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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Kompaktfilterelement insbesondere eines Luftfilters
für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 1 159 052 B1 ist
ein gattungsgemäßes Kompaktfilterelement bekannt,
welches zum austauschbaren Einsatz in einem Filtergehäuse
vorgesehen ist. Das Kompaktfilterelement umfasst einen Filterkörper
sowie eine im Bereich eines stirnseitigen Endes des Filterkörpers
angeordnete Dichtung mit einem Dichtabschnitt. Der Dichtabschnitt
ist in einer Breitenrichtung zur dichtenden Anlage an einer Gehäusewand
des Filtergehäuses vorgesehen. Der Dichtabschnitt steht
in Richtung der Längsachse über eine Stirnfläche
des Filterkörpers hervor. Auf diese Weise benötigt
die Dichtung gegenüber dem Filterkörper keinen
zusätzlichen Bauraum in der Radial- bzw. Breitenrichtung.
Unter Beibehaltung der kompakten Bauform kann nahezu der gesamte
Querschnitt des Filtergehäuses mittels des Filterelementes
ausgefüllt und dadurch zur Filtrierung genutzt werden.
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Die über
die Stirnfläche hervorstehende Anordnung des Dichtabschnittes
unterliegt im eingebauten Zustand Kräften, die aus der
dichtenden Anlage der Dichtung an der Gehäusewand folgen
und in der Breitenrichtung nach innen zur Längsachse hin wirken.
Zur Aufnahme dieser Kräfte ist ein umlaufender Rahmen vorgesehen,
dessen freie umlaufende Kante von einem Dichtelement mit U-förmigem
Querschnitt umschlossen ist. Der in Breitenrichtung äußere
Teil des U-förmigen Querschnitts wirkt als Dichtung. Zusammen
mit dem in Breitenrichtung inneren Querschnittsbereich wird die
Befestigung am Stützrahmen erzielt. Der in Breitenrichtung
innere Abschnitt des U-förmigen Dichtungsquerschnittes
trägt nicht zur Dichtfunktion bei und verringert darüber
hinaus den freien Strömungsquerschnitt des Kompaktfilterelementes.
Fertigung und Montage sind aufwändig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Kompaktfilterelement derart weiterzubilden, dass bei gegebenem Bauvolumen die
Filtrierleistung verbessert und der Fertigungsaufwand verringert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kompaktfilterelement mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird ein Kompaktfilterelement vorgeschlagen, bei dem der Dichtabschnitt
eine umlaufende Stützwand und mindestens eine in der Breitenrichtung
außenseitig und materialeinheitlich an der Stützwand
angeformte Dichtlippe aufweist, wobei die Stützwand und
die Dichtlippe aus einem gummielastischen Material bestehen. Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Dichtabschnitt insgesamt, trotz
seiner in Richtung der Längsachse überkragenden
Bauweise, aus einem nachgiebigen Material gefertigt werden kann,
ohne in der Breitenrichtung die zur Erzielung der gewünschten
Dichtwirkung notwendige Andruckkraft an die Gehäusewand
zu verlieren. Die umlaufende Stützwand erzeugt trotz ihrer
Ausführung aus gummielastischem Material eine hinreichende
Stützwirkung gepaart mit einer für die Erzielung
der Dichtwirkung erforderlichen Nachgiebigkeit. Die außenseitig
angeformte Dichtlippe erzeugt eine gute Dichtwirkung, ohne zu hohe
Andruckkräfte in der Breitenrichtung zu erzeugen. Durch
die materialeinheitliche Ausgestaltung kann auf in der Breitenrichtung
innenliegende Befestigungsmittel verzichtet werden. Der freie Strömungsquerschnitt
ist durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtabschnitt nicht
oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Fertigungsaufwand
und -kosten sind verringert.
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In
vorteilhafter Weiterbildung sind insgesamt drei umlaufende Dichtlippen
am Dichtabschnitt angeordnet. Sie ergänzen sich gegenseitig
in ihrer Dichtwirkung, so dass die einzelnen Dichtlippen entsprechend
nachgiebig ausgestaltet sein können. Die dichtende Anpresskraft
verteilt sich gleichmäßig auf die Stützwand,
in dessen Folge deren elastische Verformung trotz ihres gummielastischen
Materials gering ist.
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Die
mindestens eine Dichtlippe ist zweckmäßig entgegen
einer Montagerichtung des Kompaktfilterelementes geneigt. Dies erleichtert
das Einfädeln in ein zugeordnetes Gehäuseteil.
Insbesondere in Verbindung mit einer Ausgestaltung, bei der das stirnseitige
Ende des Filterkörpers mit der Dichtung einer Reinseite
des Filterkörpers zugeordnet ist, ist die Dichtwirkung
weiter verbessert: Die im Betrieb entstehende Druckdifferenz zwischen
Rein- und Rohseite führt dazu, dass die geneigten Dichtlippen infolge
der anliegenden Druckdifferenz an die Gehäusewand des Filtergehäuses
angedrückt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung weist die Stützwand
auf ihrer Innenfläche Aussteifungsrippen auf, deren jeweilige
Ebene parallel zur Längsachse des Kompaktfilterelements
liegt. Die materialbedingte Nachgiebigkeit der Stützwand
wird zur Sicherstellung der dichtenden Anpresskraft verringert,
ohne den freien Strömungsquerschnitt des Kompaktfilterelementes
signifikant zu beeinträchtigen.
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Zur
Erzeugung der gewünschten Stützwirkung kann es
ausreichen, dass die Aussteifungsrippen frei über die Innenfläche
der Stützwand hervorstehen. Allein hierdurch wird die Biegesteifigkeit
der Stützwand bezogen auf ihren Querschnitt signifikant erhöht.
In zweckmäßiger Weiterbildung stehen die Aussteifungsrippen
zusätzlich auf der Stirnfläche des Filterkörpers
auf. Hierdurch wird ihre Stützwirkung weiter verbessert.
Die Tendenz der Stützwand, bei Belastung in Breitenrichtung
nach innen zu kippen, wird gemindert. Darüber hinaus wirken
die Aussteifungsrippen als Montagehilfe. Bei der Montage der Dichtung
auf den Filterkörper wirken die auf der Stirnfläche
aufstehenden Aussteifungsrippen als Anschlag.
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Es
kann zweckmäßig sein, die Aussteifungsrippen als
separate Einzelteile auszubilden. In bevorzugter Ausführung
sind die Aussteifungsrippen materialeinheitlich an der Stützwand
angeformt. Bei verringertem Fertigungsaufwand ist eine hinreichende Steifigkeit
erzielbar. Darüber hinaus vermeidet die gummielastische
Ausführung der Aussteifungsrippen eine lokale Überlastung
des druckempfindlichen Filterkörpers.
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In
vorteilhafter Weiterbildung weist die Dichtung einen materialeinheitlichen
mit dem Dichtabschnitt ausgeformten Befestigungsabschnitt auf, mit dem
die Dichtung an einer Außenfläche des Filterkörpers
befestigt ist, wobei mindestens eine in der Breitenrichtung außenseitig
und materialeinheitlich an dem Befestigungsabschnitt angeformte
weitere Dichtlippe vorgesehen ist. Insgesamt ist mit nur einem Arbeitsgang
eine einteilige und materialeinheitliche Dichtung gebildet, die
sämtliche Befestigungs- und Dichtfunktionen in sich vereint.
Die zusätzlich angeformte weitere Dichtlippe dient der
Zentrierung des Filterkörpers im Filtergehäuse.
Bei einer zweiteiligen Ausgestaltung des Filtergehäuses
erzeugt die zusätzliche Dichtlippe eine Abdichtung beispielsweise gegenüber
dem Gehäusegrundkörper, während die eingangs
beschriebenen Dichtlippen eine Abdichtung gegenüber dem
Gehäusedeckel herbeiführen. Auf eine aufwändige
Abdichtung des Gehäusedeckels gegenüber dem Gehäusegrundkörper
kann verzichtet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand
der Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt
in einer Längsschnittdarstellung einen Luftfilter mit einem
erfindungsgemäß ausgeführten Kompaktluftfilterelement
und stirnseitig angeordneter Dichtung.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die
einzige Figur zeigt eine Längsschnittdarstellung durch
einen Luftfilter für Kraftfahrzeuge mit einem erfindungsgemäß ausgeführten
Kompaktfilterelement 1. Anstelle des beispielhaft dargestellten Kraftfahrzeug-Ansaugluftfilters
kann ein derartiger Luftfilter auch für andere Anwendungen
zweckmäßig sein.
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Das
Kompaktfilterelement 1 weist einen aus Filterpapier bestehenden,
gewickelten Filterkörper 3 auf. Auf eine glatte
Filterpapierbahn ist eine gewellte Filterpapierbahn aufgebracht,
die zur Bildung des Filterkörpers 3 gemeinsam
zu einem Wickelkörper aufgewickelt sind. Durch die dabei
entstehende abwechselnde Schichtung einer glatten und einer gewellten Filterpapierbahn
sind Gaskanäle 28, 29 gebildet. Abwechselnd
nebeneinander sind eingangsseitige Gaskanäle 28 und
ausgangsseitige Gaskanäle 29 mit Stopfen 30, 31 verschlossen.
Das Kompaktfilterelement 1 weist eine Rohseite 22 und
eine Reinseite 23 auf. Die eingangsseitigen Gaskanäle 28 sind
an ihrem der Reinseite 23 zugeordneten Ende mit den Stopfen 30 verschlossen,
während die ausgangsseitigen Gaskanäle 29 an
ihren der Rohseite 22 zugeordneten Enden mit den Stopfen 31 verschlossen sind.
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Im
Betrieb ist das Kompaktfilterelement 1 in einem Filtergehäuse 2 eingebaut
und wird von der Rohseite 22 zur Reinseite 23 hin
in einer Durchströmungsrichtung 21 parallel zu
einer Längsachse 7 des Kompaktfilterelementes 1 durchströmt.
Entsprechend Pfeilen 33 strömt das zu filtrierende
Gas von der Rohseite 22 in die eingangsseitigen Gaskanäle 28 ein.
Infolge der Aufstauwirkung der Stopfen 30 tritt der Gasstrom
durch aus dem Filterpapier gebildete Filterwände 32 der
Gaskanäle 28, 29 hindurch und in die
ausgangsseitigen Gaskanäle 29 hinein. Der hierbei
filtrierte Gasstrom strömt durch die ausgangseitigen Gaskanäle 29 in
der Durchströmungsrichtung 21 zur Reinseite 23 hin
aus.
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Anstelle
des vorstehend beschriebenen Wickelkörpers kann auch ein
Filterkörper 3 aus honigwabenartig expandierten
Schichten von Filterpapier gebildet sein. Anstelle der Stopfen 30, 31 kann
es auch zweckmäßig sein, die Gaskanäle 28, 29 durch Zusammenquetschen
des Filterpapiers zu verschließen.
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Das
Kompaktfilterelement 1 ist zum austauschbaren Einsatz in
dem Filtergehäuse 2 vorgesehen. Hierzu umfasst
das Filtergehäuse 2 einen Grundkörper 20 und
einen lösbaren, unter Bildung einer Trennfuge 34 daran
befestigten Deckel 19. Die Ebene der Trennfuge 34 liegt
senkrecht zur Längsachse 7 des Kompaktfilterelementes 1 und
des Gehäuses 2. Nach Lösen des Deckels 19 vom
Grundkörper 20 kann das Kompaktfilterelement 1 entnommen
und gegen ein neues ersetzt werden.
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Bezogen
auf die Längsachse 7 weist der Filterkörper 3 ein
der Reinseite 23 zugeordnetes stirnseitiges Ende 5 und
ein der Rohseite 22 zugeordnetes stirnseitiges Ende 27 auf.
Im Bereich des stirnseitigen Endes 5 ist eine umlaufende
Dichtung 4 am Filterkörper 3 angeordnet.
Sie weist einen umlaufenden Befestigungsabschnitt 24 auf,
mit dem die Dichtung an einer Außenfläche 11 des
Filterkörpers 3 befestigt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist dazu der Befestigungsabschnitt 24 mit der Außenfläche 11 verklebt.
Es können aber auch andere Befestigungsmittel zweckmäßig
sein. Am Befestigungsabschnitt 24 ist eine umlaufende Dichtlippe 25 angeformt,
die aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften in einer senkrecht
zur Längsachse 7 liegenden Breitenrichtung 10 an
einer Innenwand des Grundkörpers 20 umlaufend
dichtend anliegt. Je nach Ausgestaltung der Innenwand des Grundkörpers 20 kann
durch die Dichtlippe 25 auch eine Rastfunktion ausgeführt
werden, mittels derer das Kompaktfilterelement 1 in seiner
Relativlage zum Grundkörper 20 des Filtergehäuses 2 gehalten
wird. An dem der Rohseite 22 zugeordneten stirnseitigen
Ende 27 ist noch ein weiterer, um die Dichtfläche 11 umlaufender
Dichtring 26 vorgesehen, der im montierten Zustand des
Kompaktfilterelementes 1 in der Breitenrichtung 10 an
der Innenfläche des Grundkörpers 20 des
Filtergehäuses 2 anliegt.
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Mit
Ausnahme des Befestigungsabschnittes 24 stehen die weiteren
Querschnittsbereiche der umlaufenden Dichtung 4 in Richtung
der Längsachse 7 über eine Stirnfläche 12 des
Filterkörpers 3 zur Reinseite 23 hin
hervor. Zu den über die Stirnfläche 12 hervorstehenden
Abschnitten gehört ein Übergangsabschnitt 13 und
ein Dichtabschnitt 8. Der Dichtabschnitt 8 weist
eine umlaufende Stützwand 9 auf, die gegenüber
dem Befestigungsabschnitt 24 in der Breitenrichtung 10 nach
innen zur Längsachse 7 hin zurückversetzt
angeordnet ist. Dabei liegt der im Wesentlichen rechteckige Querschnitt
der Stützwand 9 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 7.
Der Befestigungsabschnitt 24 geht mittels des schräg
nach innen zur Längsachse 7 hin geneigten Übergangsabschnittes 13 in
die Stützwand 9 über. Eine umlaufende
Innenfläche 15 der Stützwand 9 liegt
parallel bzw. koaxial zur Längsachse 7. Eine Innenfläche 14 des Übergangsabschnittes 13 verengt
sich etwa konisch ausgehend von der Außenfläche 11 des
Filterkörpers 3 schräg nach innen zur
Längsachse 7 hin, bis sie an die Innenfläche 15 der
Stützwand 9 anschließt. Der Verlauf der
Innenflächen 14, 15 stellt eine saubere Strömungsführung
des aus dem Filterkörper 3 auch im äußeren
Randbereich ausströmenden Gases sicher.
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In
der Breitenrichtung 10 ist außenseitig und materialeinheitlich
an der Stützwand 9 mindestens eine Dichtlippe 17 angeformt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei umlaufende
Dichtlippen 17 am Dichtabschnitt 8 angeordnet,
die kaskadenartig in Richtung der Längsachse 7 zueinander beabstandet
sind. Der Dichtabschnitt 8 liegt im montierten Zustand
mit seinen Dichtlippen 17 in der Breitenrichtung 10 an
einer Gehäusewand 6 des Filtergehäuses 2 an.
Die Gehäusewand 6 kann dem Grundkörper 20 zugeordnet
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gehäusewand 6 Teil
des Deckels 19. Innenseitig an ihr liegen sämtliche
drei Dichtlippen 17 dichtend an. In Verbindung mit der weiteren
Dichtlippe 25 ist eine Abdichtung des Kompaktfilterelementes 1 sowohl
gegenüber dem Grundkörper 20 als auch
gegenüber dem Deckel 19 sichergestellt, so dass
auf eine zusätzliche Dichtung zwischen beiden Gehäuseteilen
im Bereich ihrer Trennfuge 34 verzichtet werden kann.
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Bezogen
auf dasjenige Gehäuseteil mit der den Dichtlippen 17 zugeordneten
Gehäusewand 6 ist eine Montagerichtung des Kompaktfilterelementes 1 durch
einen Pfeil 18 angegeben. Beim Aufsetzen des Deckels 19 auf
den Grundkörper 20 mit dem darin eingesetzten
Kompaktfilterelement 1 schiebt sich der Dichtabschnitt 8 in
der Montagerichtung 18 in den Deckel 19 hinein.
Die Dichtlippen 17 sind entgegen der Montagerichtung 18 geneigt.
Im entspannten Zustand stehen ihre äußeren Kanten
in der Breitenrichtung 10 über die Gehäusewand 6 hervor.
Beim Aufschieben des Deckels 19 wird die Neigung der Dichtlippen 17 vergrößert,
wobei sich eine elastische Vorspannkraft in der Breitenrichtung 10 zur
Anlage an der Gehäusewand 6 aufbaut. Im Betrieb
des gezeigten Filters entsteht eine Druckdifferenz zwischen der Rohseite 22 und
der Reinseite 23, demnach auf der Rohseite 22 ein
geringerer Druck als auf der Reinseite 23 herrscht. Diese
Differenz kann unterstützend auf die Anpresskraft der schräggeneigten
Dichtlippen 17 wirken.
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Die
Stützwand 9 ist auf ihrer Innenfläche 15 mit
angeformten Aussteifungsrippen 16 versehen. Die flächigen,
ebenen Aussteifungsrippen 16 erstrecken sich in der Breitenrichtung 10 und
parallel zur Längsachse 7, demnach ihre jeweilige
Ebene parallel zur Längsachse 7 liegt. Hierdurch
lassen sie eine ungestörte Abströmung des durch
den Filterkörper 3 hindurchtretenden Gases zu.
Gleichzeitig erhöhen sie die Biegesteifigkeit des Querschnittes
der Stützwand 9. Als zusätzliche vorteilhafte
Option ist dargestellt, dass die Aussteifungsrippen 16 auf
der Stirnseite 12 des Filterkörpers 3 aufstehen.
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Die
Dichtung 4 ist insgesamt einschließlich des Dichtabschnittes 8 mit
der Stützwand 9, den Dichtlippen 17 und
den Aussteifungsrippen 16, des Übergangsabschnittes 13 und
des Befestigungsabschnittes 24 mit der weiteren Dichtlippe 25 einteilig und
materialeinheitlich aus einem gummielastischen Material gefertigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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