DE102016002248B4

DE102016002248B4 - Filterelement und Filteranordnung

Info

Publication number: DE102016002248B4
Application number: DE102016002248.5A
Authority: DE
Inventors: Dennis Stark; Oliver Steins
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2036-02-27
Also published as: DE102016002248A1

Abstract

Filterelement (2), mit einem gefalteten Filtermedium (23), das um einen Aufnahmeraum (29) zum Aufnehmen eines Sekundärfilterelements (3) in dem Filterelement (2) umläuft, wobei der Aufnahmeraum (29) eine Außenkontur (33) umfasst, die von Faltkanten (54) des Filtermediums (23) definiert ist, wobei das Filterelement (2) einen symmetrischen, ovalen Querschnitt mit einer Langseite (LS) und einer Kurzseite (KS) aufweist und wobei das Filtermedium (23) an der Langseite (LS) Filterfalten (50) mit einer variablen Faltenhöhe (h50) aufweist, derart, dass sich die Außenkontur (33) des Aufnahmeraums (29) mittig bezüglich der Langseite (LS) aufweitet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement und eine Filteranordnung mit einem derartigen Filterelement.
Stand der Technik
Eine Filterelementanordnung, beispielsweise zum Filtern von Luft oder von flüssigen Betriebsmitteln eines Fahrzeugs, kann ein Hauptfilterelement und ein in dem Hauptfilterelement aufgenommenes Sekundärfilterelement aufweisen. Das Sekundärfilterelement dient im Wesentlichen dazu, bei einem Austausch des Hauptfilterelements eine Verunreinigung einer Reinseite der Filterelementanordnung mit zu filterndem Rohfluid zu verhindern.
Die EP 2 227 307 B1 beschreibt eine derartige Filteranordnung, wobei sowohl das Sekundärfilterelement als auch das Hauptfilterelement eine zylinderförmige Geometrie mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Das in dem Hauptfilterelement aufgenommene Sekundärfilterelement ist in ein Filtergehäuse der Filteranordnung eingeschraubt. Aus DE10 2004 028 016 A1 ist ein Ansauggeräuschdämpfer mit Filterelementen bekannt. Aus US 2007/01 57 589 A1 ist ein Filter mit variablen Faltentiefen bekannt. Aus der DE 199 54 174 A1 ist ein ovales Filtersystem mit Vorabscheider bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Filterelement zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Filterelement, insbesondere ein Luftfilterelement, nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
Das Filterelement ist insbesondere dazu eingerichtet, Fluide, wie beispielsweise Luft oder andere Gase, Flüssigkeiten, insbesondere flüssige Betriebsmittel eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie Öl, Wasser, Diesel, Benzin, Kerosin oder Harnstofflösung zu filtern. Insbesondere ist das Filterelement ein Luftfilterelement. Das Filterelement ist insbesondere dazu geeignet, Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine landwirtschaftliche Maschine, einen Lastkraftwagen oder eine Baumaschine, zu filtern. Das Filterelement kann Anwendung in Kraftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baumaschinen, Luftfahrzeugen oder dergleichen finden. Ferner kann das Filterelement auch bei immobilen Anwendungen, wie beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden.
Das Filterelement und das Sekundärfilterelement können Teil einer Filteranordnung sein, wobei das Filterelement angepasst ist, ein im Querschnitt rundes Sekundärfilterelement aufzunehmen. Insbesondere ist das Filterelement dazu eingerichtet, das im Querschnitt runde Sekundärfilterelement aufzunehmen. Das Filterelement kann auch als erstes Filterelement, Hauptfilterelement, Primärfilterelement, Primärelement oder Hauptelement bezeichnet werden. Der Aufnahmeraum kann definiert sein durch die innen liegenden Faltkanten des Filtermediums. Das Sekundärfilterelement kann auch als zweites Filterelement, Sekundärelement, Nebenelement oder Nebenfilterelement bezeichnet werden. Der Aufnahmeraum des Filterelements ist bevorzugt definiert oder begrenzt durch ein Mittelrohr des Filterelements. Das Mittelrohr dient bevorzugt zur Abstützung des Filtermediums an den innen liegenden Faltkanten des Filtermediums. Unter oval kann vorliegend ein rechteckiger Querschnitt mit verrundeten Ecken, ein elliptischer Querschnitt oder ein aus mehreren Kreisbögen gebildeter Querschnitt verstanden werden. Der Querschnitt ist symmetrisch aufgebaut. Hierbei weist der Querschnitt bevorzugt eine Hauptsymmetrieachse und eine senkrecht zu der Hauptsymmetrieachse positionierte Nebensymmetrieachse auf. Insbesondere ist der Querschnitt sowohl zu der Hauptsymmetrieachse als auch zu der Nebensymmetrieachse symmetrisch. Der Querschnitt ist vorzugsweise geschlossen. Eine Längenausdehnung des Querschnitts in Richtung der Hauptsymmetrieachse, das heißt, entlang der Langseite, ist vorzugsweise größer als eine Längenausdehnung des Querschnitts in Richtung der Nebensymmetrieachse, das heißt, entlang einer Kurzseite des ovalen Querschnitts des Filterelements. Das Sekundärfilterelement weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf. Das Sekundärfilterelement kann auch einen ovalen Querschnitt umfassen.
Das Filtermedium weist insbesondere Filterfalten auf, von denen jede zwei Faltabschnitte umfasst, die durch Faltkanten begrenzt oder definiert sind. Die Faltenhöhe der Filterfalten ist definiert als der direkte Abstand zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Faltkanten einer Filterfalte. Das heißt, die Faltenhöhe entspricht nicht einer Faltabschnittlänge der Faltabschnitte. Die Faltenhöhe an der Langseite kann 10 Millimeter bis 60 Millimeter betragen. Unter einer variablen Faltenhöhe ist zu verstehen, dass die Faltenhöhe an und insbesondere entlang der Langseite nicht konstant ist, sondern dass Filterfalten vorgesehen sein können, die insbesondere abschnittsweise eine unterschiedliche Faltenhöhe aufweisen. Dabei kann die Faltenhöhe sprunghaft, das heißt, von einer ersten Filterfalte zu einer dieser benachbart angeordneten zweiten Filterfalte oder graduell, das heißt, entlang einer Vielzahl von aneinander gereihten Filterfalten geändert werden. Weiterhin kann auch eine Packungsdichte der Filterfalten, das heißt, die Anzahl der Filterfalten pro Längeneinheit, variabel sein. Hierdurch kann die Faltgeometrie an eine Außenkontur des Aufnahmeraums angepasst werden, ohne dass sich eine Geometrie einer Außenkontur des Filterelements ändert. Die Faltenhöhe kann zum einen dadurch variiert werden, dass die Faltabschnitte unterschiedliche Faltabschnittlängen aufweisen und zum anderen dadurch variiiert werden, dass unterschiedliche Packungsdichten verwirklicht werden. Somit kann die Geometrie des Aufnahmeraums beliebig gestaltet werden, beispielsweise so, dass in dem Aufnahmeraum sowohl Sekundärfilterelemente mit ovalem Querschnitt als auch kostengünstige Sekundärfilterelemente mit kreisrundem Querschnitt aufnehmbar sind.
In Ausführungsformen umfasst der Aufnahmeraum eine Außenkontur, die von Faltkanten des Filtermediums definiert ist. Das Filterelement kann das optionale Mittelrohr aufweisen, das in dem Aufnahmeraum angeordnet ist.
In Ausführungsformen umfasst die Außenkontur einen ersten Bereich mit Filterfalten, die eine erste konstante Faltenhöhe aufweisen, und einen zweiten Bereich mit Filterfalten, die eine sich von der ersten konstanten Faltenhöhe unterscheidende zweite konstante Faltenhöhe aufweisen. Der zweite Bereich kann die Kurzseite umfassen. Die Faltenhöhen ändern sich vorzugsweise sprunghaft. Vorzugsweise ist die zweite Faltenhöhe größer als die erste Faltenhöhe. Unter einer konstanten Faltenhöhe ist zu verstehen, dass alle Filterfalten eines Bereichs die gleiche Faltenhöhe aufweisen.
Erfindungsgemäß weist das Filtermedium eine Außenkontur auf, wobei sich die Außenkontur des Aufnahmeraums zumindest mittig bezüglich der Langseite aufweitet und wobei ein Abstand zwischen der Außenkontur des Filtermediums und der Außenkontur des Aufnahmeraums in dem ersten Bereich, in dem sich der Aufnahmeraum aufweitet, geringer ist als ein Abstand zwischen der Außenkontur des Filtermediums und der Außenkontur des Aufnahmeraums in dem zweiten Bereich, insbesondere im Bereich der Langseite, in dem keine Aufweitung des Aufnahmeraums erfolgt. Darunter, dass sich die Außenkontur aufweitet, ist zu verstehen, dass deren Querschnitt sich vergrößert.
Erfindungsgemäß weist das Filtermedium an der Langseite zumindest zwei unterschiedliche Faltenhöhen auf. Insbesondere kann das Filtermedium an der Langseite eine beliebige Anzahl an unterschiedlichen Faltenhöhen umfassen.
In Ausführungsformen umfasst der Aufnahmeraum eine gekrümmte Außenkontur, wobei die Außenkontur zumindest einmal ihre Krümmungsrichtung ändert. Insbesondere wechselt die Außenkontur mit Bezug auf eine Hauptsymmetrieachse und eine Nebensymmetrieachse der Außenkontur als Koordinatensystem an einem Verbindungspunkt zwischen Bogenabschnitten ihre Krümmung mehrfach von konkav nach konvex oder umgekehrt. Vorzugsweise ist eine Vielzahl an Verbindungspunkten vorgesehen, an denen die Außenkontur jeweils ihre Krümmungsrichtung ändert. Insbesondere wechselt die Außenkontur an einem ersten Verbindungspunkt ihre Krümmung von konkav nach konvex, an einem zweiten Verbindungspunkt von konvex nach konkav, an einem dritten Verbindungspunkt von konkav nach konvex, an einem vierten Verbindungspunkt von konvex nach konkav, an einem fünften Verbindungspunkt von konkav nach konvex, an einem sechsten Verbindungspunkt von konvex nach konkav, an einem siebten Verbindungspunkt von konkav nach konvex und an einem achten Verbindungspunkt von konvex nach konkav. Die Verbindungspunkte verbinden Bogenabschnitte der Außenkontur miteinander.
In Ausführungsformen ist die Außenkontur symmetrisch zu einer Hauptsymmetrieachse und zu einer Nebensymmetrieachse. Insbesondere ist ein erster Bogenabschnitt bezüglich der Nebensymmetrieachse symmetrisch zu einem fünften Bogenabschnitt positioniert. Ein zweiter Bogenabschnitt ist vorzugsweise bezüglich der Nebensymmetrieachse symmetrisch zu einem vierten Bogenabschnitt positioniert. Der zweite Bogenabschnitt und der vierte Bogenabschnitt können bezüglich der Hauptsymmetrieachse symmetrisch zu einem achten Bogenabschnitt und einem sechsten Bogenabschnitt positioniert sein. Ein dritter Bogenabschnitt ist vorzugsweise bezüglich der Hauptsymmetrieachse symmetrisch zu einem siebten Bogenabschnitt angeordnet.
In Ausführungsformen umfasst die Außenkontur Bogenabschnitte, die eine ovale Geometrie bilden, und Bogenabschnitte, die eine kreisförmige Geometrie bilden, wobei ein Radius der Bogenabschnitte, die die ovale Geometrie bilden, kleiner ist als ein Radius der Bogenabschnitte, die die kreisförmige Geometrie bilden. In der kreisförmigen Geometrie kann ein Sekundärfilterelement mit kreisrundem und in der ovalen Geometrie kann ein Sekundärfilterelement mit ovalem Querschnitt aufgenommen werden.
In Ausführungsformen weisen die Bogenabschnitte, die die ovale Geometrie bilden, und die Bogenabschnitte, die die kreisförmige Geometrie bilden, dieselbe Krümmungsrichtung auf. Unter Krümmungsrichtung ist bezogen auf das von der Hauptsymmetrieachse und der Nebensymmetrieachse definierte Koordinatensystem zu verstehen, ob sich der jeweilige Bogenabschnitt im Sinne einer positiven oder konkaven Krümmung in Richtung auf die Hauptsymmetrieachse und die Nebensymmetrieachse hinkrümmt oder im Sinne einer negativen oder konvexen Krümmung von der Hauptsymmetrieachse und die Nebensymmetrieachse wegkrümmt.
In Ausführungsformen umfasst die Außenkontur weitere Bogenabschnitte, die die Bogenabschnitte, die die ovale Geometrie bilden, und die Bogenabschnitte, die die kreisförmige Geometrie bilden, miteinander verbinden und wobei die weiteren Bogenabschnitte eine gegensätzliche Krümmungsrichtung aufweisen. Die weiteren Bogenabschnitte weisen vorzugsweise eine konvexe Krümmung auf und die Bogenabschnitte, die die ovale Geometrie bilden, und die Bogenabschnitte, die die kreisförmige Geometrie bilden, weisen vorzugsweise eine konkave Krümmung auf.
In Ausführungsformen ist die kreisförmige Geometrie konzentrisch zu der ovalen Geometrie angeordnet. Unter konzentrisch ist vorliegend zu verstehen, dass ein Mittelpunkt der kreisförmigen Geometrie auf einem Schnittpunkt der Hauptsymmetrieachse und der Nebensymmetrieachse der ovalen Geometrie liegt.
In Ausführungsformen läuft das Filterelement ausgehend von einer ersten Endscheibe in Richtung einer zweiten Endscheibe konisch zu. Das Filterelement kann insbesondere kegelstumpfförmig sein.
In Ausführungsformen kann die Außenkontur des Aufnahmeraums im Querschnitt kreisrund sein, wobei die Außenkontur durch ein in dem Filtermedium aufgenommenes im Querschnitt kreisrundes Mittelrohr definiert sein kann. Das Filtermedium kann dabei eine variable Faltenhöhe aufweisen. Die Filterfalten des gefalteten Filtermediums können einen Höhenverlauf derart haben, dass die Außenkontur des Aufnahmeraums kreisrund ist und die Außenkontur des Filtermediums oval bzw. näherungsweise elliptisch ist. Außenseitig auf dem Filtermedium und dieses teilweise abdeckend kann ein Anströmschutz, insbesondere eine strömungsdichte Kunststofffolie, vorgesehen sein. Insbesondere weist der Anströmschutz entlang einem der ersten Endscheibe zugewandten Rand Löcher auf. Der Rand des Anströmschutzes wird vorzugsweise bei der Herstellung der ersten Endscheibe aus einem Polyurtehanmaterial (PUR) in diese zusammen mit dem Filtermedium eingebettet, wobei das PUR vorzugsweise durch die Löcher hindurchfließt und einen Formschluss erzeugt. Der Anströmschutz kann auch bei allen zuvor erwähnten Varianten des ersten Filterelements eingesetzt werden. Eine an der ersten Endscheibe vorgesehene Dichteinrichtung weist vorzugsweise eine ovale oder elliptische Kontur auf.
Weiterhin wird eine Filteranordnung, insbesondere eine Luftfilteranordnung, mit einem Filtergehäuse, einem in dem Filtergehäuse aufgenommenen derartigen Filterelement und einem Sekundärfilterelement, das in dem Aufnahmeraum des Filterelements aufgenommen ist, vorgeschlagen. Vorzugsweise ist das Sekundärfilterelement innerhalb des Filterelements angeordnet.
Weitere mögliche Implementierungen des Filterelements und/oder der Filteranordnung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Filterelements und/oder der Filteranordnung hinzufügen.
Weitere Ausgestaltungen des Filterelements und/oder der Filteranordnung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Filterelements und/oder der Filteranordnung. Im Weiteren werden das Filterelements und/oder die Filteranordnung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigt dabei:

1: eine schematische perspektivische Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung;
2: eine schematische Schnittansicht der Filteranordnung gemäß 1;
3: eine weitere schematische Schnittansicht der Filteranordnung gemäß 1;
4: eine schematische perspektivische Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß 1;
5: eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines ersten Filterelements und eines zweiten Filterelements für die Filteranordnung gemäß 1;
6: eine vergrößerte schematische Teilansicht eines Filtermediums für das erste Filterelement gemäß 5;
7: eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Filterelements; und
8: eine schematische persepektivische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Filterelements.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung 1. 2 und 3 zeigen jeweils schematische Schnittansichten der Filteranordnung 1. 4 zeigt eine schematische Teilschnittansicht der Filteranordnung 1 und 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines ersten Filterelements 2 und eines zweiten Filterelements 3 für die Filteranordnung 1. Im Folgenden wird auf die 1 bis 5 gleichzeitig Bezug genommen.
Die Filteranordnung 1 umfasst ein Filtergehäuse 4, in dem das erste Filterelement 2 und das zweite Filterelement 3 aufgenommen sind. Das Filtergehäuse 4 kann auch als Gehäuse, Aufnahme oder Filteraufnahme bezeichnet werden. Das erste Filterelement 2 kann auch als Primärfilterelement, Primärelement, Hauptfilterelement oder Hauptelement bezeichnet werden. Das zweite Filterelement 3 kann auch als Sekundärfilterelement, Sekundärelement, Nebenfilterelement oder Nebenelement bezeichnet werden. Die Filteranordnung 1 findet vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen, Baufahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen bzw. Fahrzeugen oder Luftfahrzeugen Anwendung. Das erste Filterelement 2 ist insbesondere dazu geeignet, Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine zu filtern. Vorzugsweise ist das erste Filterelement 2 ein Luftfilter.
Das Filtergehäuse 4 umfasst einen Aufnahmeabschnitt 5 zum Aufnehmen des ersten Filterelements 2 und des zweiten Filterelements 3. Der Aufnahmeabschnitt 5 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Alternativ kann der Aufnahmeabschnitt 5 aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, gefertigt sein. Beispielsweise kann die der Aufnahmeabschnitt 5 als kostengünstiges Kunststoffspritzgussbauteil ausgebildet sein. Weiterhin weist das Filtergehäuse 4 einen von dem Aufnahmeabschnitt 5 abnehmbaren Wartungsdeckel 6 auf. Über den Wartungsdeckel 6 können das erste Filterelement 2 und das zweite Filterelement 3 aus dem Aufnahmeabschnitt 5 entnommen werden. Der Wartungsdeckel 6 kann mit Hilfe von Schnellverschlüssen 7 mit dem Aufnahmeabschnitt 5 verbunden sein. Zwischen dem Wartungsdeckel 6 und dem Aufnahmeabschnitt 5 kann eine Dichteinrichtung vorgesehen sein.
Das Filtergehäuse 4 bzw. der Aufnahmeabschnitt 5 weist einen Fluideinlass 8 zum Einlass von zu filterndem Fluid L in das Filtergehäuse 4 und einen Fluidauslass 9 zum Auslass des mit Hilfe der Filterelemente 2, 3 gefilterten Fluids L aus dem Filtergehäuse 4 auf. Der Fluideinlass 8 und der Fluidauslass 9 sind vorzugsweise rohrförmig ausgebildet und können einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Das zu filternde Fluid L tritt in einer Einströmrichtung E in den Fluideinlass 8 ein. Das Fluid L tritt in einer Ausströmrichtung A vorzugsweise parallel zu einer Längsrichtung LR des ersten Filterelements 2 aus dem Fluidauslass 9 aus. Die Einströmrichtung E ist senkrecht zur Ausströmrichtung A orientiert. In dem Filtergehäuse 4 und insbesondere in dem Aufnahmeabschnitt 5 ist ein Eingriffsbereich 10 vorgesehen. Der Eingriffsbereich 10 kann den Fluidauslass 9 vollständig umlaufen.
An dem Wartungsdeckel 6 kann eine Partikelaustragsöffnung 11 vorgesehen sein. Die Partikelaustragsöffnung 11 ist vorzugsweise rohrförmig. Über die Partikelaustragsöffnung 11 können aus dem Fluid L vorabgeschiedene Partikel aus dem Filtergehäuse 4 abgeführt werden. Die Partikelaustragsöffnung 11 kann ein Ventil aufweisen.
Das Filtergehäuse 4 umfasst einen Gegeneingriffsabschnitt 12. Der Gegeneingriffsabschnitt 12 ist vorzugsweise innenseitig an dem Fluidauslass 9 vorgesehen. Der Gegeneingriffsabschnitt 12 kann auch als Gegeneingriffsgeometrie, Gegeneingriffskontur, Verbindungsgeometrie oder Verbindungskontur bezeichnet werden. Der Gegeneingriffsabschnitt 12 ist ein an dem Fluidauslass 9 innenseitig vorgesehenes Innengewinde. Alternativ kann der Gegeneingriffsabschnitt 12 auch ein Teil eines Bajonettverschlusses sein. Insbesondere kann der Gegeneingriffsabschnitt 12 ein eingängiges oder auch mehrgängiges Gewinde sein.
Das zweite Filterelement 3 kann in dem ersten Filterelement 2 angeordnet sein. Das erste Filterelement 2 und das zweite Filterelement 3 sind so angeordnet, dass im Betrieb der Filteranordnung 1 zuerst das erste Filterelement 2 und dann das zweite Filterelement 3 von dem zu reinigenden Fluid L durchströmt wird. Vorzugsweise ist das zweite Filterelement 3 in einer Aufnahmeöffnung 13 des ersten Filterelements 2 aufgenommen.
Das zweite Filterelement 3 weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf. Das erste Filterelement 2 kann das zweite Filterelement 3 umfassen. Das zweite Filterelement 3 weist ein Filtermedium 14 sowie eine erste Endscheibe 15 auf. Die erste Endscheibe 15 schließt das zweite Filterelement 3 stirnseitig fluiddicht ab. Die erste Endscheibe 15 kann aus einem elastisch verformbaren Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem aufgeschäumten PUR, gefertigt sein. Das Filtermedium 14 kann ein Filtervlies sein. Das zweite Filterelement 3 weist auch ein Stützrohr oder Mittelrohr 16 auf. Das Mittelrohr 16 ist gitterförmig und fluiddurchlässig. Das Filtermedium 14 kann auf das Mittelrohr 16 aufgewickelt und fest mit diesem verbunden, beispielsweise verklebt oder verschweißt, sein. Das Mittelrohr 16 begrenzt einen Innenraum 17 des zweiten Filterelements 3. Das Filtermedium 14 ist vorzugsweise glatt, das heißt, ungefaltet.
Das zweite Filterelement 3 umfasst weiterhin einen Anschlussabschnitt 18, der einteilig mit dem Mittelrohr 16 ausgebildet sein kann. Der Anschlussabschnitt 18 weist einen kreisrunden Querschnitt auf. Der Anschlussabschnitt 18 ist vorzugsweise materialeinstückig mit dem Mittelrohr 16 ausgebildet. An dem Anschlussabschnitt 18 ist ein zu dem Gegeneingriffsabschnitt 12 des Filtergehäuses 4 korrespondierender Eingriffsabschnitt 19 vorgesehen. Der Eingriffsabschnitt 19 kann auch als Eingriffsgeometrie, Eingriffskontur, Verbindungsgeometrie oder Verbindungskontur bezeichnet werden. Der Eingriffsabschnitt 19 ist ein an dem Anschlussabschnitt 18 vorgesehenes Außengewinde. Alternativ kann der Eingriffsabschnitt 19 auch ein Teil eines Bajonettverschlusses sein. Insbesondere kann der Eingriffsabschnitt 19 ein eingängiges oder auch mehrgängiges Gewinde sein. Das heißt, es ist zwischen dem zweiten Filterelement 3 und dem Filtergehäuse 4 eine Drehkopplung vorgesehen.
An dem Anschlussabschnitt 18 ist ferner ein Dichtelement 20 vorgesehen, das über den Anschlussabschnitt 18 übergestülpt ist. Das Dichtelement 20 ist vorzugsweise aus einem elastischen Kunstoffmaterial, insbesondere einem thermoplastischen Elastomer, oder einem Gummiwerkstoff gefertigt. Das Dichtelement 20 kann ein O-Ring sein. Vorzugsweise ist das Dichtelement 20 zwischen einem umlaufenden Absatz 21 des Anschlussabschnitts 18 und dem Eingriffsabschnitt 19 angeordnet. Der Anschlussabschnitt 18 bildet eine Fluidausströmöffnung 22 des zweiten Filterelements 3. In einem in das Filtergehäuse 4 eingeschraubten Zustand des zweiten Filterelements 3 ist das Dichtelement 20 zwischen dem den Anschlussabschnitt 18 vollständig umlaufenden Absatz 21 und dem Eingriffsabschnitt 19 positioniert. Das Dichtelement 20 ist dann zwischen dem Anschlussabschnitt 18 und dem Fluidauslass 9 radial verpresst. Das heißt, das Dichtelement 20 dichtet das zweite Filterelement 3 radial gegenüber dem Filtergehäuse 4 ab.
Das erste Filterelement 2 umfasst ein Filtermedium 23, das ein optionales Stützrohr oder Mittelrohr 24 umgibt. Beispielsweise kann das Filtermedium 23 auf das Mittelrohr 24 aufgewickelt sein. Das Mittelrohr 24 ist vorzugsweise gitterförmig und damit fluiddurchlässig. Das Filtermedium 23 ist vorzugsweise gefaltet. Das Filtermedium 23 ist beispielsweise ein Filtergewebe, ein Filtergelege oder ein Filtervlies. Insbesondere kann das Filtermedium 23 in einem Spinnvlies- oder Meltblown-Verfahren hergestellt sein. Weiter kann das Filtermedium 23 verfilzt oder vernadelt sein. Das Filtermedium 23 kann Naturfasern, wie Cellulose oder Baumwolle, oder Kunstfasern, beispielsweise aus Polyester, Polyvinylsulfit oder Polytetrafluorethylen, aufweisen. Die Fasern können bei der Verarbeitung in, schräg und/oder quer zur Maschinenrichtung orientiert sein.
Das erste Filterelement 2 weist eine erste Endscheibe 25, in der die Aufnahmeöffnung 13 vorgesehen ist, und eine zweite Endscheibe 26, die das erste Filterelement 2 stirnseitig fluiddicht abschließt, auf. Die Endscheiben 25, 26 sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertig. Beispielsweise können die Endscheiben 25, 26 als kostengünstige Kunststoffspritzgussbauteile ausgebildet sein. Die Endscheiben 25, 26 können beispielsweise aus einem PUR gefertigt sein. Die Endscheiben 25, 26 können an das Filtermedium 23 angegossen sein. Das Filtermedium 23 ist zwischen den Endscheiben 25, 26 angeordnet. Auf einer dem Filtermedium 23 abgewandten Vorderseite 27 der ersten Endscheibe 25 ist eine ovale Dichteinrichtung 28 zum Abdichten des ersten Filterelements 2 gegenüber dem Filtergehäuse 4 vorgesehen. Die Dichteinrichtung 28 ist dazu eingerichtet, das erste Filterelement 2, insbesondere radial und/oder axial, gegenüber dem Filtergehäuse 4 abzudichten. Hierzu greift die Dichteinrichtung 28 formschlüssig in den in dem Filtergehäuse 4 vorgesehenen Eingriffsbereich 10 ein.
Das Filtermedium 23 kann mit den Endscheiben 25, 26 verschmolzen, verklebt oder verschweißt sein. Die zweite Endscheibe 26 ist plattenförmig und fluidundurchlässig. Zu reinigendes Fluid L strömt im Betrieb der Filteranordnung 1 von einer Rohseite RO des ersten Filterelements 2 durch das Filtermedium 23 hindurch als gefiltertes Fluid L in einen von dem Mittelrohr 24 umgebenen Aufnahmeraum 29 auf eine Reinseite RL des ersten Filterelements 2. Von dem Aufnahmeraum 29 strömt das Fluid L durch das Filtermedium 14 in den Innenraum 17 des zweiten Filterelements 3 und von dort durch den Fluidauslass 9 aus dem Filtergehäuse 4 heraus. Das heißt, erste Filterelement 2 und das zweite Filterelement 3 sind so angeordnet, dass im Betrieb der Filteranordnung 1 zuerst das erste Filterelement 2 und dann das zweite Filterelement 3 von dem zu reinigenden Fluid L durchströmt wird.
Das erste Filterelement 2 weist in der Längsrichtung LR desselben einen ovalen Querschnitt auf. Der Querschnitt kann sich ausgehend von der ersten Endscheibe 25 in Richtung der zweiten Endscheibe 26 verringern, so dass das erste Filterelement 2 konisch zuläuft. Bevorzugt jedoch weist das erste Filterelement 2 einen ovalen oder elliptischen Querschnitt auf. D.h., das erste Filterelement 2 ist zylinderförmig mit einer ovalen Basisfläche. Die ovale Basisfläche umfasst eine Außenkontur 30. Die Außenkontur 30 ist eine Außenkontur des ersten Filterelements 2. Das erste Filterelement 2 bzw. die Außenkontur 30 umfasst eine Langseite LS und eine Kurzseite KS. Unter oval kann vorliegend ein rechteckiger Querschnitt mit verrundeten Ecken, ein elliptischer Querschnitt oder ein aus mehreren Kreisbögen gebildeter Querschnitt verstanden werden. Der Querschnitt ist symmetrisch aufgebaut.
Der von dem Mittelrohr 24 umfänglich begrenzte Aufnahmeraum 29 des ersten Filterelements 2, der in 3 in einer Schnittansicht gezeigt ist, weist eine Hauptsymmetrieachse 31 und eine senkrecht zu der Hauptsymmetrieachse 31 orientierte Nebensymmetrieachse 32 auf. Die Hauptsymmetrieachse 31 und die Nebensymmetrieachse 32 schneiden sich an einer Symmetrie- oder Mittelachse M₃ des zweiten Filterelements 3. Der Aufnahmeraum 29 umfasst ferner eine Außenkontur 33, die durch mehrere Bogenabschnitte 34 bis 41, insbesondere Kreisbogenabschnitte, gebildet ist. Ein erster Bogenabschnitt 34, insbesondere ein Halbkreisbogenabschnitt, ist bezüglich der Nebensymmetrieachse 32 symmetrisch zu einem fünften Bogenabschnitt 38, insbesondere einem Halbkreisbogenabschnitt, positioniert. Ein zweiter Bogenabschnitt 35 ist bezüglich der Nebensymmetrieachse 32 symmetrisch zu einem vierten Bogenabschnitt 37 positioniert. Der zweite Bogenabschnitt 35 und der vierte Bogenabschnitt 37 sind bezüglich der Hauptsymmetrieachse 31 symmetrisch zu einem achten Bogenabschnitt 41 und einem sechsten Bogenabschnitt 39 positioniert. Ein dritter Bogenabschnitt 36 ist bezüglich der Hauptsymmetrieachse 31 symmetrisch zu einem siebten Bogenabschnitt 40 angeordnet.
Der dritte Bogenabschnitt 36 und der siebte Bogenabschnitt 40 weisen einen größeren Radius als der erste Bogenabschnitt 34 und der fünfte Bogenabschnitt 38 auf. Dabei bilden der dritte Bogenabschnitt 36 und der siebte Bogenabschnitt 40 eine teilkreisförmige Geometrie, in der das im Querschnitt kreisrunde zweite Filterelement 3 spielbehaftet aufnehmbar ist. Der erste Bogenabschnitt 34 und der fünfte Bogenabschnitt 38 bilden einen Abschnitt einer ovalen Geometrie, in der ein nicht gezeigtes zweites Filterelement mit einem ovalen Querschnitt spielbehaftet aufnehmbar ist. Das heißt, in dem Aufnahmeraum 29 sind sowohl zweite Filterelemente 3 mit kreisrundem Querschnitt als auch zweite Filterelemente mit ovalem Querschnitt aufnehmbar.
Die Bogenabschnitte 34 bis 41 sind an ersten bis achten Verbindungspunkten 42 bis 49 miteinander verbunden. Die Außenkontur 33 wechselt ihre Krümmungsrichtung bzw. das Vorzeichen der jeweiligen Krümmung insbesondere an allen Verbindungspunkten 42 bis 49. Insbesondere wechselt die Außenkontur 33 mit Bezug auf die Hauptsymmetrieachse 31 und die Nebensymmetrieachse 32 als Koordinatensystem an dem ersten Verbindungspunkt 42 ihre Krümmung von konkav nach konvex, an dem zweiten Verbindungspunkt 43 von konvex nach konkav, an dem dritten Verbindungspunkt 44 von konkav nach konvex, an dem vierten Verbindungspunkt 45 von konvex nach konkav, an dem fünften Verbindungspunkt 46 von konkav nach konvex, an dem sechsten Verbindungspunkt 47 von konvex nach konkav, an dem siebten Verbindungspunkt 48 von konkav nach konvex und an dem achten Verbindungspunkt 48 von konvex nach konkav.
Das Filtermedium 23 weist eine variable Faltenhöhe auf, so dass die Außenkontur 33 des Aufnahmeraums 29 geometrisch von der Außenkontur 30 des ersten Filterelements 2 abweichen kann. Das Filtermedium 23 weist, wie in 6 gezeigt, Filterfalten 50 auf, von denen jede zwei Faltabschnitte 51, 52 umfasst, die durch Faltkanten 53, 54 begrenzt oder definiert sind. Eine Faltenhöhe h₅₀ der Filterfalten 50 ist definiert als der direkte Abstand zwischen den Faltkanten 53, 54. Das heißt, die Faltenhöhe h₅₀ entspricht nicht einer Faltabschnittlänge I_51,52 der Faltabschnitte 51, 52. Die Faltenhöhe h₅₀ ist umlaufend um das Mittelrohr 24 variabel. Das heißt, die Faltenhöhe h₅₀ ändert sich. Insbesondere ist die Faltenhöhe h₅₀ im Bereich des zweiten bis vierten Bogenabschnitts 35 bis 37 und im Bereich des sechsten bis achten Bogenabschnitts 39 bis 41 kleiner als die Faltenhöhe h₅₀ im Bereich des ersten und fünften Bogenabschnitts 34, 38.
Zusätzlich kann, auch um die Filterfläche zu vergrößern, im Bereich des zweiten bis vierten Bogenabschnitts 35 bis 37 und im Bereich des sechsten bis achten Bogenabschnitts 39 bis 41 eine größere Packungsdichte der Filterfalten 50, das heißt, die Anzahl der Filterfalten 50 pro Längeneinheit, vorgesehen sein. Die Packungsdichte kann im Bereich des zweiten bis vierten Bogenabschnitts 35 bis 37 und im Bereich des sechsten bis achten Bogenabschnitts 39 bis 41 auch verringert werden. Das heißt, die Faltenhöhe h₅₀ kann sowohl über eine Veränderung der Packungsdichte bei gleichbleibender Faltabschnittlänge I_51,52 als auch über eine Veränderung der Faltabschnittlänge I_51,52 selbst variiert werden. Dabei können benachbarte Faltabschnitte 51, 52 einer Filterfalte 50 unterschiedliche Faltabschnittlängen I₅₁,₅₂ aufweisen. Ferner können benachbarte Filterfalten 50 unterschiedliche Faltenhöhen h₅₀ haben.
Dadurch, dass der Aufnahmeraum 29 dazu eingerichtet ist, sowohl zweite Filterelemente 3 mit kreisrundem Querschnitt als auch zweite Filterelemente mit ovalem Querschnitt aufzunehmen, können kostengünstige zweite Filterelemente 3 mit kreisrunden Querschnitten eingesetzt werden. Dadurch, dass die Faltenhöhe h₅₀ der Filterfalten 50 variabel ist, ist stets eine ausreichend große Filterfläche gewährleistet.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines ersten Filterelements 2. Das erste Filterelement 2 gemäß 7 unterscheidet sich von dem ersten Filterelement 2 gemäß 2 bis 5 im Wesentlichen durch eine veränderte Geometrie des Aufnahmeraums 29 und insbesondere der Außenkontur 33 des Aufnahmeraums 29. Wie 7 zeigt, weitet sich die Außenkontur 33 zumindest mittig bezüglich der Langseite LS sprunghaft auf. Dies wird durch zwei sich unterscheidende konstante Faltenhöhen h₅₀₁, h₅₀₂ erreicht. Somit ist ein Abstand a₁ zwischen der Außenkontur 30 des Filtermediums 23 und der Außenkontur 33 des Aufnahmeraums 29 in einem ersten Bereich B₁, in dem sich der Aufnahmeraum 29 aufweitet, geringer als ein Abstand a₂ zwischen der Außenkontur 30 des Filtermediums 23 und der Außenkontur 33 des Aufnahmeraums 29 in einem zweiten Bereich B₂, in dem keine Aufweitung des Aufnahmeraums 29 erfolgt. Der zweite Bereich B₂ umfasst insbesondere die Kurzseite KS.
8 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines ersten Filterelements 2. Das erste Filterelement 2 gemäß 8 unterscheidet sich von dem ersten Filterelement 2 gemäß 2 bis 5 im Wesentlichen durch eine veränderte Geometrie des Aufnahmeraums 29 und insbesondere der Außenkontur 33 des Aufnahmeraums 29. Die Außenkontur 33 ist kreisrund. Der Aufnahmeraum 29 wird umfänglich begrenzt durch ein im Querschnitt kreisförmiges Mittelrohr 24, auf das das Filtermedium 23 aufgewickelt ist. Das Mittelrohr 24 kann ausgehend von der ersten Endscheibe 25 in Richtung der zweiten Endscheibe 26 konisch zulaufen.
Das Filtermedium 23 weist eine variable Faltenhöhe auf. Das heißt, benachbarte Filterfalten 50 können, wie zuvor schon erläutert, unterschiedlich hoch sein. Die Filterfalten 50 des gefalteten Filtermediums 23 haben einen Höhenverlauf derart, dass die Außenkontur 33 des Aufnahmeraums 29 kreisrund ist und die Außenkontur 30 des Filtermediums 23 oval bzw. näherungsweise elliptisch ist. Das kreisrunde Mittelrohr 24, das aus Kunststoff gefertigt ist, ist zur radialen Abstützung des Filtermediums 23 in die Endscheiben 25, 26 eingebettet. Die zweite Endscheibe 26 ist verschlossen ausgeführt. Die an der ersten Endscheibe 25 vorgesehene Dichteinrichtung 28 weist eine ovale oder elliptische Kontur auf.
Außenseitig auf dem Filtermedium 23 und dieses teilweise abdeckend ist ein Anströmschutz 55 vorgesehen. Es handelt sich bei dem Anströmschutz 55 um eine strömungsdichte Kunststofffolie, die entlang einem der ersten Endscheibe 25 zugewandten Rand Löcher 56 aufweist, von denen in 8 nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Der Rand des Anströmschutzes 55 wird bei der Herstellung der ersten Endscheibe 25 aus einem PUR in diese zusammen mit dem Filtermedium 23 eingebettet, wobei das PUR durch die Löcher 56 hindurchfließt und einen Formschluss erzeugt.
In 8 ist auch ein Verbindungsbereich 57 zu sehen, an welchem Enden des Anströmschutzes 55 miteinander verschweißt sind. Alternative Verbindungsmethoden, wie beispielsweise ein Verkleben, sind jedoch auch denkbar. Der Anströmschutz 55 ist so auch bei den zuvor erwähnten anderen Varianten des ersten Filterelements 2 realisiert. Der Anströmschutz 55 verhindert, dass das tangential einströmende Rohfluid direkt auf das gefaltete Filtermedium 23 auftritt und unterstützt die Ausbildung einer rotierenden Strömung im Filtergehäuse 4. Dadurch wird die Vorabscheidewirkung verbessert und eine gleichmäßige Beladung des ersten Filterelements 2 mit Partikeln sicher gestellt.
Bezugszeichenliste

1: Filteranordnung
2: Filterelement
3: Filterelement
4: Filtergehäuse
5: Aufnahmeabschnitt
6: Wartungsdeckel
7: Schnellverschluss
8: Fluideinlass
9: Fluidauslass
10: Eingriffsbereich
11: Partikelaustragsöffnung
12: Gegeneingriffsabschnitt
13: Aufnahmeöffnung
14: Filtermedium
15: Endscheibe
16: Mittelrohr
17: Innenraum
18: Anschlussabschnitt
19: Eingriffsabschnitt
20: Dichtelement
21: Absatz
22: Fluidausströmöffnung
23: Filtermedium
24: Mittelrohr
25: Endscheibe
26: Endscheibe
27: Vorderseite
28: Dichteinrichtung
29: Aufnahmeraum
30: Außenkontur
31: Hauptsymmetrieachse
32: Nebensymmetrieachse
33: Außenkontur
34: Bogenabschnitt
35: Bogenabschnitt
36: Bogenabschnitt
37: Bogenabschnitt
38: Bogenabschnitt
39: Bogenabschnitt
40: Bogenabschnitt
41: Bogenabschnitt
42: Verbindungspunkt
43: Verbindungspunkt
44: Verbindungspunkt
45: Verbindungspunkt
46: Verbindungspunkt
47: Verbindungspunkt
48: Verbindungspunkt
49: Verbindungspunkt
50: Filterfalte
51: Faltabschnitt
52: Faltabschnitt
53: Faltkante
54: Faltkante
55: Anströmschutz
56: Loch
57: Verbindungsbereich
A: Ausströmrichtung
a1: Abstand
a2: Abstand
B1: Bereich
B2: Bereich
E: Einströmrichtung
h50: Faltenhöhe
h501: Faltenhöhe
h502: Faltenhöhe
I51,52: Faltabschnittlänge
KS: Kurzseite
LR: Längsrichtung
LS: Langseite
M3: Mittelachse

Claims

Filterelement (2), mit einem gefalteten Filtermedium (23), das um einen Aufnahmeraum (29) zum Aufnehmen eines Sekundärfilterelements (3) in dem Filterelement (2) umläuft, wobei der Aufnahmeraum (29) eine Außenkontur (33) umfasst, die von Faltkanten (54) des Filtermediums (23) definiert ist, wobei das Filterelement (2) einen symmetrischen, ovalen Querschnitt mit einer Langseite (LS) und einer Kurzseite (KS) aufweist und wobei das Filtermedium (23) an der Langseite (LS) Filterfalten (50) mit einer variablen Faltenhöhe (h₅₀) aufweist, derart, dass sich die Außenkontur (33) des Aufnahmeraums (29) mittig bezüglich der Langseite (LS) aufweitet.
Filterelement nach Anspruch 1, wobei die Außenkontur (33) einen ersten Bereich (B₁) mit Filterfalten (50), die eine erste konstante Faltenhöhe (h₅₀₁) aufweisen, und einen zweiten Bereich (B₂) mit Filterfalten (50), die eine sich von der ersten konstanten Faltenhöhe (h₅₀₁) unterscheidende zweite konstante Faltenhöhe (h₅₀₂) aufweisen, umfasst.
Filterelement nach Anspruch 2, wobei das Filtermedium (23) eine Außenkontur (30) aufweist, wobei sich die Außenkontur (33) des Aufnahmeraums (29) zumindest mittig bezüglich der Langseite (LS) aufweitet und wobei ein Abstand (a₁) zwischen der Außenkontur (30) des Filtermediums (23) und der Außenkontur (33) des Aufnahmeraums (29) in dem ersten Bereich (B1), in dem sich der Aufnahmeraum (29) aufweitet, geringer ist als ein Abstand (a₂) zwischen der Außenkontur (30) des Filtermediums (23) und der Außenkontur (33) des Aufnahmeraums (29) in dem zweiten Bereich (B₂), insbesondere im Bereich der Langseite (LS), in dem keine Aufweitung des Aufnahmeraums (29) erfolgt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Filtermedium (23) an der Langseite (LS) zumindest zwei unterschiedliche Faltenhöhen (h₅₀₁, h₅₀₂) aufweist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Aufnahmeraum (29) eine gekrümmte Außenkontur (33) umfasst und wobei die Außenkontur (33) zumindest einmal ihre Krümmungsrichtung ändert.
Filterelement nach Anspruch 5, wobei die Außenkontur (33) symmetrisch zu einer Hauptsymmetrieachse (31) und zu einer Nebensymmetrieachse (32) ist.
Filterelement nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Außenkontur (33) Bogenabschnitte (34, 38), die eine ovale Geometrie bilden, und Bogenabschnitte (36, 40) umfasst, die eine kreisförmige Geometrie bilden, und wobei ein Radius der Bogenabschnitte (34, 38), die die ovale Geometrie bilden, kleiner ist als ein Radius der Bogenabschnitte (36, 40), die die kreisförmige Geometrie bilden.
Filterelement nach Anspruch 7, wobei die Bogenabschnitte (34, 38), die die ovale Geometrie bilden, und die Bogenabschnitte (36, 40), die die kreisförmige Geometrie bilden, dieselbe Krümmungsrichtung aufweisen.
Filterelement nach Anspruch 8, wobei die Außenkontur (33) weitere Bogenabschnitte (35, 37, 39, 41) umfasst, die die Bogenabschnitte (34, 38), die die ovale Geometrie bilden, und die Bogenabschnitte (36, 40), die die kreisförmige Geometrie bilden, miteinander verbinden und wobei die weiteren Bogenabschnitte (35, 37, 39, 41) eine gegensätzliche Krümmungsrichtung aufweisen.
Filterelement nach einem der Ansprüche 8-9, wobei die kreisförmige Geometrie konzentrisch zu der ovalen Geometrie angeordnet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das Filterelement (2) ausgehend von einer ersten Endscheibe (25) in Richtung einer zweiten Endscheibe (26) konisch zuläuft.
Filteranordnung (1), mit einem Filtergehäuse (4), einem in dem Filtergehäuse (4) aufgenommenen Filterelement (2) nach einem der Ansprüche 1-12 und einem Sekundärfilterelement (3), das in dem Aufnahmeraum (29) des Filterelements (2) aufgenommen ist.