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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere ein Luftfilterelement, und eine Filteranordnung mit einem derartigen Filterelement.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2010 047 491 A1 beschreibt eine Filteranordnung mit einem Filtergehäuse, einem in dem Filtergehäuse aufgenommenen Filterelement und einem Deckel mit Verspannschwertern zum Verspannen des Filterelements in dem Filtergehäuse. Das Filterelement umfasst zwei an einem Rahmen desselben vorgesehene Kontaktflächen und die Verspannschwerter umfassen hierzu korrespondierende Verspannflächen. Während der Montage, insbesondere vor Erreichen einer Endposition des Deckels, in welcher das Filterelement in dem Filtergehäuse verspannt wird, sind alle zu einer Dichtfläche parallelen Abschnitte der Kontaktflächen schon in flächigem Kontakt, weswegen bei der Montage des Deckels über eine gewisse Strecke Reibkräfte aufzubringen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Filterelement zur Verfügung zu stellen.
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Demgemäß wird ein Filterelement, insbesondere ein Luftfilterelement, für eine Filteranordnung vorgeschlagen. Das Filterelement umfasst einen Rahmen, der zumindest eine Kontaktfläche zum Kontaktieren einer Verspannfläche zumindest eines Verspannelements der Filteranordnung umfasst, wobei die zumindest eine Kontaktfläche gerade Abschnitte und zwischen den geraden Abschnitten angeordnete schräge Abschnitte umfasst und wobei die geraden Abschnitte so angeordnet sind, dass die Verspannfläche bei einem Verlagern derselben gegenüber der zumindest einen Kontaktfläche im Wesentlichen (überwiegend) und bevorzugt ausschließlich die schrägen Abschnitte kontaktiert.
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Die Filteranordnung und insbesondere das Filterelement sind vorzugsweise 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 und die Filteranordnung können Anwendung in Kraftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baumaschinen, Luftfahrzeugen oder dergleichen finden. Ferner können das Filterelement und die Filteranordnung auch bei immobilen Anwendungen, wie beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden. Das Filterelement kann ein gefaltetes Filtermedium umfassen.
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Dadurch, dass die Verspannfläche ausschließlich die schrägen Abschnitte der zumindest einen Kontaktfläche kontaktiert, können geringe Kräfte bei der Montage und der Demontage des Filterelements erreicht werden. Die geraden Abschnitte sind vorzugsweise parallel zu einer Vorderseite des Rahmens angeordnet und die schrägen Abschnitte sind vorzugsweise geneigt zu der Vorderseite angeordnet. Die geraden Abschnitte und die schrägen Abschnitte sind abwechselnd angeordnet. Die geraden Abschnitte sind gegenüber bekannten Filterelementen zurückgesetzt.
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In Ausführungsformen umfassen die schrägen Abschnitte jeweils Gleitabschnitte, die dazu eingerichtet sind, bei dem Verlagern der Verspannfläche gegenüber der zumindest einen Kontaktfläche die Verspannfläche zu kontaktieren. Vorzugsweise ist bei dem Verlagern der Verspannfläche relativ zu der zumindest einen Kontaktfläche ein Kontakt ausschließlich über die Gleitabschnitte gegeben. Hierdurch werden die Reibungskräfte reduziert.
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In Ausführungsformen ist ein erster gerader Abschnitt bezüglich einer Vorderseite des Rahmens hinter einem ersten Gleitabschnitt zurückgesetzt und/oder ein zweiter gerader Abschnitt ist bezüglich der Vorderseite des Rahmens hinter einem zweiten Gleitabschnitt zurückgesetzt. Unter zurückgesetzt ist zu verstehen, dass die geraden Abschnitte näher an der Vorderseite, und/oder Reinluftseite und/oder Dichtungsseite positioniert sind als die Gleitabschnitte. Der Rahmen ist vorzugsweise ein Kunststoffspritzgussbauteil.
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In Ausführungsformen ist ein erster schräger Abschnitt in einem ersten Winkel zu einer Vorderseite des Rahmens geneigt und/oder ein zweiter schräger Abschnitt ist in einem zweiten Winkel zu der Vorderseite des Rahmens geneigt. Der erste Winkel und der zweite Winkel können beispielsweise Werte zwischen 3° und 15° einnehmen.
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In Ausführungsformen unterscheidet sich der erste Winkel von dem zweiten Winkel. Alternativ können der erste Winkel und der zweite Winkel gleich groß sein.
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In Ausführungsformen umfasst das Filterelement zwei Kontaktflächen, die randseitig an dem Rahmen angeordnet sind, wobei sich die beiden Kontaktflächen geometrisch voneinander unterscheiden. Darunter, dass sich die Kontaktflächen geometrisch unterscheiden, ist zu verstehen, dass die schrägen Abschnitte unterschiedlich geneigt sein können und/oder dass die schrägen und/oder die geraden Abschnitte unterschiedliche Längenausdehnungen aufweisen können.
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In Ausführungsformen unterscheiden sich die ersten Winkel der ersten schrägen Abschnitte der beiden Kontaktflächen voneinander und/oder die zweiten Winkel der zweiten schrägen Abschnitte der beiden Kontaktflächen unterscheiden sich voneinander. Dadurch sind in einem Filtergehäuse der Filteranordnung nur Filterelemente aufnehmbar, deren Kontaktflächen korrespondierend zu den unterschiedlichen Verspannflächen der Verspannelemente ausgebildet sind. Hierdurch kann ein Schlüssel-Schloss-Prinzip verwirklicht werden, so dass nur passende Filterelemente in dem Filtergehäuse aufnehmbar sind. Auch Fehlmontagen können hierdurch verhindert werden, da das Filterelement in nur einer möglichen Position in dem Filtergehäuse aufnehmbar ist.
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In Ausführungsformen weist das Filterelement ein Dichtelement auf, das eine Shore A-Härte von 22 bis 55, bevorzugt von 27 bis 41, weiter bevorzugt von 32 bis 39, weiter bevorzugt von 34 bis 37, aufweist. Dadurch, dass das Dichtelement eine insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik geringe Shore A-Härte aufweist, werden die Montagekräfte beim Verpressen des Dichtelements nochmals reduziert. Das Dichtelement kann beispielsweise aus einem Elastomer, beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer oder einem aufgeschäumten Polyurethanwerkstoff gefertigt sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Filterelement, insbesondere Luftfilterelement, für eine Filteranordnung, mit einem Rahmen, der zumindest eine Kontaktfläche zum Kontaktieren einer Verspannfläche zumindest eines Verspannelements der Filteranordnung umfasst, wobei die zumindest eine Kontaktfläche mindestens zwei insbesondere bezüglich einer Montagerichtung schräge, zueinander insbesondere in Montagerichtung versetzte Abschnitte umfasst und wobei die schrägen Abschnitte derart versetzt sind, dass der zweite schräge Abschnitt im Wesentlichen auf der Höhe beginnt, auf welcher der erste schräge Abschnitt endet, wobei die Kontaktfläche außerhalb der schrägen Abschnitte so ausgestaltet ist, dass im eingebauten Zustand im Wesentlichen ausschließlich die schrägen Abschnitte die Verspannfläche kontaktieren. Diese Merkmale stellen sowohl eine eigenständige Erfindung dar, die die Aufgabe löst, als auch eine mögliche Weiterbildung eines Filterelements und einer Luftfilteranordnug wie vor- und nachstehend beschrieben.
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Ferner wird eine Filteranordnung, insbesondere eine Luftfilteranordnung, mit einem Filtergehäuse, einem in dem Filtergehäuse aufnehmbaren derartigen Filterelement und zumindest einem Verspannelement (bevorzugt zwei Verspannelementen) zum Verspannen des Filterelements in dem Filtergehäuse derart, dass das Filterelement in einer Endposition des zumindest einen Verspannelements an eine Dichtfläche des Filtergehäuses angedrückt ist, vorgeschlagen, wobei bei einem Hineinverlagern des zumindest einen Verspannelements in das Filtergehäuse von einer Ausgangsposition in die Endposition das Filterelement mit Hilfe eines Abgleitens der Verspannfläche auf der zumindest einen Kontaktfläche in einer Dichtrichtung auf die Dichtfläche zu verlagerbar ist und wobei in der Endposition eine Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche mit Hilfe von zumindest einem schrägen Abschnitt der Verspannfläche auf zumindest einen der schrägen Abschnitte der zumindest einen Kontaktfläche übertragbar ist.
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Vorzugsweise ist in der Endposition die Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche mit Hilfe von mehreren schrägen Abschnitten der Verspannfläche gleichzeitig auf mehrere schräge Abschnitte der zumindest einen Kontaktfläche übertragbar. Insbesondere sind die schrägen Abschnitte in der Endposition in flächigem Kontakt, d. h., sie berühren sich vorzugsweise vollflächig. Vorzugsweise sind jeweils genau ein, zwei oder drei schräge Abschnitte vorgesehen. Der oder die schrägen Abschnitte sind bevorzugt symmetrisch zur Mitte des Filterelements angeordnet. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem jeweils genau ein schräger Abschnitt vorgesehen ist, dieser in Bezug zum Filterelement mittig angeordnet. Das Verspannelement kann auch als Verspannschwert bezeichnet werden. Das Hineinverlagern kann auch als Hineinschieben bezeichnet werden.
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Der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche bzw. der zumindest eine schräge Abschnitt der zumindest einen Kontaktfläche ist vorzugsweise relativ zu der Dichtfläche des Filtergehäuses oder zu einer Montagerichtung des zumindest einen Verspannelements geneigt. Insbesondere sind der zumindest eine schräge Abschnitt der Kontaktfläche und der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche jeweils in einem vorbestimmten, insbesondere in einem gleichen, Winkel zu der Dichtfläche geneigt. Dies bedeutet, dass der zumindest eine schräge Abschnitt der zumindest einen Kontaktfläche und der zumindest eine schräge Abschnitt der Verspannfläche bevorzugt im montierten Zustand parallel zueinander angeordnet sind. Die Montagerichtung ist vorzugsweise parallel zu der Dichtfläche orientiert. Sowohl die Verspannfläche als auch die zumindest eine Kontaktfläche weisen vorzugsweise auch im Wesentlichen gerade Abschnitte auf, die im Wesentlichen parallel zu der Dichtfläche oder zu der Montagerichtung angeordnet sein können.
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Dadurch, dass die Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche in der Endposition insbesondere im Wesentlichen oder ausschließlich über die schrägen Abschnitte übertragen wird, wird eine Montagekraft zum Montieren und insbesondere beim Demontieren des zumindest einen Verspannelements reduziert. Eine Flächenpressung zwischen der zumindest einen Kontaktfläche und der Verspannfläche ist hierdurch sehr gering. Zum Lösen des zumindest einen Verspannelements sind nur geringe Wege und geringe Montagekräfte erforderlich. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, dass der Demontageweg, bei welchem Reibung überwunden werden muss, verhältnismäßig kurz ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die in Kontakt stehenden Flächen, insbesondere die Verspannflächen und die Kontaktflächen, schnell außer Eingriff bringbar sind. Gleiches gilt naturgemäß analog in anderer Richtung auch für den Montagevorgang. Dies erleichtert das Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche. Insbesondere sind die zumindest eine Kontaktfläche und die Verspannfläche einander zugewandt.
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In Ausführungsformen ist die Kraft zum Andrücken des Filterelements gegen die Dichtfläche ausschließlich mit Hilfe des zumindest einen schrägen Abschnitts der Verspannfläche auf den zumindest einen schrägen Abschnitt der zumindest einen Kontaktfläche übertragbar. Die schrägen Abschnitte können auch als geneigte Abschnitte bezeichnet werden. Die zumindest eine Kontaktfläche und die Verspannfläche können jeweils auch ebene und/oder gerade Abschnitte aufweisen, die sich jedoch zumindest in der Endposition vorzugsweise nicht berühren. Zwischen den geraden Abschnitten können in der Endposition jeweils Spalte vorgesehen sein. Dadurch, dass sich die geraden Abschnitte nicht berühren und daher auch keine Reibung zwischen diesen stattfindet, werden gegen Ende des Einschiebevorgangs bzw. bei dem Herausziehen des zumindest einen Verspannelements die Montagekräfte bzw. die Demontagekräfte weiter reduziert. Alternativ können die geraden Abschnitte auch so gestaltet werden, dass in der Endposition zusätzlich über diese die Kraft zum Andrücken des Filterelements übertragen werden kann.
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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.
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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 Filterelement und/oder die Filteranordnung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung;
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2 eine weitere schematische Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß 1;
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3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Filterelements für die Filteranordnung gemäß 1;
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4 eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Filterelements gemäß 3;
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5 eine schematische Seitenansicht des Filterelements gemäß 3 und 4;
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6 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Filtergehäuses für die Filteranordnung gemäß 1;
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7 eine schematische Vorderansicht einer Ausführungsform eines Deckels für die Filteranordnung gemäß 1;
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8 eine schematische Seitenansicht des Deckels gemäß 7;
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9 eine weitere schematische Seitenansicht des Deckels gemäß 7;
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10 eine vergrößerte schematische Seitenansicht des Filterelements gemäß 3;
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11 eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß 1 (Deckel befindet sich noch nicht auf Endposition);
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12 eine weitere vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß 1 (Deckel befindet sich auf Endposition);
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13 eine weitere vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß 1; und
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14 eine weitere vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Filteranordnung gemäß 1.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine schematische, teilgeschnittene Seitenansicht einer Filteranordnung 1. Die Filteranordnung 1 umfasst eine Filteraufnahme oder ein Filtergehäuse 2, einen Filtereinsatz oder ein Filterelement 3 (3 bis 5) und einen Gehäusedeckel oder Deckel 4 zum Verschließen des Filtergehäuses 2. Das Filterelement 3 kann auch als Hauptfilterelement bezeichnet werden. Der Deckel 4 und das Filterelement 3 sind in einer Einbaurichtung oder Montagerichtung M in das Filtergehäuse 2 einschiebbar. Das Filtergehäuse 2 ist in 1 und 2 geschnitten dargestellt, so dass das Filterelement 3 teilweise sichtbar ist. In 1 und 2 ist der Deckel 4 in einem aus dem Filtergehäuse 2 teilweise herausgezogenen Zustand gezeigt.
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Das Filterelement 3 ist 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 3 ein Luftfilterelement. Das Filterelement 3 kann Anwendung in Kraftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baumaschinen, insbesondere Druckluftkompressoren, Luftfahrzeugen oder dergleichen finden. Ferner kann das Filterelement 3 auch bei immobilen Anwendungen, wie beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des Filterelements 3. 5 zeigt das Filterelement 3 in einer Seitenansicht. Das Filterelement 3 umfasst eine auslassseitige Endfläche 5 mit einem Rahmen 6, welcher eine axial wirkende Dichtung oder ein axial wirkendes Dichtelement 7 trägt. Das Filterelement 3 ist aus zwei gefalteten, ringförmigen Filtermedienbälgen gebildet. Die Filtermedienbälge weisen jeweils einen ovalen Querschnitt mit zwei geraden, sich parallel gegenüberliegenden Abschnitten auf. Ein kleinerer Filtermedienbalg ist in einem durch den größeren Filtermedienbalg umschlossenen Ringraum konzentrisch so angeordnet, dass zwischen den Filtermedienbälgen ein Strömungskanal für das durchströmende, zu filternde Medium gebildet wird. Alternativ sind auch Filterkörper aus ebenen, zickzackförmig gefalteten Filterbälgen denkbar, bei welchen die einlass- und auslassseitigen Faltkanten jeweils bevorzugt ebene, voneinander in Strömungsrichtung beabstandete Endflächen, insbesondere An- und Abströmflächen bilden. Ebenfalls denkbar sind Filterkörper mit einer Vielzahl von wechselseitig verschlossenen Kanälen einsetzbar, die durch abwechselnd aufeinander liegende Glatt- und Welllagen eines Filtermediums gebildet werden.
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Im Bereich der auslassseitigen Endfläche 5 des Filterelements 3 bildet der Strömungskanal eine Ausströmöffnung des Filterelements 3. An einer einlassseitigen Endfläche 8 sind die Filtermedienbälge dichtend miteinander verbunden. Ein Innenraum des kleineren Filtermedienbalgs ist im Bereich der auslassseitigen Endfläche 5 durch eine Endscheibe oder eine ähnliche Konstruktion dichtend verschlossen. Auf diese Weise wird der größere Filtermedienbalg von außen nach innen durchströmt und der innere Filtermedienbalg von innen nach außen. Am Filterelement 3 wird damit eine Umlenkung der Strömung erzielt, wobei die Strömung von einer durch die Verbindung der einlassseitigen Endfläche 5 mit der auslassseitigen Endfläche 8 definierten Hauptströmungsrichtung HR abweicht.
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Der Rahmen 6 umläuft im Bereich der auslassseitigen Endfläche 5 Seitenflächen 9, 10 des Filterelements 3, wobei der Rahmen 6 durch vier insbesondere zur Abstützung dienende Fortsätze entlang von gekrümmten Seitenflächen 9 oder geraden Seitenflächen 10 des Filterelements 3 einen rechteckigen Querschnitt bildet. Entlang der geraden Seitenflächen 10 des Filterelements 3 weist der Rahmen 6 jeweils eine Kontaktfläche 11 zum Verspannen des Filterelements 3 in dem Filtergehäuse 2 auf. D. h., es ist beidseitig des Filterelements 3 jeweils eine derartige Kontaktfläche 11 vorgesehen, wobei die Kontaktflächen 11 entgegen einer Dichtrichtung DR des Dichtelements 7 und entgegen der Hauptströmungsrichtung HR ausgerichtet sind. Die Dichtrichtung DR kann auch entgegen der Hauptströmungsrichtung HR orientiert sein.
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Die Kontaktflächen 11 weisen ein entlang der geraden Seitenflächen 10 verlaufendes Höhenprofil auf, wobei die Kontaktflächen 11 in einigen Bereichen des Höhenprofils eine Flächennormale aufweisen können, welche nicht parallel zur Hauptströmungsrichtung HR liegt, sondern mit dieser einen Winkel einschließt. In der gezeigten Ausführungsform des Filterelements 3 umfasst das Höhenprofil, wie in 4 und 5 gezeigt, ebene oder gerade Abschnitte 12 bis 14, insbesondere einen ersten geraden Abschnitt 12, einen zweiten geraden Abschnitt 13 und einen dritten geraden Abschnitt 14, welche parallel zur auslassseitigen Endfläche 5 verlaufen und ferner geneigte oder schräge Abschnitte 15 bis 17, insbesondere einen ersten schrägen Abschnitt 15, einen zweiten schrägen Abschnitt 16 und einen dritten schrägen Abschnitt 17, welche eine entlang der geraden Seitenflächen 10 in Montagerichtung M positive Steigung aufweisen, wobei die Höhe bzw. der Abstand der jeweiligen Kontaktfläche 11 zur auslassseitigen Endfläche 5 ansteigt. Die Kontaktfläche 11 ist rückseitig durch Rippen 18 versteift.
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Die Montagerichtung M bildet damit eine Vorzugsrichtung, entlang welcher die Höhe der Kontaktflächen 11 überwiegend ansteigt. An der auslassseitigen Endfläche 5 des Filterelements 3 bildet der Rahmen 6 eine Endscheibe 19, welche eine Stirnseite des größeren Filtermedienbalges überdeckt. Auf dieser Endscheibe 19 ist das axial wirkende Dichtelement 7 angeordnet, insbesondere fest mit der Endscheibe 19 verbunden, dessen Form eine Außenkontur des größeren Filtermedienbalges abbildet. Innerhalb des Dichtelements 7 ist eine axial von der Endscheibe 19 abstehende, teilweise oder vollständig umlaufende Rippe 20 vorgesehen, welche in einem gleichbleibenden Abstand zu dem Dichtelement 7 um die Endscheibe 19 umläuft. Diese Rippe 20 dient als Demontage und/oder Montagehilfe bei Anordnungen, in welchen das Filterelements 3 überkopf montiert oder demontiert wird.
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An dem in Montagerichtung M liegenden Ende des Rahmens 6 ist die umlaufende Rippe 20 abgesenkt bzw. unterbrochen, an dem gegenüberliegende Ende ist die umlaufende Rippe 20 gegenüber der übrigen Rippe 20 erhöht. Dabei steht die Rippe 20 in den nicht abgesenkten Bereichen axial über das Dichtelement 7 über. Eine durch eine Berührungsfläche des Dichtelements 7 in einem unverformten Zustand des Dichtelements 7 definierte Ebene wird somit von der umlaufenden Rippe 20 geschnitten. Der Rahmen 6 kann an dem entgegen der Montagerichtung M liegenden Ende des Filterelements 3 zwei Führungsfortsätze 21 umfassen, welche entgegen der Hauptströmungsrichtung HR von der Endscheibe 19 hinweg verlaufen und einen größeren Abstand von den geraden Seitenflächen 10 bzw. deren gedachter Verlängerung haben als die umliegenden Bereiche des Rahmens 6.
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Die einlassseitigen Stirnseiten der Filtermedienbälge sind mittels einer Endscheibe 22 aus flexiblem Material, beispielsweise aus geschäumtem Polyurethan, dichtend miteinander verbunden, wobei die Stirnseiten vollständig fluiddicht verschlossen sind. Die Endscheibe 22 weist im Bereich der Seitenflächen 9, 10 einstückig ausgeformte Abstandshalternoppen 23 auf, welche für eine flexible, schwingungsfeste Abstützung des Filterelements 3 in dem Filtergehäuse 2 sorgen können. Ferner umfasst der Rahmen 6 in Montagerichtung M liegende Führungsfortsätze 24.
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Die 6 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des Filtergehäuses 2. In einem oberen Bereich weist das Filtergehäuses 2 eine Montageöffnung 25 auf, durch welche das Filterelement 3 in Montagerichtung M von oben nach unten eingeschoben werden kann. Die in 6 gezeigte Montageöffnung 25 ist durch den in 1 und 2 gezeigten Deckel 4 verschließbar. In dem Filtergehäuse 2 sind zwei einander gegenüberliegende Ausbuchtungen 26 vorgesehen, in welche mit dem Deckel 4 vorzugsweise einteilig verbundene Verspannelemente 27, 28 (1 und 2) eintauchen. D. h., die Verspannelemente 27, 28 werden in der Montagerichtung M in das Filtergehäuse 2 eingeführt. Die Verspannelemente 27, 28 sind unterschiedlich.
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Wie 7 bis 9 zeigen, weist der Deckel 4 einen Basisabschnitt 29 auf, aus dem sich seitlich ein erstes Verspannelement 27 und ein zweites Verspannelement 28 herauserstrecken. Die Verspannelemente 27, 28 können als Verspannschwerter bezeichnet werden. Der Basisabschnitt 29 ist dazu eingerichtet, die Montageöffnung 25 des Filtergehäuses 2 zu verschließen. Der Deckel 4 und das Filtergehäuse 2 können Kunststoffspritzgussbauteile sein. Hierdurch sind sie in großen Stückzahlen kostengünstig herstellbar.
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Die Verspannelemente 27, 28 weisen, wie in 8 und 9 gezeigt, jeweils eine Verspannfläche 30 auf, welche jeweils ein Höhenprofil aufweist, welches mit dem jeweiligen Höhenprofil der korrespondierenden Kontaktfläche 11 des Filterelements 3 zumindest teilweise in Formschluss bringbar sind, wobei die korrespondierenden Höhenprofile jeweils zueinander eine Gegenform bilden. Jede Verspannfläche 30 weist ebene oder gerade Abschnitte 31, 32, die in der Montagerichtung M verlaufen und geneigte oder schräge Abschnitte 33, 34 auf, die schräg zu den geraden Abschnitten 31, 32 verlaufen. Die Verspannfläche 30 des zweiten Verspannelements 28 umfasst noch einen weiteren geraden Abschnitt 35, den die Verspannfläche 30 des ersten Verspannelements 27 nicht umfasst.
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Die schrägen Abschnitte 33, 34 weisen eine entlang der Verspannelemente 27, 28 in Montagerichtung M negative Steigung auf, wobei die Höhe bzw. der Abstand der jeweiligen Verspannfläche 30 zur auslassseitigen Endfläche 5 hin absinkt. Unter einer negativen Steigung ist zu verstehen, dass die schrägen Abschnitte 33, 34 in Richtung der Montagerichtung M so orientiert sind, dass die Höhe bzw. der Abstand der jeweiligen Verspannfläche 30 zur auslassseitigen Endfläche 5 hin absinkt. Die geraden Abschnitte 31, 32 und die schrägen Abschnitte 33, 34 wechseln sich ab. Zwischen dem ersten geraden Abschnitt 31 und dem ersten schrägen Abschnitt 33 ist eine Kante 36 vorgesehen. Zwischen dem ersten schrägen Abschnitt 33 und dem zweiten geraden Abschnitt 32 ist eine Kante 37 vorgesehen. Zwischen dem zweiten geraden Abschnitt 32 und dem zweiten schrägen Abschnitt 34 ist eine Kante 38 vorgesehen. Zwischen dem zweiten schrägen Abschnitt 34 und dem dritten geraden Abschnitt 35 ist eine Kante 39 vorgesehen. Ein jeweiliger Abstand a36, a37, a38, a39 der Kanten 36 bis 39 zu einer Unterkante 40 des Basisabschnitts 29 ist bei den beiden Verspannelementen 27, 28 unterschiedlich, so dass in dem Filtergehäuse 2 nur Filterelemente 3 aufnehmbar sind, deren Kontaktflächen 11 korrespondierend zu den unterschiedlichen Geometrien der Verspannelemente 27, 28 ausgebildet sind. Hierdurch kann ein Schlüssel-Schloss-Prinzip verwirklicht werden.
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Wie 8 und 9 weiterhin zeigen, sind die schrägen Abschnitte 33, 34 der Verspannflächen 30 der beiden Verspannelemente 27, 28 zur Verwirklichung des Schlüssel-Schloss-Prinzips auch hinsichtlich ihrer Neigung unterschiedlich gestaltet. Die ersten schrägen Abschnitte 33 der Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 können in einem Winkel α33 zu einer der Verspannfläche 30 abgewandten Stützfläche 41 des jeweiligen Verspannelements 27, 28 angeordnet sein. Der erste schräge Abschnitt 33 der Verspannfläche 30 des ersten Verspannelements 27 kann in einem Winkel α33 von 6,64° geneigt sein. Der erste schräge Abschnitt 33 der Verspannfläche 30 des zweiten Verspannelements 28 kann in einem Winkel α33 von 10,18° geneigt sein. Die zweiten schrägen Abschnitte 34 der Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 können in einem Winkel α34 zu der Stützfläche 41 des jeweiligen Verspannelements 27, 28 angeordnet sein. Der zweite schräge Abschnitt 34 der Verspannfläche 30 des ersten Verspannelements 27 kann in einem Winkel α34 von 11,3° geneigt sein. Der zweite schräge Abschnitt 34 der Verspannfläche 30 des zweiten Verspannelements 28 kann in einem Winkel α34 von 10,55° geneigt sein.
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Nun zurückkehrend zur 6 ist die Montageöffnung 25 des Filtergehäuses 2 einlassseitig durch einen Steg oder Flansch 42 begrenzt, an welchen das Filterelement 3 anschlägt, wenn es innerhalb des Filtergehäuses 2 gekippt wird, wobei es insbesondere an einer von dem Steg 42 in eine vorderseitige Öffnung 43 des Filtergehäuses 2 hinein stehende Abkipprippe 44 anschlagen kann. Hierdurch wird verhindert, dass das Filterelement 3 beim Herausnehmen aus dem Filtergehäuse 2 an dem Steg 42 hängen bleiben kann. Die Ausbuchtungen 26 sind auf einer Dichtfläche 45 des Filtergehäuses 2 gegenüber liegenden Seite mit ebenen Stützflächen 46 versehen, auf welchen sich die Verspannelemente 27, 28 mit den ebenen, korrespondierenden Stützflächen 41 (8 und 9) abstützen können. Die Stützflächen 41 der Verspannelemente 27, 28 sind den Verspannflächen 30 abgewandt positioniert. Die Stützflächen 41 verlaufen bevorzugt im Wesentlichen in der Montagerichtung M.
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In einem an die Dichtfläche 45 anschließenden Innenraumbereich des Filtergehäuses 2 ist die Montageöffnung 25 nach unten, d. h., in Montagerichtung M abgesenkt, um einen leichteren Einbau des Filterelements 3 in das Filtergehäuse 2 zu ermöglichen. In Hauptströmungsrichtung HR innerhalb der Dichtfläche 45 an diese anschließend befindet sich ein Montageraum 47 für ein nicht gezeigtes Sekundärfilterelement. Eine Öffnung des Montageraums 47 ist in ihrer Geometrie so ausgeführt, dass sie die umlaufende Rippe 20 des Filterelements 3 aufnehmen kann und diese mit einem Spalt von insbesondere 1 bis 5 Millimeter Breite umschließt. Im Falle einer Überkopfanordnung wird so ein lose eingeschobenes, noch nicht verspanntes Filterelement 3 am Herausfallen aus der Montageöffnung 25 gehindert. Im Anschluss an den Montageraum 47 befindet sich ein, insbesondere als Reinluftstutzen ausgebildeter, Reinfluidauslass 48 des Filtergehäuses 2.
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Die Funktionalität der Filteranordnung 1 und des Filterelements 3 wird im Folgenden anhand der 10 bis 14 erläutert. 10 zeigt eine vergrößerte Ansicht der 5. 11 zeigt eine vergrößerte Ansicht der 1, bei der der Deckel 4 nicht vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschoben ist. 12 zeigt eine Ansicht der Filteranordnung 1, bei der der Deckel 4 vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschoben ist. 13 zeigt eine vergrößerte Ansicht der 2, bei der der Deckel 4 nicht vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschoben ist. 14 zeigt eine Ansicht der Filteranordnung 1, bei der der Deckel 4 vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschoben ist.
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Wie 10 zeigt, weist der Rahmen 6 die Kontaktfläche 11 auf. Vorzugsweise ist beidseits des Rahmens 6 jeweils eine derartige Kontaktfläche 11 vorgesehen, wobei die Kontaktflächen 11 voneinander unterschiedlich und korrespondierend zu den sich unterscheidenden Verspannflächen 30 der beiden Verspannelemente 27, 28 des Deckels 4 ausgebildet sind. Hierdurch kann, wie zuvor schon erläutert, ein Schlüssel-Schloss-Prinzip verwirklicht werden, so dass nur Filterelemente 3 mit entsprechend ausgebildeten Kontaktflächen 11 für die Filteranordnung 1 verwendbar sind. Ferner wird hierdurch auch eine Fehlmontage ausgeschlossen.
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Die in 10 gezeigte Kontaktfläche 11 umfasst einen an dem ersten schrägen Abschnitt 15 vorgesehenen ersten Gleitabschnitt 49. Der erste gerade Abschnitt 12 ist hinter den ersten schrägen Abschnitt 15 und insbesondere hinter den ersten Gleitabschnitt 49 zurückgesetzt. Die Kontaktfläche 11 umfasst ferner einen an dem zweiten schrägen Abschnitt 16 vorgesehenen zweiten Gleitabschnitt 50. Der zweite gerade Abschnitt 13 ist hinter den zweiten schrägen Abschnitt 16 und insbesondere hinter den zweiten Gleitabschnitt 50 zurückgesetzt. Der erste schräge Abschnitt 15 ist in einem Winkel α15 zu einer Vorderseite 51 des Rahmens 6 positioniert. Der Winkel α15 der ersten schrägen Abschnitte 15 der beiden Kontaktflächen 11 kann dem jeweiligen Winkel α33 der ersten schrägen Abschnitte 33 der Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 entsprechen. Der zweite schräge Abschnitt 16 ist in einem Winkel α16 zu der Vorderseite 51 des Rahmens 6 positioniert. Der Winkel α16 der zweiten schrägen Abschnitte 16 der beiden Kontaktflächen 11 kann dem jeweiligen Winkel α34 der zweiten schrägen Abschnitte 34 der Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 entsprechen.
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Die 11 und 13 zeigen eine Ausgangsposition des Deckels 4 bzw. der Verspannelemente 27, 28. In der Ausgangsposition ist das Dichtelement 7 des Filterelements 3 noch nicht gegen die Dichtfläche 45 gepresst und insbesondere nicht in oder nur in losem Kontakt mit dieser. Die 12 und 14 zeigen den Deckel 4 bzw. die Verspannelemente 27, 28 in einer Endposition, in der der Deckel 4 bzw. die Verspannelemente 27, 28 vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschoben sind und das Filterelement 3 gegen die Dichtfläche 45 gepresst und somit in dem Filtergehäuse 2 verspannt ist. In der Endposition ist das Dichtelement 7 gegen die Dichtfläche 45 gepresst und das Dichtelement 7 ist komprimiert.
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Beim Einschieben des Filterelements 3 in das Filtergehäuse 2 wird zu Beginn des Einschiebevorgangs das Dichtelement 7 von der Dichtfläche 45 auf Abstand gehalten, indem die umlaufende Rippe 20 im oberen Bereich der Dichtfläche 45 auf dieser aufliegt. Beim weiteren Einschieben des Deckels 4 wird der Bewegungsspielraum, den das Filterelement 3 hat eingeschränkt, um ein Verkanten des Filterelements 3 zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass die in Montagerichtung M liegenden Führungsfortsätze 24 am Rahmen 6 auf mindestens eine Führungsschräge treffen, welche das Filterelement 3 beim weiteren Einschieben in das Filtergehäuse 2 kurz vor Schluss des Einschiebevorgangs in Richtung der Dichtfläche 45 verschiebt. Am Schluss des Einschiebevorgangs greift der erhöhte Teil der umlaufenden Rippe 20 in den Montageraum 47 des Sekundärfilterelements ein und verhindert so ein Herausfallen des Filterelements 3 bei Überkopfmontage, bevor der Deckel 4 montiert ist.
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Nach der Vorpositionierung des Filterelements 3 kann der Deckel 4 montiert werden, wobei die Verspannelemente 27, 28 zunächst insbesondere unter leicht reibendem Kontakt von den Führungsfortsätzen 21 des Filterelements 3 geführt werden, wodurch vorteilhaft erreicht werden kann, dass die Führungsfortsätze 21 als Bremse für den Deckel 4 bei Überkopfarbeiten dienen können. Hierdurch wird die Gefahr eines Verkantens der Verspannelemente 27, 28 reduziert. Bei dem Einschieben des Deckels 4 in das Filtergehäuse 2 wird das Dichtelement 7 verpresst, indem sich die Stützflächen 41 der Verspannelemente 27, 28 an den Stützflächen 46 des Filtergehäuses 2 abstützen und die Kontaktflächen 11 des Filterelements 3 an den Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 abstützen. Sobald die Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 mit den Kontaktflächen 11 des Filterelements 3 in Kontakt kommen, wird das Filterelement 3 in Richtung der Dichtfläche 45, also in der Hauptströmungsrichtung HR oder in der Dichtrichtung DR, verschoben und das Dichtelement 7 auf der Dichtfläche 45 verpresst, wodurch eine Rohseite des Filterelements 3 dichtend von einer Reinseite desselben getrennt wird. Das Dichtelement 7 weist vorzugsweise eine Shore A-Härte von 22 bis 55, bevorzugt von 27 bis 41, weiter bevorzugt von 32 bis 39, weiter bevorzugt von 34 bis 37, auf. Hierdurch ist das Dichtelement 7 im Vergleich zu bekannten Dichtelementen leichter komprimierbar oder verpressbar.
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Wie die 11 und 13 zeigen, kontaktieren in der gezeigten Ausführungsform aufgrund der geometrischen Verhältnisse beim Einschieben des Deckels 4 in das Filtergehäuse 2 zunächst nur die jeweiligen Gleitabschnitte 49, 50 der Kontaktflächen 11 des Rahmens 6 des Filterelements 3 die geraden Abschnitte 31, 32 der Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28. Dadurch, dass die geraden Abschnitte 12, 13, 14 der Kontaktflächen 11 zurückgesetzt sind, kontaktieren diese die Verspannflächen 30 der Verspannelemente 27, 28 nicht.
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Die 12 und 14 zeigen den Deckel 4 in dem vollständig in das Filtergehäuse 2 eingeschobenen Zustand, d. h., in seiner Endposition. Dabei sind sowohl die ersten schrägen Abschnitte 15, 33 als auch die zweiten schrägen Abschnitte 16, 34 in flächigem Kontakt. Zwischen dem ersten geraden Abschnitt 12 der Kontaktflächen 11 und dem ersten geraden Abschnitt 31 der Verspannflächen 30 ist ein erster Spalt 52 und zwischen dem zweiten geraden Abschnitt 13 der Kontaktflächen 11 und dem zweiten geraden Abschnitt 32 der Verspannflächen 30 ist ein zweiter Spalt 53 vorgesehen. Hierdurch berühren sich die geraden Abschnitte 12, 31, 13, 32 in der Endposition des Deckels 4 nicht. In der Endposition kann der Deckel 4, beispielsweise mit Hilfe von Schnellverschlüssen, fest mit dem Filtergehäuse 2 verbunden werden. Eine Breite der Spalte 52, 53 kann beispielsweise 2,5 Millimeter betragen.
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Dadurch, dass sich die geraden Abschnitte 12, 31, 13, 32 zumindest in der Endposition nicht berühren und daher auch keine Reibung zwischen diesen stattfindet, werden gegen Ende des Einschiebevorgangs bzw. bei dem Herausziehen des Deckels 4 die Montagekräfte bzw. die Demontagekräfte wesentlich reduziert. Eine Kraft zum Andrücken des Filterelements 3 gegen die Dichtfläche 45 und insbesondere zum Verpressen des Dichtelements 7 in der Endposition wird nur oder im Wesentlichen über die schrägen Abschnitte 15, 33, 16, 34 übertragen. Die Flächenpressung zwischen den Kontaktflächen 11 und den Verspannflächen 30 ist hierdurch sehr gering. Zum Einschieben unter hohem Kraftaufwand und Lösen des Deckels 4 sind daher nur geringe Wege erforderlich. Dies erleichtert das Verpressen des Dichtelements 7. Dadurch, dass das Dichtelement 7 eine geringe Shore A-Härte aufweist, werden die Montagekräfte nochmals reduziert. Zum Verriegeln des Filterelements in Endposition kann jedoch auch in dem Bereich des Rahmens 6 bzw. der Kontaktfläche 11, in welcher keine Abstützung des Verspannelementes 27 mittels der Stützfläche 41 möglich ist, d. h. in dem Bereich, in dem der Kontaktfläche keine Stützfläche 41 mehr gegenüberliegt, und/oder in dem Bereich, der dem Basisabschnitt am nächsten oder unmittelbar benachbart ist, über eine geringe Länge, beispielsweise im Abschnitt 35, ein Kontakt gerader Flächenabschnitte vorgesehen sein. Aufgrund des hierdurch erreichten Vorteils der betriebssicheren Montage durch die Verriegelungswirkung kann in Kauf genommen werden, dass beim Bewegen in die Endposition auch hierdurch noch über eine begrenzte Länge (beispielsweise nicht mehr als 10 oder 20 mm) eine leicht höhere Montagekraft aufgebracht werden muss.
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Dieser Kontakt im geraden Bereich 35 hat jedoch keine verspannende, sondern nur verriegelnde Funktion, d. h. der Kontakt ist bevorzugt weiterhin so ausgelegt, dass die Kraftübertragung in Endposition im Wesentlichen oder bevorzugt ausschließlich durch die schrägen Abschnitte 15, 33, 16, 34 erfolgt. Diese Realisierung der Verriegelungsfunktion steht der Funktion daher nicht entgegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filteranordnung
- 2
- Filtergehäuse
- 3
- Filterelement
- 4
- Deckel
- 5
- Endfläche
- 6
- Rahmen
- 7
- Dichtelement
- 8
- Endfläche
- 9
- Seitenfläche
- 10
- Seitenfläche
- 11
- Kontaktfläche
- 12
- Abschnitt
- 13
- Abschnitt
- 14
- Abschnitt
- 15
- Abschnitt
- 16
- Abschnitt
- 17
- Abschnitt
- 18
- Rippe
- 19
- Endscheibe
- 20
- Rippe
- 21
- Führungsfortsatz
- 22
- Endscheibe
- 23
- Abstandshalternoppe
- 24
- Führungsfortsatz
- 25
- Montageöffnung
- 26
- Ausbuchtung
- 27
- Verspannelement
- 28
- Verspannelement
- 29
- Basisabschnitt
- 30
- Verspannfläche
- 31
- Abschnitt
- 32
- Abschnitt
- 33
- Abschnitt
- 34
- Abschnitt
- 35
- Abschnitt
- 36
- Kante
- 37
- Kante
- 38
- Kante
- 39
- Kante
- 40
- Unterkante
- 41
- Stützfläche
- 42
- Steg
- 43
- Öffnung
- 44
- Abkipprippe
- 45
- Dichtfläche
- 46
- Stützfläche
- 47
- Montageraum
- 48
- Reinfluidauslass
- 49
- Gleitabschnitt
- 50
- Gleitabschnitt
- 51
- Vorderseite
- 52
- Spalt
- 53
- Spalt
- a36
- Abstand
- a37
- Abstand
- a38
- Abstand
- a39
- Abstand
- DR
- Dichtrichtung
- HR
- Hauptströmungsrichtung
- M
- Montagerichtung
- α15
- Winkel
- α16
- Winkel
- α33
- Winkel
- α34
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010047491 A1 [0002]