ersten Enteil geschlossen und an dem zweiten Endteil offen sind.
Es ist bevorzugt, dass der Schritt des Zusammendrückens des Dichtungselementes ein Zusammendrücken des Dichtungselementes um mindestens 15% zwischen der und gegen die Erhebung und den Kanal beinhaltet. Auch kann der Schritt des Einsetzens eines Filterelementes das Einsetzen eines Filterelementes mit einem kreisförmigen Querschnitt beinhalten.
Alternativ beinhaltet der Verfahrensschritt des Einsetzens eines Filterelementes das Einsetzen eines Filterelementes mit einem Querschnitt mit einem Paar gekrümmter Enden, die durch ein Paar gerader Segmente miteinander verbunden sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Filterelementanordnung. Das Verfahren beinhaltet die Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Dichtungssystems mit einem Rahmen und einem Dichtungselement; Bereitstellen einer Mediumkonstruktion mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Strömungsfläche; und Befestigen des Dichtungssystems an der ersten oder der zweiten Strömungsfläche der Mediumkonstruktion.
In dem Verfahren beinhaltet der Schritt des Bereitstellens des Dichtungssystems die Bereitstellung eines Systems, bei dem der Rahmen eine Erhebung besitzt; das Dichtungselement von der Erhebung getragen wird; und mindestens ein Teil des Dichtungselementes radial über die Erhebung hinausragt.
Der Schritt des Befestigens des Dichtungssystems kann eine Orientierung des Dichtungssystems relativ zu der Filtermedium-Konstruktion beinhalten, so dass die Erhebung des Rahmens von der ersten oder der zweiten Strömungsfläche axial wegragt.
Das Fertigungsverfahren kann ferner den Verfahrensschritt des Befestigens des Dichtungssystems an der Filtermedium-Konstruktion beinhalten; wobei der Verfahrensschritt des Befestigens die Verwendung von Klebstoff zur Befestigung des Dichtungssystems an der Filtermedium-Konstruktion beinhalten kann.
Bei einem Fertigungsverfahren sind die folgenden Optionen möglich: der Verfahrensschritt des Bereitstellens einer Filtermedium-Konstruktion beinhaltet das Be reitstellen einer Filtermedium-Konstruktion mit einem äußeren Umfang; der Verfahrensschritt des Bereitstellens eines Dichtungssystems beinhaltet die Bereitstellung eines Rahmens mit einem Lippenelement; und der Verfahrensschritt des Befestigens beinhaltet eine Orientierung des Lippenelementes über den äußeren Umfang der Filtermedium-Konstruktion.
In dem Fertigungsverfahren kann der Schritt des Bereitstellens eines Dichtungssystems die Bereitstellung einer Erhebung beinhalten, mit einer Ringkonstruktion, die eine äußere radiale Oberfläche, eine gegenüberliegende innere radiale Oberfläche und eine Stirnfläche besitzt, wobei das Dichtungselement gegen die äußere radiale Oberfläche, die Stirnfläche und die innere radiale Oberfläche gerichtet ist.
Optional kann in dem Fertigungsverfahren der Schritt des Bereitstellens der Filtermedium-Konstruktion ein Bereitstellen eines Filtermediums mit mehreren Faltenkammern beinhalten, wobei jede der Faltenkammern einen ersten Endteil benachbart zu dem ersten Ende und einen zweiten Endteil benachbart zu dem zweiten Ende besitzt, wobei ausgewählte Faltenkammern an dem ersten Endteil offen und an dem zweiten Endteil geschlossen sind; und andere ausgewählte Faltenkammern an dem ersten Endteil geschlossen und an dem zweiten Endteil offen sind.

Claims

Filterelement-Anordnung (50, 450) zum Einsatz in einem Luftfiltergehäuse (305, 672) mit einer internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660); wobei die Filterelement-Anordnung (50, 450) durch eine axiale Bewegung der Filterelement-Anordnung (50, 450) innerhalb des Gehäuses (305, 672) relativ zur internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660) des Gehäuses (305, 672) austauschbar ist, gekennzeichnet durch: (a) eine gewickelte Mediumkonstruktion (125, 470) bestehend aus einer mit einem unteren Deckblatt (132) verbundenen und in einer Rolle konfigurierten Wellenschicht (123), wobei: (i) die gewickelte Mediumkonstruktion (125, 470) ein erstes und ein zweites Ende besitzt; und an dem ersten Ende eine erste Strömungsfläche (105, 471) und an dem zweiten Ende eine zweite Strömungsfläche (110, 472) besitzt; (ii) das Medium in der gewickelten Mediumkonstruktion (125, 470) mehrere Wellenkammern (124) bildet; und jede der Wellenkammern (124) ein erstes an der ersten Strömungsfläche (105, 471) angeordnetes Ende (146) und ein zweites an der zweiten Strömungsfläche (110, 472) angeordnetes Ende (148) besitzt, wobei; (A) eine erste Gruppe (136) ausgewählter Wellenkammern (124) an dem ersten Ende (146) offen und an dem zweiten Ende (148) geschlossen sind; und (B) eine zweite Gruppe (134) ausgewählter Wellenkammern (124) an dem ersten Ende (146) verschlossen und an dem zweiten Ende (148) offen sind; und b) ein Dichtungssystem (60, 460) mit einem Dichtungselement (250, 650) und einer Rahmenkonstruktion (170) oder einem Rahmen (205, 605), der um eines der ersten und der zweiten Enden der gewickelten Mediakonstruktion angeordnet ist, wobei: (i) der Rahmen (205, 605) eine anhängende Lippe (251, 651) und ferner eine Verlängerung (174) mit einem Spitzenteil (263, 663) besitzt, der in axialer Richtung von einer der ersten und der zweiten Strömungsflächen weg ragt und ferner eine Schulter (253) besitzt, die einen Übergangsbereich zwischen der Querschnittsbreite der anhängenden Lippe (251, 651) und der kleineren Querschnittsbreite des Spitzenteils (263, 663) bildet, wobei: (A) der Spitzenteil (263, 663) des Rahmens (170, 205, 605) eine äußere Umfangsfläche (178) besitzt; und (B) der Spitzenteil (263, 663) des Rahmens (170, 205, 605) einen ringförmigen Dichtungsträger für das Dichtungselement (250, 650) bildet; und (ii) das Dichtungselement (250, 650) auf der Verlängerung (174, 663) des Rahmens (170, 205, 605) angeordnet ist und von der Verlängerung (174, 663) des Rahmens (170, 205, 605) getragen wird, wobei: (A) mindestens ein Teil des Dichtungselementes (250, 650) um die äußere Umfangsfläche (178) des Spitzenteils (263, 663) positioniert ist; und (B) das Dichtungselement (250, 650) mit einer nach außen gerichteten peripheren Dichtfläche so ausgerichtet ist, dass es eine lösbare periphere Dichtung (172, 685) zwischen der Filterelement-Anordnung (50, 450) und einer Gehäuse internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660) bildet, resultierend aus einer axialen Einführung der Filterelement-Anordnung (50, 450) in einen dichtenden Eingriff mit der internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660) des Luftfiltergehäuses (305, 672).
Filterelement-Anordnung (450) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die gewickelte Mediumkonstruktion (470) einen Querschnitt mit einem Paar gekrümmter Enden (511, 512) besitzt, die mit einem Paar gerader Segmente (513, 514) verbunden sind.
Filterelement-Anordnung (450) gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenteil (663) des Rahmens ein Paar gekrümmter Enden besitzt, die mit einem Paar gerader Segmente verbunden sind
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (170, 205, 605) radiale tragende Kreuzstreben (210, 610) besitzt.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen gerichtete periphere Oberfläche des Dichtungselementes (250, 650) in einer Querschnittskonfiguration Stufen (266, 267, 268) besitzt, die von der Endspitze (180) der Verlängerung (174, 663) zu dem Lippenelement (251, 651) ansteigen.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (174) ein endloses Element ist, das eine geschlossene Schleifenkonstruktion (182) bildet.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass: (a) der Spitzenteil (263, 663) des Rahmens eine Endspitze (180), eine äußere Fläche (178) und eine gegenüberliegende innere Fläche (176) besitzt; und (b) das Dichtungselement (250, 650) einen ersten Teil, der gegen die äußere Fläche (178) des Spitzenteils (263, 663) orientiert ist; einen zweiten Teil, der gegen die Endspitze (180) orientiert ist; und einen dritten Teil, der gegen die Innenfläche (184) orientiert ist, besitzt.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass sie betriebsmäßig in ein Luftfiltergehäuse (305, 672) eines Motors (703) mit einem ungefähren Auslegungs-Luftbedarf von mindestens 850 m³/h (500 cfm) durch die Filterelement-Anordnung (50, 450) eingesetzt ist.
Filterelement-Anordnung (50, 450) betriebsmäßig installiert gemäß Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (250, 650) um mindestens 15% zwischen der Verlängerung (174, 663) des Rahmens und einer Seitenwand (260, 660) des Luftfiltergehäuses (305, 672) zusammengedrückt wird.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (250, 650) zusammendrückbaren Polyurethan Schaum enthält.