DE60006789T3

DE60006789T3 - Dichtungssystem für filter

Info

Publication number: DE60006789T3
Application number: DE60006789T
Authority: DE
Inventors: Steven Gieseke; Carolyn Finnerty
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: CN1341035A; ATE361139T1; EP1159052A1; JP2002542417A; AU781353B2; WO2000050149A1; US20030182909A1; CN1590746A; US6610117B2; BR0008458B1; DE60034711T3; US20050060972A1; DE60006789T2; US6783565B2; EP1159052B1; CN1590746B; DE60006789D1; AU3240800A; DE60034711D1; CA2360445A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Filteranordnungen für Maschinen und Motoren und Verfahren der Filterung und der Filterherstellung. Insbesondere beschreibt die Erfindung eine Filteranordnung mit einem Dichtungssystem.
Hintergrund der Erfindung
Gasströme führen oft Feststoffpartikel mit sich. In vielen Fällen ist es wünschenswert, einige oder alle Feststoffpartikel aus dem Gasstrom zu entfernen. Z. B., führen Ansaugluftströme von Fahrzeugmotoren oder Kraftwerkseinrichtungen, z. B. Gasströme zu Gasturbinen und Luftströme zu verschiedenen Verbrennungsöfen oft Feststoffpartikel mit sich. Falls die Feststoffpartikel den internen Arbeitsbereich der verschiedenen betroffenen Maschinen erreichen sollten, können sie diesen beträchtliche Schäden zufügen. Bei solchen Systemen wird daher bevorzugt, die Feststoffpartikel stromaufwärts von dem Motor, der Turbine, dem Verbrennungsofen oder anderen betroffenen Maschinen aus dem Gasstrom zu entfernen. Zur Entfernung der Feststoffpartikel sind eine Vielzahl von Luftfilter- oder Gasfilter-Anordnungen entwickelt worden. Im allgemeinen wird jedoch kontinuierlich nach Verbesserungen gesucht.
WO 9740908 beschreibt einen konischen Filter mit einem Faltenfilter-Medium und einer axialen Dichtung. Gemäss WO 9740908 werden die Filter-elemente durch Wickeln von Schichten des Filtermediums gebildet, um einen kreisförmigen Querschnitt zu erzeugen. Die Elemente werden axial bewegt, während sie auf eine Form gewickelt oder plaziert werden, während das Dichtungsmittel noch biegsam ist, um das Element zu formen. WO 9741939 beschreibt eine Plastik-Endscheibe für ein ringförmiges Filterelement, das radial durchströmt wird. EP 0581695 beschreibt eine Filteranordnung mit verformbaren Dichtungs-Endkappen. US Patent 3.695.437 beschreibt einen Ölfilter mit einer Anti-Drainage-Rückschlag-Armatur. Das Filterelement ist zylindrisch und wird radial durchströmt; es besitzt ein axiales Dichtungssystem. EP 0704233 beschreibt einen aufgewickelten (spin-on) Filter mit einem Faltenelement und radialer Durchströmung. Es wird ein axial ausgerichtetes Dichtungssystem verwendet. JP-U-63122617 offenbart ein Filterelement eines gewickelten, gerillten Filtermediums mit L-förmigen Rahmenkonstruktionen auf beiden Enden. Der L-förmige Rahmen trägt eine Plastikdichtung welche eine axiale Dichtung mit dem Container bildet, wobei die axialen Dichtkräfte durch Klammern des Filtergehäuses angelegt werden. Das US-Patent 4,498,989 offenbart einen Luftreiniger mit einem Filterelement, der ein spiralförmig gewickeltes gerilltes Filtermedium verwendet. Das Filtermedium kann in das Einlassende eines Reinigergehäuses eingesteckt werden, wo es in Position durch einen auf eine Dichtung wirkenden Kompressionsring gehalten wird. Die Dichtung ist auf einem Rahmen angebracht und wirkt mit dem Kompressionsring zusammen, um eine axiale Quetschdichtung zu bilden. US-Patent 5,613,992 offenbart ein Luftfilterelement mit gefaltetem Medium. Zwei Endkappen sind direkt an dem Medium angebracht und eine der Endkappen bildet eine radiale Dichtung mit dem Filtergehäuse, wenn sie in das Filtergehäuse eingesteckt wird.
Zusammenfassung der Offenbarung
Diese Offenbarung beschreibt ein Zuluftsystem eines Motors. Das Zuluftsystem besitzt eine Filterelement-Anordnung mit einem Medium Paket und einem Dichtungssystem. Das Dichtungssystem besitzt einen Rahmen und ein Dichtungselement, wobei der Dichtungsrahmen eine Verlängerung besitzt, die sich von und oberhalb einer der Strömungsflächen des Filtermedium Paketes aus in axialer Richtung erstrecken. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird das Dichtungselement von der Verlängerung des Rahmens getragen.
Es werden hier die Filterelement-Anordnungen beschrieben. Bevorzugte Filterelement-Anordnungen schliessen solche mit den o. g. Charakteristiken ein.
Verfahren zur Herstellung von Filtersystemen, die Wartung von Filtersystemen und der Aufbau von Filteranordnungen werden hier beschrieben. Bevorzugte erfindungsgemässe Verfahren verwenden Filterelemente und Anordnungen der oben charakterisierten Art.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Filterpaketes;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles des in dem Filterpaket gemäss 1 verwendeten Filtermediums;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Möglichkeit zur Herstellung eines Filterpaketes zum Einsatz in der Ausführungsform gemäss 1;
4 ist ein schematischer Grundriss einer Ausführungsform eines Dichtungssystems für das Filterpaket gemäss 1;
5 ist ein schematischer fragmentarischer Querschnitt der Ausführungsform gemäss 1, dichtend eingesetzt in einen kompressiblen Luftfilter;
6 ist ein schematischer Querschnitt 6-6 des Rahmens des Dichtungssystems gemäss 4;
7 ist ein vergrösserter fragmentarischer schematischer Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Dichtungselementes des Dichtungssystems gemäss 4;
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Luftfilters, in den ein erfindungsgenmässes Filterpaket eingesetzt ist;
9 ist ein schematischer Querschnitt des Luftfilters gemäss 8, in den ein Filterpaket gemäss 1 eingesetzt ist;
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Filterpaketes;
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles eines Filtermediums des Filterpaketes gemäss 10;
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Teiles eines Rahmens eines Dichtungssystems des Filterpaketes gemäss 10;
13 ist ein schematischer Querschnitt 13-13 einer Ausführungsform eines in dem Filterpaket gemäss 10 einsetzbaren Dichtungssystems;
14 ist eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Luftfilters;
15 ist ein schematischer Querschnitt 15-15 eines Luftfilters gemäss 14 mit einem Filterpaket gemäss 10;
16 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Systems in dem erfindungsgemässe Luftfilter eingesetzt sind;
17 ist eine Stirnansicht einer alternativen Ausführungsform des Filterpaketes gemäss 1; und
18 ist eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform des Filterpaketes gemäss 1.
Detaillierte Beschreibung
A. Fig. 1–Fig. 7
Die Aufmerksamkeit wird auf 1 gerichtet. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Filterpaketes 50. Das bevorzugte Filterpaket 50 besitzt ein Filtermedium 55 und ein Dichtungssystem 60. In bevorzugten Konstruktionen ist das Filtermedium 55 so ausgelegt, dass es Feststoffpartikel aus einem Fluid, z. D. Luft, die das Filtermedium 55 passiert, entfernt; das Dichtungssystem 60 ist so ausgelegt, dass es das Filterpaket 50 gemäss 8 und 9 gegen eine Seitenwand eines Gehäuses oder eines Kanals abdichtet. Mit dem Begriff „Dichtung” ist gemeint, dass das Dichtungssystem 60 unter normalen Bedingungen verhindert, dass unbeabsichtigte Mengen des Fluids einen Bereich zwischen dem Filterpaket 50 und der Seitenwand des Gehäuses oder des Kanals passiert, d. h., das Dichtungssystem 60 unterbindet Fluidströme, die an dem Filtermedium 55 des Filterpaketes 50 vorbeiströmen könnten.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Filtermedium 55 für „Durchgangsströmung” konfiguriert. „Durchgangsströmung” bedeutet, dass das Filtermedium 55 in einer Filterkonstruktion 100 konfiguriert ist, die eine erste Strömungsfläche 105 (in der dargestellten Ausführungsform einem Eintrittsende entsprechend) und eine gegenüberliegende zweite Strömungsfläche 110 (in der dargestellten Ausführungsform einem Austrittsende entsprechend) besitzt, wobei die Fluidströmung in einer Richtung 114 durch die erste Strömungsfläche 105 eintritt und in der gleichen Richtung 116 durch die zweite Strömungsfläche 110 austritt. Beim Einsatz in einem Durchgangsfilter-Gehäuse tritt das Fluid im allgemeinen durch die Eintrittsöffnung des Gehäuses in einer Richtung ein, tritt in der gleichen Richtung in die Filterkonstruktion 100 durch die erste Strömungsfläche 105 ein, verlässt die Filterkonstruktion 100 in der gleichen Richtung durch die zweite Strömungsfläche 110, und verlässt das Gehäuse durch den Gehäuseaustritt in der gleichen Richtung.
Obwohl die erste Strömungsfläche 105 oben als Eintrittsfläche und die zweite Strömungsfläche 110 als Austrittsfläche beschrieben worden ist, können die Eintritts- und die Austrittsflächen miteinander vertauscht werden. D. h., die erste Strömungsfläche 105 gemäss 1 kann einem Austrittsende zugeordnet sein, während die zweite Strömungsfläche 110 gemäss 1 einem Eintrittsende zugeordnet sein kann.
Im allgemeinen ist die Filterkonstruktion 100 eine Wickelkonstruktion. D. h., die Filterkonstruktion 100 besteht üblicherweise aus einer Filtermediumschicht, die vollständig und wiederholt um ein Zentrum gewickelt ist. Üblicherweise ist die Wickelkonstruktion eine Spule bei der eine Filtermediumschicht mehrmals um ein Zentrum gewickelt ist. In Anordnungen, in denen eine gewickelte Spulen-konstruktion verwendet wird. Ist die Filterkonstruktion eine Rolle eines Filtermediums, üblicherweise eines durchlässigen Faltenfiltermediums.
2 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Operations-prinzipien bestimmter in den erfindungsgemässen Filterkonstruktionen verwendeter bevorzugter Filtermedien demonstriert. In 2 ist eine Falten-konstruktion 122 dargestellt. Vorzugsweise besitzt die Faltenkonstruktion 122 eine Wellenschicht 123 mit mehreren Wellen 124 und ein Deckblatt 132. Die Ausführungsform gemäss 2 zeigt zwei Teile des Deckblattes 132: ein Blatt 132A oberhalb der Wellenschicht 123 und ein Blatt 132B unterhalb der Wellenschicht 123. Üblicherweise besitzt die in erfindungsgemässen Ausführungsformen bevorzugte Filtermedium-Konstruktion 125 eine Wellen-schicht 123, die mit dem unteren Deckblatt 132B verbunden ist. Bei der Verwendung dieser Filtermedia Konstruktion 125 in einer Wickelkonstruktion, wird sie üblicherweise um sich selbst gewickelt, so dass das untere Deckblatt 132B die Oberseite der Wellenschicht 123 abdeckt. Die Abdeckung der Wellenschicht 123 durch das Deckblatt 132 ist durch das Blatt 132A dargestellt. Es ist zu beachten, dass das Deckblatt 132A und das Deckblatt 132B das gleiche Blatt 132 sind.
Bei Verwendung dieses Typs der Mediumkonstruktion 125 bilden die Wellen-kammern 124 vorzugsweise alternierende Scheitel 126 und Mulden 128. Die Mulden 128 und die Scheitel 126 teilen die Falten in eine obere Reihe und eine untere Reihe. Gemäss 2 sind die oberen Falten der Faltenkammern 136 an ihrem stromabwärts gelegenen Ende geschlossen, während die Faltenkammern 134 der unteren Reihe an ihren stromaufwärts gelegenen Enden geschlossen sind. Die Wellenkammern 134 sind durch ein erstes Saumband 138 verschlossen, das einen Teil des stramaufwärtigen Endes der Falten zwischen dem gewellten Blatt 130 und dem Deckblatt 132B füllt. In gleicher Weise verschliesst ein zweites Saumband 140 die stromabwärts gelegenen Enden alternierender Fallen 136. In einigen bevorzugten Systemen sind sowohl das erste Saumband 138 als auch das zweite Saumband 140 entlang aller Teile der Mediumkonstruktion 125 gerade gestreckt, und weichen niemals von der Geraden ab. In einigen bevorzugten Systemen ist das erste Saumband 138 gerade und weicht niemals von einer Position an oder nahe der Enden der Mediumkonstruktion 125 ab; während das zweite Saumband 140 gerade ist und niemals von einer Position an oder in der Nähe der Enden der Mediumkonstruktion 125 abweicht. Die Falten 124 und die Endsaumbänder 138, 140 bilden die Mediumkonstruktion 125, die zu der Filterkonstruktion 100 geformt werden kann und die ohne ein Gehäuse strukturell selbsttragend ist.
Bei der Verwendung eines Filtermediums in der Form der Filtermediumkonstruktion 125 tritt während des Betriebes ein ungefiltertes Fluid, z. B. Luft, dargestellt durch einen schattierten Pfeil 144 in die Faltenkammern 136 ein. Die Faltenkammern 136 sind an ihren Strom aufwärts gelegenen Enden 146 offen. Der ungefilterte Fluidstrom kann nicht durch die Strom abwärts gelegenen Enden 148 der Wellenkammern 136 strömen, da die Strom abwärts gelegenen Enden 148 durch das zweite Saumband 140 verschlossen sind. Dadurch ist der Fluidstrom gezwungen durch das gewellte Blatt 130 oder durch das Deckblatt 132 zu strömen. Beim Durchströmen des gewellten Blattes 130 oder des Deckblattes 132 wird der Fluidstrom gereinigt bzw. gefiltert. Der gereinigte Fluidstrom ist durch die nicht schattierten Pfeile 150 dargestellte. Das Fluid passiert dann die Faltenkammern 134 (während stromauswärts gelegene Enden 151 verschlossen sind) um gemäss 1 durch die stromabwärts gelegenen offenen Enden 152 der Faltenkonstruktion 122 zu strömen. In der dargestellten Konfiguration kann das ungefilterte Fluid durch das gewellte Blatt 130, das obere Deckblatt 132A oder das untere Deckblatt 132B in eine Wellenkammer 134 strömen.
Üblicherweise wird die Filtermediumkonstruktion 125 vorbereitet und dann gewickelt, um eine gewickelte Filtermediumkonstruktion 100 zu bilden. Wenn diese Art der Filtermediumkonstruktion gewählt wird, beinhaltet die Filtermediumkonstruktion 125 die Wellenschicht 123, die durch das Saumband 138 mit dem unteren Deckblatt 132B verbunden ist (wie in 2 dargestellt, aber ohne das obere Deckblatt 132A). Bei diesen Ausführungsformen besitzt die Filtermediumkonstruktion 125 an einem Ende eine führende Kante und an dem gegenüber liegenden Ende eine Endkante, wobei sich eine obere seitliche Kante und eine untere seitliche Kante zwischen der führenden Kante und der Endkante erstrecken. Mit dem Begriff „führende Kante” ist die Kante gemeint, mit der das Aufrollen begonnen wird, so dass die führende Kante an dem Zentrum der Wickelkonstruktion anliegt. Die „Endkante” ist die Kante, die nach Beendigung des Wickelprozesses an der Aussenseite der gewickelten Konstruktion liegt.
Die führende Kante und die Endkante sollten zwischen dem gewellten Blatt 123 und dem unteren Deckblatt 132B bei diesen Arten der Filtermedium-Konstruktion 125 abgedichtet sein, bevor das Filterblatt 122 zu einer Spule gewickelt wird. Obwohl es zahlreiche Möglichkeiten gibt, wird in bestimmten Verfahren die Dichtung an der führenden Kante wie folgt geformt: (a) das gewellte Blatt 123 und das untere Deckblatt 132B werden entlang des Scheitels 126 einer Welle 124 von der oberen Seitenkante zur unteren Seiten-kante (oder von der unteren Seitenkante zur oberen Seitenkante) geschnitten; und (b) entlang der Schnittlinie wird Dichtungsmaterial zwischen dem unteren Deckblatt 132B und der Wellenschicht 123 aufgetragen. Die Dichtung an der Endkante kann analog zur Dichtung an der führenden Kante hergestellt werden. Obwohl zahlreiche unterschiedliche Dichtungsmittel Arten zur Herstellung der Dichtungen verwendet werden können, ist ein bevorzugtes Dichtungsmittel ein nicht geschäumtes Dichtungsmittel der Firma H. B. Fuller, St. Paul, Minnesota, unter der Handelsbezeichnung HL0842.
Bei der Verwendung der Filtermedium Konstruktion 125 kann es für den System Konstrukteur wünschenswert sein, die Filtermedium Konstruktion 125 in eine gewickelte Filtermedium Konstruktion 100 gemäss 1 zu wickeln. Die verschiedensten Arten können benutzt werden, um Filtermedia aufzuwickeln. Bei einer besonderen Ausführungsform gemäss 3 ist die Filtermedia Konstruktion 125 um eine zentrale Spindel 154 oder ein anderes Element aufgewickelt. Die zentrale Spindel 154 kann entfernt werden oder kann belassen werden, um als zentraler Kern der zylindrischen Filterkonstruktion 100 (1) zu dienen. Es ist offensichtlich, dass unrunde zentrale Wicklungs-elemente benutzt werden können, um Filtermedia Formen wie z. B., langgestreckte, ovale, rechteckige oder „rennbahnförmige” („race track”) Profile herzustellen.
Die Filtermedium Konstruktion 125 kann auch ohne Spindel oder zentralen Kern gewickelt werden. Ein Verfahren zur Bildung einer kernlosen Wickelkonstruktion besteht aus folgenden Schritten:

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

Bei anderen Verfahren können kernlose Konstruktionen aus der Filtermedium Konstruktion 125 durch automatisierte Prozesse hergestellt werden, wie in den US Patenten No. 5.543.007 und 5.435.870 beschrieben; beide US Patente werden in diese Erfindung eingeschlossen. Bei weiteren anderen Verfahren kann die Medium Konstruktion von Hand gerollt werden.
Bei der Verwendung gerollter Konstruktionen, wie der Filterkonstruktion 100, wird der Systemkonstrukteur wünschen, sicherzustellen, dass der äussere Umfang der Konstruktion 100 verschlossen oder fixiert ist, um zu verhindern, dass sich die Filterkonstruktion 100 abwickelt. Es gibt verschiedene Arten dies zu erreichen. Bei einigen Anwendungen wird der äussere Umfang mit einer Aussenschicht umhüllt. Die Aussenschicht kann ein nicht-poröses klebendes Material sein, wie z. B., Kunststoff mit einem Kleber auf einer Seite. Wenn diese Art der Außenschicht benutzt wird, verhindert die Außenschicht, dass sich die Filterkonstruktion 100 abwickelt; ferner verhindert sie, dass Fluid durch die äußere Peripherie der Filterkonstruktion 100 strömt und hält dadurch die Durchgangsströmung durch die Filterkonstruktion 100 aufrecht.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Filterkonstruktion 100 dadurch in ihrer gewickelten Konstruktion gehalten, dass die Endkante der Filtermedium Konstruktion 125 mit einem Kleber oder einem Dichtungsmittel entlang einer Linie 160 (1) an der Außenfläche der Filterkonstruktion 100 befestigt wird. Es kann z. B. ein warmschmelzender Kleber entlang der Linie 160 aufgebracht werden.
In 1 ist die zweite Strömungsfläche 110 schematische dargestellt. 1 zeigt einen Teil 112, in dem die Falten einschließlich der offenen Enden 152 und der geschlossenen Enden 148 dargestellt sind. Es ist zu beachten, dass der Teil 112 repräsentativ für die gesamte Strömungsfläche 110 ist. Aus Gründen der Klarheit und der Vereinfachung sind die Falten in den restlichen Teilen der Strömungsfläche 110 nicht dargestellt. Draufsichten und Bodenansichten und auch Seitenansichten eines Filterpaketes 15, das üblicherweise in den hier beschriebenen Systemen und Vorrichtungen eingesetzt wird, sind in der gemeinsam anhängigen und gemeinsam zugeordneten US Patentanmeldung Serien Nr. 29/101.193 eingereicht 26.02.199 mit dem Titel „Filterelement having ceiling system” dargestellt, die hiermit eingeschlossen wird.
9 zeigt die Filterkonstruktion 100 in einem Gehäuse 305 eingebaut, das Teil eines Lufteinlasskanals in einen Motor oder eine Turbomaschine sein kann. In der dargestellten Anordnung strömt Luft bei 306 in das Gehäuse 305 ein, durch die Filterkonstruktion 100 und bei 307 aus dem Gehäuse 305 aus. Wenn Filtermedium Konstruktionen der dargestellten Art wie die Filterkonstruktion 100 in einem Kanal oder einem Gehäuse 305 verwendet werden, ist ein Dichtungssystem 60 erforderlich, um sicher zustellen, dass die Luft durch die Filtermedium Konstruktion 100 strömt und nicht an ihr vorbei.
5 zeigt eine vergrösserte fragmentarische Ansicht der in das Gehäuse 305 eingebauten Filterkonstruktion 100; das dargestellte spezielle Dichtungssystem 60 besitzt eine Rahmenkonstruktion 170 und ein Dichtungselement 250. Wenn diese Art des Dichtungssystems 60 verwendet wird, besitzt die Rahmenkonstruktion 170 eine Stützstruktur gegen die das Dichtungselement 250 gepresst werden kann, um mit dem Kanal oder dem Gehäuse 305 eine Radialdichtung 172 zu bilden.
In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform besitzt die Rahmen-konstruktion 170 eine steife Verlängerung 174, die sich von mindestens einem Teil einer der ersten und zweiten Strömungsflächen 105, 110 der Filterkonstruktion 100 erstreckt. In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform erstreckt sich die steife Verlängerung 174 axial von der zweiten Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100. In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform ragt die Verlängerung 174 infolge der planaren Form der zweiten Strömungsfläche 110 über der gesamten zweiten Strömungsfläche 110 in axialer Richtung. In Ausführungsformen, in denen die Strömungsfläche nicht-planar ist, z. B. kegelstumpfförmig, kann die Verlängerung 174 so ausgebildet sein, dass sie nur über einem Teil der Strömungsfläche aufragt. Z. B. könnte es in einer kegelstumpfförmigen Filterkonstruktion einen zentralen Teil am oder in der Nähe des Kernes geben, der über die Verlängerung 174 ragt.
6 zeigt einen Querschnitt der speziellen Rahmenkonstruktion 170 gemäss 5. Die in 6 dargestellte Verlängerung 174 besitzt ein Paar einander gegenüberliegender Seiten 176, 178, die durch eine Stirnkante 180 miteinander verbunden sind. In bevorzugten Ausführungsformen dient eine der ersten oder zweiten Seiten 176, 178, derart zur Stützung des Dichtungselementes 250, dass zwischen der ausgewählten Seite 176 oder 178 und der zugeordneten Oberfläche des Gehäuses oder des Kanals eine Dichtung 172 gebildet werden kann. Wenn diese Art der Konstruktion verwendet wird, ist die Verlängerung 174 ein kontinuierliches Element, das eine geschlossene Schleifenstruktur 182 (4) bildet. Das Dichtungselement 250 kann entweder mit der inneren Seite 184 der Schleifenstruktur 182 oder der äusseren Seite 186 der Schleifenstruktur 182 in Eingriff stehen oder an ihr anliegen. Wenn die Schleifenstruktur 182 mit der inneren Seite 184 in Eingriff steht, kann das Dichtungselement 250 zwischen der Verlängerung 174 und einem in die Schleifenstruktur eingesetzten rohrförmigen Element zusammengedrückt werden, so dass die Verlängerung 174 und das Dichtungselement 250 das rohrförmige Element umschliessen. Dadurch wird eine radiale Richtung zwischen dem äusseren Teil des rohrförmigen Elementes und der inneren Seite 176 der Verlängerung 174 (und damit der Schleifenstruktur 182) gebildet.
Das Dichtungselement 250 kann auch an dem äusseren Teil 186 der Schleifenstruktur 182 anliegen. Wenn diese Konstruktionsart verwendet wird, kann ein Gehäuse oder ein Kanal die Verlängerung 174 und die Schleifenstruktur 182 einschliesslich des Dichtungselementes 250 umschliessen, um eine Dichtung zwischen der äusseren Seite 178 der Verlängerung 174 und einer inneren Fläche des Gehäuses oder des Kanals zu bilden.
Bei speziellen bevorzugten Ausführungsformen liegt das Dichtungselement 250 sowohl an der inneren Seite 184 als auch an der äussere Seite 186 der Schleifenstruktur 182 an. Bei einer speziellen Ausführungsform gemäss 5 kommt das Dichtungselement 250 mit der Stirnkante 180 der Verlängerung 174 derart in Eingriff, dass das Dichtungselement 250 die Verlängerung 174 von der äusseren Seite 186 über die Stirnkante 180 bis zur inneren Seite 184 überdeckt.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft 4, 5 und 6. 4 ist ein schematischer Grundriss des Dichtungssystems 60 gemäss 1; 5 ist ein fragmentarischer schematischer Querschnitt des Filterpaketes 50 gemäss 1, das in einem Gehäuse 305 installiert ist; und 6 ist ein schematischer Querschnitt der Rahmenkonstruktion 170 des Dichtungssystems 60 gemäss 4.
Im allgemeinen besitzt die Rahmenkonstruktion 170, wenn Rahmenkonstruktionen 170 der hier beschriebenen Art verwendet werden, einen Rahmen 205. Der Rahmen 205 kann verschiedene Formen haben. Bei der speziellen Ausführungsform gemäss 4 hat der Rahmen 205 eine allgemeine Kreisform. Der Rahmen 205 gemäss 4 ist zur Befestigung an der zweiten Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100 konfiguriert.
In der in 6 dargestellten speziellen Ausführungsform besitzt der Rahmen 205 eine anhängende Lippe 251, die mit einem inneren Durchmesser weitgehend kreisförmig ist. Vorzugsweise ist der innere Durchmesser ungefähr gleich dem äusseren Durchmesser der Filterkonstruktion 100. Die anhängende Lippe 251 erstreckt sich um einen ersten Abstand abwärts von der Unterseite 252 von Kreuzstreben 210. Die anhängende Lippe 251 ist so angeordnet und so konfiguriert, dass sie sich radial um die zweite Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100 erstreckt. In der in 5 dargestellten speziellen Ausführungsform erstreckt sich die anhängende Lippe 251 radial um die zweite Strömungsfläche 110 des Filtermediums 100, so dass sich die anhängende Lippe 251 um den ersten Abstand von der zweiten Strömungsfläche 110 der Filterkonstruktion 100 einwärts erstreckt, um einen Überlappungsbereich 255 zu bilden.
Der Rahmen 205 ist vorzugsweise an der Filterkonstruktion 100 befestigt. Es gibt viele Möglichkeiten den Rahmen 205 an der Filterkonstruktion 100 zu befestigen. Eine speziell bevorzugte Art den Rahmen 205 an der Filterkonstruktion 105 zu befestigen ist die Verwendung eines Klebers. Bei der in 5 bevorzugten Ausführungsform ist der Kleber in dem Überlappungs-bereich zwischen der anhängenden Lippe 152 und der Konstruktion 100 angebracht.
Vorzugsweise verbindet der Kleber den Rahmen 205 permanent mit der Filterkonstruktion 100 während er gleichzeitig Fluidleckagen durch den Über-lappungsbereich 255 zwischen der Filterkonstruktion 100 und dem Rahmen 205 verhindert. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Rahmen 205 temporär an der Filterkonstruktion 100 befestigt sein. Mit dem Begriff „temporär” ist gemeint, dass der Rahmen 205 von der Filterkonstruktion 100 gelöst werden kann, ohne das Dichtungssystem 60 oder die Filterkonstruktion 100 zu beschädigen.
Während des Betriebes werden, bei der hier beschriebenen Art des Rahmens 205, um den Umfang des Rahmens 205 nach innen gerichtete Kräfte ausgeübt. Der Rahmen 205 wird von Kreuzstreben 210 gestützt. Mit dem Begriff „gestützt” ist gemeint, dass die Kreuzstreben 210 verhindern, dass der Rahmen 205 unter den Kräften, die auf den Umfang des Rahmens 205 ausgeübt werden, radial kollabiert.
Die in 6 dargestellte Verlängerung 174 der Rahmenkonstruktion 170 besitzt einen Oberteil bzw. ringförmigen Dichtungsträger 263. Gemäss 6 ist der Dichtungsträger 263 weitgehend kreisförmig; er ist zum Einsatz in ein Gehäuse oder einen Kanal angeordnet und konfiguriert. Wenn der Dichtungsträger 263 kreisförmig ist, definiert er einen inneren Durchmesser. Zwischen dem Dichtungsträger 263 und der anhängenden Lippe 251 besitzt der Rahmen 205 eine Schulter 253. Die Schulter 253 bildet einen Übergangsbereich zwischen dem grösseren inneren Durchmesser der anhängenden Lippe 251 und dem kleineren inneren Durchmesser des Dichtungsträger 263.
In der Konstruktion und Anordnung gemäss 5 und 6 dient der Dichtungsträger 263 als Träger für das zusammendrückbare Dichtungselement 250. Das zusammendrückbare Dichtungselement 250 ist vorzugsweise so konstruiert und angeordnet, dass es ausreichend kompressibel ist, um zwischen dem Dichtungsträger 263 des Rahmens 205 und einer Seitenwand 260 eines Gehäuses oder eines Kanals zusammen gepresst zu werden. Wenn das Dichtungselement 250 zwischen dem Dichtungsträger 263 und der Seitenwand 260 ausreichend zusammen gepresst ist, besteht eine radiale Dichtung 172 zwischen dem Filterpaket 50 und der Seitenwand 260.
Es gibt verschiedene Arten, um das Dichtungselement 250 auf dem Dichtungsträger 263 zu befestigen. Eine besonders einfache und bevorzugte Art ist das Dichtungselement 250 so zu formen, dass es die äussere radiale Seite 270 des Dichtungsträgers 263 und die innere radiale Seite 271 des Dichtungsträger 263 einschl. der Stirnkante 180 (7) überdeckt und überlappt und dadurch mit dem Dichtungsträger 263 in Eingriff steht. Eine spezielle Ausführungsform dieser Konfiguration ist in 7 dargestellt. Das in 7 dargestellte Dichtungselement 250 überlappt den Dichtungsträger 263 vollständig.
Der Dichtungsträger 263 des Rahmens 205 bildet eine Wand oder Tragkonstruktion an der durch das kompressible Dichtungselement 250 eine radiale Dichtung 172 gebildet werden kann. Die Zusammendrückung des kompressiblen Dichtungselementes 250 an dem Dichtungssystem 60 reicht vorzugsweise aus, um eine radiale Dichtung unter einem Einführdruck von nicht grösser als 36 kg (80 lbs), üblicherweise nicht grösser als 22,7 kg (50 lbs) z. B. ungefähr 9 bis 18 kg (20–40 lbs) zu bilden und ist gering genug, um einen bequemen und leichten manuellen Austausch zu gestatten. Vorzugsweise beträgt der Kompressionswert des kompressiblen Dichtungselemtes 250 mindestens 15%, vorzugsweise nicht mehr als 40% und üblicherweise zwischen 20% und 33%. Mit „Kompressionswert” ist die physikalische Verschiebung eines äussersten Teiles des Dichtungselementes 250 radial in Richtung auf den Dichtungsträger 263 als Prozent des äussersten Teiles des Dichtungselementes 250 in einem ruhenden ungestörten Zustand und nicht in einen Kanal installiert oder nicht anderen Kräften ausgesetzt, gemeint.
7 zeigt eine vergrösserte schematische fragmentarische Ansicht eines speziellen bevorzugten Dichtungselementes 250 im unkomprimierten Zustand. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt das Dichtungselement 250 im Querschnitt eine stufenförmige Konfiguration, deren äussere Dimensionen (Durchmesser, bei kreisförmigem Grundriss) von einem ersten Ende 264 zu einem zweiten Ende 265 hin abnehmen, um die gewünschte Dichtung zu erzielen. Bevorzugte Spezifikationen für das Profil der in 7 dargestellten speziellen Ausführungsform sind folgend: Polyurethan Schaumstoff mit mehreren (vorzugsweise mindestens drei) progressiv grösseren Stufen, die so konfiguriert sind, dass sie mit der Seitenwand 260 (5) eine Grenzschicht und eine Fluiddichte Dichtung bilden.
Das kompressible Dichtungselement 250 besitzt Oberflächen mit gradiell zunehmenden äusseren Durchmessern, um mit der Seitenwand 260 eine Grenzschicht zu bilden. Im Detail, bei dem in 7 dargestellten Beispiel besitzt das kompressible Dichtungselement 250 drei Stufen 266, 267 und 268. Die Querschnittsdimensionen bzw. die Breite der Stufen 266, 267 und 268 vergrössern sich je weiter die Stufe 266, 267 und 268 von dem zweiten Ende 265 des kompressiblen Dichtungselementes 250 entfernt angeordnet ist. Der kleinere Durchmesser an dem zweiten Ende 265 gestattet die leichte Einführung in einen Kanal oder ein Gehäuse. Der grössere Durchmesser an dem ersten Ende 264 gewährleistet eine druckdichte Dichtung.
Im allgemeinen muss für eine gut funktionierende radiale Dichtungsstruktur das kompressible Dichtungselement 250 zusammengedrückt werden, wenn das Element 250 in ein Gehäuse 305 oder einen Kanal eingeführt wird. In vielen bevorzugten Konstruktionen wird das Dichtungselement 250 in seinem dicksten Teil um ungefähr 15–40% (oft ungefähr 20%–33%) seiner Dicke zusammengepresst, um eine stramme robuste Dichtung zu liefern, die auch eine manuelle Installation des Dichtungselementes 250 gestattet, mit Kräften in der Grössenordnung von 36 kg (80 lbs) oder weniger, vorzugsweise, 22,7 kg (50 lbs) oder weniger und im allgemeinen 9–18 kg (20–40 lbs).
Im allgemeinen kann des Filterpaket 50 so angeordnet und konfiguriert werden, dass es in einer Presspassung an der Seitenwand 260 des Gehäuses 205 oder des Kanals anliegt. In der in 5 dargestellten spezifischen Ausführungsform ist das kompressible Dichtungselement 250 zwischen der Seitenwand 260 und dem Dichtungsträger 263 des Rahmens 205 zusammengepresst. Nach der Kompression übt das kompressible Dichtungselement 250 eine Kraft gegen die Seitenwand 260 aus, da es versucht sich in seinen ursprünglichen Zustand auszudehnen, wodurch eine radiale Dichtung 172 zwischen und gegen den Dichtungsträger 263 und der Seitenwand 260 gebildet wird.
B. Fig. 8 + Fig. 9
8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Luftfilters 300. Bei speziellen Systemen ist das Filterpaket 50 so konstruiert, dass es in ein Gehäuse 305 eines Luftfilters 300 einsetzbar ist. Das Gehäuse 305 ist üblicherweise Teil eines Kanalnetzes in Verbindung mit dem Lufteinlaßsystem eines Motors. Die hier verwendeten Begriffe „Kanalnetz” oder „Kanal” schliessen Strukturen wie z. B. Rohrleitungen, Rohr, Schläuche oder Luftfilter-gehäuse ein.
In Verbindung mit dem Filterpaket 50 ist eine Vielfalt von Gehäusen verwendbar. Bei der in 8 dargestellten speziellen Ausführungsform besitzt das Gehäuse 305 einen Körper oder ein erstes Gehäuseteil 310 und einen lösbaren Deckel oder zweites Gehäuseteil 315. Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Gehäuseteil 310 an einem Objekt, z. B. einem Lastkraftwagen, befestigt. Das zweite Gehäuseteil 315 ist mittels einer Verriegelung 320 lösbar an dem ersten Gehäuseteil 310 befestigt. Vorzugsweise besitzt die Verriegelung 320 mehrere Riegel 325.
Obwohl das Gehäuse die verschiedensten Querschnittskonfigurationen haben kann, haben bei der dargestellten speziellen Ausführungsform das erste und das zweite Gehäuseteil 310, 315 kreisförmigen Querschnitt. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt das erste Gehäuseteil 310 einen Austrittsbereich 330. Die Konstruktion des Austrittsbereiches 330 gestattet es dem Fluid während des Betriebes aus dem Luftfilter 300 auszutreten. In gleicher Weise besitzt das zweite Gehäuseteil einen Eintrittsbereich 335. Die Konstruktion des Eintrittsbereiches 335 gestattet es dem Fluid während des Betriebes in den Luftfilter 300 einzutreten. Bei bevorzugten Konstruktionen ist das Gehäuse 305 ein „in-line” Gehäuse. D. h., der Austrittsbereich 330 und der Eintrittsbereich 335 fluchten koaxial miteinander, wodurch der Luftstrom in der gleichen Richtung durch den Eintrittsbereich 335 und den Austrittsbereich 330 strömen kann. Dies ist aus 9 ersichtlich.
Das Filterpaket 50 ist vorzugsweise so konstruiert und arrangiert, dass es mit der Seitenwand 260 des Gehäuses 305 eine Presspassung bilden kann. In der in 9 dargestellten Ausführungsform ist das zweite Ende 110 des Filterpaketes mit dem Rahmen 205 und dem kompressiblen Dichtungselement 250 in das erste Gehäuseteil 310 eingesetzt. Das Filterpaket 50 ist in einer Presspassung derart in das erste Gehäuseteil 310 eingesetzt, dass das kompressible Dichtungselement 250 zwischen dem Dichtungsträger 263 des Rahmens 205 und der Seitenwand 260 des ersten Gehäuseteiles 310 zusammengepresst wird, um zwischen diesen eine radiale Dichtung 172 zu bilden.
Während des Betriebes der in 9 dargestellten Ausführungsform tritt das Fluid in der Richtung 306 in den Eintrittsbereich 335 des zweiten Gehäuseteiles 315 des Gehäuses 300 ein. Des Fluid durchströmt die Filterkonstruktion 100. Während das Fluid die Filterkonstruktion 100 durchströmt, werden Verunreinigungen aus dem Fluid entfernt. Das Fluid verlässt das Gehäuse 300 im Austrittsbereich 330 in der Richtung 307. Des komprimierbare Dichtungselement 250 des Dichtungssystems 60 bildet eine radiale Dichtung 172, um zu verhindern, dass verunreinigtes Fluid aus dem Gehäuse 300 austritt ohne die Filterkonstruktion 100 durchflossen zu haben.
C. Fig. 17 + Fig. 18
Es ist offensichtlich, dass das Filterpaket 50 zusätzliche Separatoren haben kann, um sicherzustellen, dass ein angemessener Grad der Filterung erreicht wird. Die Separatoren können entweder stromaufwärts von dem Filterpaket 50 oder stromabwärts von dem Filterpaket 50 angeordnet sein; abhängig von der speziellen Anwendung und der gewünschten Ergebnisse. Diese Separatoren können in einigen Ausführungsformen in Form von Vorreinigern oder Nachreinigern (z. B. Sicherheitsfiltern oder Sekundärfiltern) eingesetzt werden. Ferner können diese Separatoren in Form von Einschicht oder Mehrschicht Filtermedien eingesetzt werden und entweder stromaufwärts oder stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 angeordnet werden. Die in diesen Anwendungen eingesetzten Filtermedia werden üblicherweise aufgrund des gewünschten Filtergrades und der durch das Filtermedium bedingten Strömungswiderstände ausgewählt. Z. B., kann es bei gewissen Anwendungsformen vorkommen, dass es wünschenswert ist, grosse Partikel (d. h. grosse Müllstücke wie z. B. Blätter, Schmetterlinge, Schmutzklumpen o. dgl.) herauszufiltern, ohne weitere zusätzliche Strömungswiderstände hinzuzufügen. In diesen Anwendungsformen kann eine Mediumschicht, wie z. B. ein Sieb oder ein Rechen stromaufwärts von der Filterkonstruktion angeordnet werden. Es kann auch wünschenswert sein, unmittelbar stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 eine zusätzliche Filterung vorzusehen. Dies kann durch eine Schicht (oder mehrere Schichten eines Filtermediums unmittelbar stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 erreicht werden.
17 zeigt eine alternative Ausführungsform des Filterpaketes 50 gekennzeichnet durch die Bezugszahl 50'. Das Filterpaket 50' ist analog zum Filterpaket 50 gemäss 1 konfiguriert und konstruiert, mit der Ausnahme, der ersten Strömungsfläche 105', die einer stromaufwärts angeordneten oder Eintrittsfläche 106' entspricht. 17 zeigt eine Vorderansicht des Filterpaketes 50' mit Sicht auf das stromaufwärtige Ende 106'; bei dem in 17 dargestellten speziellen Filterpaket 50' ist die gesamte Strom aufwärts gelegene Fläche 106' mit einer Schicht eines Filtermediums 107' abgedeckt, um grosse Partikel aus dem Gasstrom zu separieren, bevor der Gasstrom in die Filterkonstruktion 100 eintritt. Abhängig von der Anwendung und dem gewünschten Grad der Filtration und dem Strömungswiderstand können die verschiedensten Arten für das Medium 107' verwendet werden. In vielen typischen Anwendungen ist das Filtermedium 107' so bemessen, dass es die Separation von Partikeln, wie z. B. Schmetterlingen, Blättern, grossen Schmutz-klumpen und anderen Abfallarten erlaubt. Eine Filtermediumart, die für diese Zwecke einsetzbar ist, besitzt die folgenden Charakteristiken und Eigenschaften: Polyestermaterial; 50 Gew.-% der Fasern mit ungefähr 15 Dernier und 50 Gew.-% der Fasern mit ungefähr 6 Dernier; der die Fasern zusammenhaltende Binder ist ein ölbeständiger gummimodifizierter PVC; ein Basisgewicht von 224 g/m² (6,6 oz/yd²); eine Dicke von ungefähr 9,4 mm (0,37 inch) eine Durchlässigkeit von ungefähr 1068 m/min (3500 ft/m) mit einem 6,25 mm (0,5 inch) H₂O Strömungswiderstand.
Wie oben erwähnt, kann es auch wünschenswert sein, stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 eine Separation vorzusehen. Ein Beispiel ist in 18 dargestellt. 18 zeigt eine Frontansicht einer alternativen Ausführungsform des Filterpaketes 55 von der zweiten Strömungsfläche 110'' her. Das in 18 dargestellte Filterpaket 50'' ist analog zu dem Filterpaket 50 gemäss 1 konstruiert, jedoch mit der Ausnahme, dass ein zusätzlicher Separator 111'' stromabwärts von der Filterkonstruktion 100 angeordnet ist. Obwohl eine Vielzahl von Ausführungsformen betrachtet wird, ist bei der speziellen Ausführungsform gemäss 18 der Separator 111'' in Form einer Mediumschicht 112'' stromabwärts von der Filterkonstruktion 110 angeordnet. Die Filtermediumschicht 112'' kann entweder unmittelbar benachbart und an der Filterkonstruktion 100 angeordnet sein, oder sie kann stromabwärts von dem Rahmen 205'' angeordnet sein. In der in 18 dargestellten Ausführungsform ist die Filtermediumschicht 112'' unmittelbar stromabwärts an der Filterkonstruktion 100 angeordnet. D. h., die Filtermediumschicht 112'' ist zwischen der Filterkonstruktion 100 und den Kreuzstreben 210'' des Rahmens 205'' angeordnet.
Die Art der verwendeten Filtermediumschicht 112'' hängt von dem gewünschten Filterwirkungsgrad und dem Betrag des eingebrachten Strömungswiderstandes ab. Das Filtermedium 112'' kann aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten bestehen. In der in 18 dargestellten Ausführungsform besteht das Medium 112'' aus einem nicht gewebten, nicht gefalteten faserigen Tiefenmedium (depth media) 113''. Ein für Tiefenmedia (depth media) 113'' verwendbares Material besitzt folgende Eigenschaften:

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

Es ist beabsichtigt, dass es bei verschiedenen Ausführungsformen wünschenswert ist, ein Filterpaket 50 mit einem Vorfilter 107' und einem Nachfilter 111'' vorzusehen.
D. Fig. 10–Fig. 15
Die Aufmerksamkeit wird auf 10 gerichtet. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Filterpaketes 450. In der dargestellten Ausführungsform besitzt das Filterpaket 450 ein Filtermedium 455 und ein Dichtungssystem 460. Das Filtermedium 455 ist ausgelegt, um Verunreinigungen aus einem Fluid, z. B. Luft zu entfernen, das das Filtermedium 455 durchströmt. Das Dichtungssystem 460 ist ausgelegt, um das Filtermedium 455 gegen ein Gehäuse oder einen Kanal abzudichten.
In speziellen bevorzugten Ausführungsformen ist das Filtermedium 455 in einer Filterkonstruktion 470 konfiguriert, die eine erste Strömungsfläche 471 und eine gegenüberliegende zweite Strömungsfläche 472 besitzt. In der in 11 dargestellten speziellen Ausführungsform ist die Filterkonstruktion 470 für Durchgangsströmung konfiguriert. D. h., wie oben beschrieben, dass das zu filternde Fluid in die erste Strömungsfläche 471 in einer Richtung 477 (10) eintritt, und die zweite Strömungsfläche 472 in der gleichen Richtung 478 (10) verlässt.
Die Filterkonstruktion 470 kann zahlreiche Konfigurationen und Querschnitt-formen haben. In der speziellen Ausführungsform gemäss 11 besitzt die Filterkonstruktion 470 einen nicht kreisförmigen Querschnitt. Insbesondere besitzt die in 11 dargestellte Ausführungsform der Filterkonstruktion 470 einen unrunden oder „rennbahn-förmigen” Querschnitt. Mit dem Begriff „rennbahn-förmiger” Querschnitt ist gemeint, dass die Filterkonstruktion 470 ein erstes halbkreisförmiges Ende 511 und ein zweites halbkreisförmiges Ende 512 besitzt, die durch ein Paar gerader Segmente 513, 514 miteinander verbunden sind.
Im allgemeinen ist die Filterkonstruktion 470 eine gewickelte Konstruktion. D. h., die Filterkonstruktion 470 besteht aus einer Schicht eines Filtermediums, das vollständig und wiederholt um ein Zentrum gewickelt ist. Bei speziellen bevorzugten Ausführungsformen ist die gewickelte Konstruktion eine Spule, bei der eine Schicht eines Filtermediums mehrmals um ein Zentrum gewickelt ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Filterkonstruktion 470 eine gerollte Konstruktion, üblicherweise eine Rolle aus Filtermedium, z. B. durchlässigem gefalteten Filtermedium.
Es können viele verschiedene Arten zur Herstellung der Filtermediumkonstruktion 470 verwendet werden. Bei einigen Techniken wird ein einseitiges Filtermedium, wie z. B. das Filtermedium 122 gemäss 2 um eine zentrale Spindel oder eine andere Struktur, die ein Tragelement für die Wicklung darstellt, gewickelt. Die zentrale Spindel kann entfernt werden, oder belassen werden, um das Zentrum der Filterkonstruktion 470 einzurasten. Bei der speziellen Ausführungsform gemäss 11 ist ein zentraler Kern 454 dargestellt, der das Zentrum des Filtermediums 455 bildet.
In 10 und 11 sind bestimmte Teile 475 dargestellt, die die Falten einschliesslich der offenen und der geschlossenen Ende zeigen. Es ist offensichtlich, dass dieser Teil oder dieser Abschnitt 475 die gesamte Strömungsfläche 472 repräsentiert (sowie auch die erste Strömungsfläche 471). Zum Zwecke der Klarheit und der Vereinfachung sind die Falten nicht in den restlichen Teilen der Strömungsfläche 472 dargestellt. Draufsichten und Unteransichten und auch Seitenansichten des Filterpaketes 450, das in den hier beschriebenen Systemen und Vorrichtungen einsetzbar ist, sind in der gemeinsam eingereichten und gemeinsam zugeordneten US Patent Anmeldung Serien Nr. 29/101.139, eingereicht am 26.02, 1999 unter dem Titel „Filter element having sealing system” beschrieben, die hiermit eingeschlossen wird.
Wie bei der Ausführungsform gemäss 1 besitzt das Filterpaket 450 ein Dichtungssystem 460. Bei bevorzugten Ausführungsformen besitzt das Dichtungssystem 460 einen Rahmen 605 und ein Dichtungselement 650.
Obwohl zahlreiche verschiedene Ausführungsformen hiermit beabsichtigt sind, ist eine spezielle Ausführungsform des Rahmens 605 in einer perspektivischen Ansicht in 12 dargestellt.
In der in 12 dargestellten speziellen Ausführungsform hat der Rahmen 605 eine nicht-kreisförmige Form, z. B. eine unrunde und insbesondere eine „Rennbahn” Form; er ist so angeordnet und konfiguriert, dass er an das zweite Ende 510 des Filtermediums 455 anbringbar ist. Insbesondere besitzt der Rahmen 605 einen Bund oder eine Schürze oder eine abwärts ragende Lippe 651, die im allgemeinen „rennbahn-förmig” geformt ist. Die Lippe 651 erstreckt sich abwärts von einer Unterfläche 652 der Querstreben 610. Die Lippe 651 ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie sich radial um das zweite Ende 570 der Filterkonstruktion 470 erstreckt. Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Lippe 651 des Rahmen 605 radial um die zweite Endfläche der Filterkonstruktion 470 derart, dass sich die Lippe 651 von der Unterfläche 652 der Querstreben 610 des zweiten Endes 510 der Filterkonstruktion 470 einwärts erstreckt, wodurch ein Überlappungsbereich 555 (15) gebildet wird.
Der Rahmen 605 kann auf die veschiedensten Arten an der Filterkonstruktion 470 befestigt werden. Eine spezielle bequeme Art ist, den Rahmen 605 mit einem Kleber an der Filterkonstruktion 470 zu befestigen. In der dargestellten spezifischen Ausführungsform (15) ist der Kleber in dem vorher beschriebenen Überlappungsbereich 555 zwischen dem Rahmen 605 und der Filterkonstruktion 470 plaziert.
Während des Betriebes der dargestellten Ausführungsformen werden auf den Umfang des Rahmens 605 nach innen gerichtete Kräfte ausgeübt. Die auf die halbkreisförmigen Enden 511, 512 nach innen wirkenden Kräfte können bewirken, dass sich die geraden Segmente 513, 514 biegen oder knicken. Eine strukturelle Eigenschaft des Rahmen 605 ist, das Knicken der geraden Segmente 513, 514 zu verhindern. Obwohl hierbei eine Vielfalt von Strukturen in Betracht zu ziehen ist, sind in der in 12 dargestellten speziellen Ausführungsform Kreuzstreben 610 vorgesehen, um die strukturelle Steife und die Stützung der geraden Segmente 513, 514 zu gewährleisten. Gemäss 12 bilden die speziellen Querstreben 610 zwischen den einander gegenüberliegenden geraden Segmenten 513, 514 ein Gitterwerk 612. Das Gitterwerk 612 besitzt mehrere steife Streben 614, die vorzugsweise als ein Teil mit dem restlichen Teil des Rahmens 605 geformt sind.
Bei gewissen bevorzugten Ausführungsformen ist der Rahmen 605 analog zum Rahmen 205 konstruiert. Demgemäss besitzt der Rahmen 605 gemäss 12 und 13 Spitzenteile 663. Bei bevorzugten Ausführungsformen dienen die Spitzenteile 663 als ringförmige Dichtungsträger. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Spitzenteil 663 die gleiche Querschnittkonfiguration wie die Filterkonstruktion 470. In der speziellen Ausführungsform gemäss 12 ist das Spitzenteil nicht kreisförmig sondern „rennbahn-förmig”. Bei bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die spezielle Ausführungsform gemäss 13 besitzt der Rahmen 605 zwischen den Spitzenteilen 663 und der abwärts ragenden Lippe 651 einen Bund 653. Der Bund 653 bildet einen Übergangsbereich zwischen der Querschnittsbreite der Lippe 651 und der schmaleren Querschnittsbreite des Spitzenteiles 663.
Bei bevorzugten Systemen besitzt das kompressible Dichtungselement 650 eine Struktur, die analog ist zu der Struktur des kompressiblen Dichtungselementes 250 gemäss 7.
Vorzugsweise wird das Filterpaket 450 in einen Kanal oder in ein Luftfilter-gehäuse eingesetzt. Bei speziellen bevorzugten Anwendungsformen ist das Luftfiltergehäuse ein „in-line” Gehäuse. 14 zeigt einen Luftfilter 670 mit einem „in-line” Gehäuse. Das in 14 dargestellte Gehäuse besteht aus zwei Gehäuseteilen, einem Deckel 674 und einem Behälterteil 676. Der Deckel 674 bildet einen Lufteintritt 678. Der Behälterteil 676 bildet einen Luftaustritt 680. Das Gehäuse 672 beinhaltet ferner stromaufwärts von dem Filterpaket 450 ein Vorreinigungselement 679, ein solches Vorreinigungselement ist in US Patent Nr. 2.887.177 und 4.162.906 beschrieben und hiermit eingeschlossen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Vorreinigungselement 679 in dem Deckel 674 angeordnet. Der Deckel 674 besitzt einen Staubauswurf 681, der in dem Vorreinigungselement 679 angesammelten Staub und andere Verunreinigungen auswirft.
15 ist ein schematischer Querschnitt des Luftfilters 670 gemäss 14, in dem das eingebaute Filterpaket 450 dargestellt ist.
Das kompressible Dichtungselement 650 ist zwischen der Seitenwand 660 und dem Spitzenteil 663 des Rahmens 605 zusammengepresst. Durch den Press-sitz des Filterpaketes 450 ist das kompressible Dichtungselement 650 zwischen dem Rahmen 605 (speziell in der besonderen dargestellten Ausführungsform des Spitzenteiles 663) und der Seitenwand 660 zusammengepresst. Nach der Zusammenpressung übt das kompressible Dichtungselement 650 eine Kraft auf die Seitenwand 660 aus, da das kompressible Dichtungselement 650 versucht sich nach aussen in seinen Ausgangszustand auszudehnen; dadurch wird eine radiale Dichtung 685 mit der Seitenwand 660 gebildet.
E. Systeme und Betriebsverfahren
Die hier beschriebenen Filterkonstruktionen und Vorrichtungen sind in den verschiedensten Systemen einsetzbar. Eine spezielle Systemart 700 ist in 16 schematisch dargestellt. 16 zeigt schematisch ein Gerät 207, z. B. am Fahrzeug mit deinem Motor 703 mit einem definierten Zuluftbedarf, z. B. mindestens 500 cfm und typischerweise 700–1200 cfm. Das Gerät 702 kann ein Bus, ein Lastkraftwagen, ein Geländewagen, ein Traktor, ein Wasserfahr-zeug, z. B. ein Motorboot o. dgl. Sein. Der Motor 703 treibt das Gerät 702 unter Verwendung eines Luft-Brennstoff-Gemisches an. Gemäss 16 wird der Luftstrom im Eintrittsbereich 705 von dem Motor angesaugt. Ein optionaler Turbolader 706, in gestrichelten Linien dargestellt, kann die Ansaugluft des Motors 703 aufladen. Ein Luftfilter 710 mit einer Filterkonstruktion 712 und einem Sekundärelement 713 ist stromaufwärts von dem Motor 703 und dem Turbolader 706 angeordnet. Im allgemeinen wird im Betrieb Luft in Richtung des Pfeiles 714 in den Luftfilter 710, durch ein Primärelement 712 und durch das Sekundärelement 713 angesaugt. Dort werden Feststoffpartikel und Verunreinigungen aus der Luft entfernt. Die gereinigte Luft strömt stromabwärts in Richtung des Pfeiles 716 in den Eintrittsbereich 705. Von dort strömt die Luft in den Motor 703, um das Gerät 702 anzutreiben.
F. Austausch und Ersatz
Bei bestimmten bevorzugten Anwendungsarten sind die hier beschriebenen Filterpakete entfernbar und austauschbar, in welchem System auch immer sie installiert sind. Z. B. kann das Filterpaket 50 bzw. das Filterpaket 650 in ein Luftfiltergehäuse gemäss 9 bzw. 15 eingesetzt werden. Nach einer bestimmten Betriebsstundenzahl ist das Filtermedium in der Filterkonstruktion verstopft und der Strömungswiderstand des Filterpaketes steigt an. Bei bevorzugten Anwendungsarten werden die Filterpakete periodisch ausgetauscht, um eine wirksame Entfernung der Feststoffpartikel aus dem Fluid ohne einen zu hohen Strömungswiderstand zu gewährleisten.
In einigen Anwendungsarten besitzen die hier beschriebenen Filterkonstruktionen eine visuelle Anzeige der Standzeit. Einige Systeme besitzen eine Strömungswiderstandsanzeige, um dem Anwender Informationen über den geeigneten Austauschzeitpunkt des Filterpaketes zu liefern.
Um die hier beschriebenen Luftfilterkonstruktionen zu warten muss der Benutzer Zugang zu dem Filterpaket haben. Wenn z. B. das Luftfilterpaket in einem Luftfiltergehäuse, wie z. B. in 9 oder 15 dargestellt, eingesetzt ist, wird der Benutzer den Deckel von dem Gehäuselement entriegeln und den Deckel von dem Gehäuseelement entfernen. Dadurch wird eine Öffnung freigegeben. Der Benutzer ergreift das Filterpaket und löst die radiale Dichtung, die zwischen dem Filterpaket und der Seitenwand des Gehäuses oder des Kanals besteht. Bei speziellen Systemen sind das Dichtungselement und das Gehäuse oder der Kanal so konstruiert, dass der Anwender eine Kraft von nicht mehr als ungefähr 36 kg (80 lbs), vorzugsweise nicht mehr als 22,7 kg (50 lbs) und bei einigen Anwendungsarten zwischen 6,8 und 18 kg (zwischen 15 und 40 lbs) aufbringen muss, um die radiale Dichtung zu lösen und das Filterpaket zu entfernen. Der Anwender zieht dann das Filterpaket durch die von dem Gehäusekörper gebildete Öffnung. Das alte Filterpaket kann dann entsorgt werden. Bei speziellem bevorzugten Systemen besteht das Filterpaket aus nicht-metallischen Materialien, so dass es leicht verbrennbar ist. In einigen bevorzugten Konstruktionen enthält das Filterpaket z. B. mindestens 95% und typischerweise mindestens 98% nicht-metallische Materialien.
Zur Installation eines neuen Filterpaketes ergreift der Anwender das Filterpaket und führt es durch eine Öffnung des Kanals oder des Gehäuses ein. Das Filterpaket wird soweit in die Öffnung eingeführt, bis das Dichtungselement an der inneren kreisförmigen Wand des Gehäuses zusammengepresst ist, um eine radiale Dichtung zwischen der Gehäusewand, dem Dichtungsträger des Rahmens bildet. Der Deckel wird dann über dem freiliegenden Ende des Filterpaketes positioniert, um die Öffnung zu verschliessen. Der Deckel kann dann mit dem Gehäuseelement verriegelt werden.
G. Konstruktionsbeispiele
In diesem Abschnitt werden Beispiele von Konstruktions-Spezifikationen beschrieben. Diese Beschreibungen sind nur als Beispiele gedacht. Es ist eine grosse Mannigfaltigkeit alternativer Grössen verwendbar.
1. Fig. 1–Fig. 8
Die axiale Länge des Filtermediums 100 gemäss 2 liegt in einem Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch), und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 15 cm (6 inch). Der Aussendurchmesser des Filtermediums 100 liegt in einem Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 38 cm (15 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 25 cm (10 inch).
Der Abstand (5) um den sich die abwärts ragende Lippe 251 des Rahmens 205 (5) einwärts über die zweite Strömungsfläche 110 (5) der Filterkonstruktion 100 erstreckt, liegt im Bereich von ungefähr 5 mm (0,2 inch) bis ungefähr 2,5 cm (1 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 1,5 cm (0,6 inch). Der Durchmesser der abwärts ragenden Lippe 251 liegt im Bereich von ungefähr 7 cm (3 inch) bis ungefähr 38 cm (15 inch) und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 25 cm (10 inch). Der Durchmesser des spitzen Teiles 263 liegt im Bereich von ungefähr 6 cm (2,5 inch) bis ungefähr 36 cm (14 inch) und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 24 cm (9,5 inch).
Das Filterelement besitzt eine Mediumfläche von mindestens ungefähr 0,5 m² (5 sq. ft) und typischerweise ungefähr 1,9–12 m² (20–130 sq. ft), z. B. ungefähr 4 m² (45 sq. ft). Es besitzt ein Volumen von nicht grösser als ungefähr 28 dm³ (1,0 ft³) und typischerweise von ungefähr 0,9–14 dm³ (0,03–0,5 ft³) und z. B. ungefähr 5,7–11 dm³ (0,2–0,4 ft³).
2. Fig. 9
Der Durchmesser des Austrittsbereiches 330 (9) des ersten Gehäuseteiles 310 (9) liegt im Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 18 cm (7 inch). Der Durchmesser (9) des Eintrittsbereiches 335 (9) des zweiten Gehäuseteiles 315 (9) liegt im Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 15 cm (5,8 inch).
3. Fig. 10–Fig. 14
Die axiale Länge der Filterkonstruktion 470 liegt im Bereich von ungefähr 8 cm (3 inch) bis ungefähr 25 cm (10 inch) und beträgt bei einem Beispiel ungefähr 15 cm (6 inch). Die halbkreisförmigen Enden 511, 512 haben einen Radius im Bereich von ungefähr 2,5 cm (1 inch) bis ungefähr 13 cm (5 inch) und haben in einem Beispiel einen Radius von ungefähr 7 cm (2,7 inch). Die geraden Segmente 513, 514 haben eine Länge grösser als ungefähr 2,5 mm (1,0 inch) und in einem Beispiel beträgt die Länge ungefähr 12 cm (4,9 inch).
Vorzugsweise liegt der Abstand, um den sich der Rahmen 605 entlang der Filterkonstruktion 470 einwärts erstreckt im Bereich von ungefähr 5 mm (0,2 inch) bis ungefähr 2,5 cm (1 inch) und beträgt in einem Beispiel ungefähr 1,5 cm (0,6 inch).
Das Filterelement besitzt eine Filtermediumfläche von mindestens ungefähr 0,47 m² (5 sq. ft) und typischerweise ungefähr 1,9 bis ungefähr 12 m² (20–130 sq. ft), z. B. ungefähr 4,2 m² (45 sq. ft) es besitzt ein Volumen von nicht grösser als 28,3 dm³ (1,0 ft³) und typischerweise zwischen 0,9–14 dm (0,03–0,5 ft³), und z. B. ungefähr 5,7–11 dm³ (0,2–0,4 ft³).
H. Materialbeispiele
In diesem Abschnitt werden Beispiele verwendbarer Materialien beschrieben. Die spezielle Wahl jedes gegebenen Materials ist abhängig von der Filteranwendung. Mit anderen Worten, die spezielle Materialauswahl für die hier verwendeten Systeme wird von dem Systemkonstrukteur in Abhängigkeit von den Systemanforderungen entschieden. Es stehen die verschiedensten Materialien zur Verfügung. Der folgende Abschnitt beschreibt Beispiele von Materialien, die sich als geeignet erwiesen haben.
Das Filtermedium 122 kann Zellulose enthalten. Ein Beispiel eines in den oben beschriebenen Systemen einsetzbaren Beispiel ist folgendes:
Zellulose Filter Medium mit folgenden Eigenschaften:

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

Das Zellulosemedium kann mit feinen Fasern verstärkt sein, z. B. mit Fasern einer Grösse (Durchmesser) von 5 μm oder weniger und in einigen Fällen in unter-μm-Bereich. Es können die verschiedensten Verfahren verwendet werden, um die feinen Fasern in das Medium einzubringen. Einige dieser Verfahren sind z. B. im US Patent 5.423.892 , Spalte 32, Zeile 48–50 charakterisiert. Mehr spezifisch sind solche Verfahren in den US Patenten Nr. 3.878.014 , 3.676.242 , 3.841.953 und 3.849.241 beschrieben, die hiermit eingeschlossen werden. Eine Alternative ist ein Geheimverfahren, bei dem ein feines polymerisches Faserflies über konventionelle Media gelegt wird, durchgeführt unter dem Warenzeichen ULTRA-WEB^® der Firma Donaldson Company. Im Hinblick auf die Konfiguration des Dichtungselementes und der Handhabung des Dichtungssystems gibt es keine besonderen Präferenzen hinsichtlich: der Herstellung der feinen Fasern; und des speziellen Verfahrens zur Einbringung der feinen Fasern. Es werden ausreichend feine Fasern eingebracht, bis die resultierende Mediumkonstruktion die folgenden Eigenschaften besitzt: Anfangswirkungsgrad 99,5% im Durchschnitt, mit keinem individuellen Test unter 90%, gemäss SAE J726C mit SAE feinem Staub; und einen Gesamtwirkungsgrad von 99,98% im Durchschnitt gemäss SAE J726C.
Der Rahmen 205 (5) wird aus einem Material hergestellt, das strukturelle Festigkeit gewährleistet und nicht kriecht. Der Rahmen 205 wird aus einem nicht-metallischen Material hergestellt, das umweltfreundlich und entweder wiederverwertbar oder leicht zu verbrennen ist. Der Rahmen 205 kann aus den meisten Kunststoffen, z. B. Glasfaser verstärkten Kunststoffen hergestellt werden. Ein verwendbarer Faser verstärkter Kunststoff ist Propylen oder Nylon. Natürlich können auch andere geeignete Materialien verwendet werden.
Das kompressible Dichtungselement 250 (6) kann aus den verschiedensten Materialien hergestellt werden. Es gibt keine besondere Präferenz, vorausgesetzt, dass das Dichtungselement 250 in der richtigen Position unter Kompression eine Dichtung bildet. Ein brauchbares Material ist ein weiches polymerisches Material, z. B. Urethan Schaumstoff. Ein Beispiel brauchbaren Materials schliesst Polyurethan Schaumstoff ein, der zu einem Endprodukt verarbeitet eine Form-(„as molded”)Dichte von 14–22 lbs/cubic ft besitzt. Polyurethan Schaumstoffe sind von mehreren Quellen beziehbar, z. B. BASF Corporation, Wyandotte, Michigan, USA. Ein Beispiel eines Polyurethan Schaumstoffes enthält ein Material, das mit I35453R Harz und I305OU Isocyanat hergestellt ist, das von der BASF Corporation exklusiv an die Donaldson Company verkauft wird.
Die Materialien sollten in einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen I35453-Harz zu 36,2 Teilen I305OU-Isocyanat gemischt werden. Das spezifische Gewicht des Harzes ist 1,04 (8,7 pounds/gallon) und des Isocyanats ist 1,20 (10 pounds/gallon). Die Materialien werden typischerweise mit einem hochdynamischen Schermixer gemischt. Die Komponenten Temperaturen sollten 21–35°C (70–95°F) sein. Die Formen Temperaturen sollten 46–57°C (115–135°F) sein.
Das Harz-Material I35453R hat folgende Spezifikation:

(a) Durchschnittliches Moleculargewicht (1) Basis Polyäther Polyol = 500–15.000 (2) Diole = 60–10.000 (3) Triole = 500–15.000
(b) Durchschnitts-Funktionalität 1) Gesamt-System = 1,5–3,2
(c) Hydroxylzahl 1) Gesamt-System = 100–300
(d) Katalyte 1) Amine = Luft-Produkte 0,1–3,0 PPH 2) Zinn = Witco 0,01–0,5 PPH
(e) Tenside 1) Gesamt-System = 0,1–2,0 PPH
(f) Wasser 1) Gesamt-System = 0,03–3,0 PPH
(g) Pigmente/Farbstoffe 1) Gesamt-System = 1–5% Russ
(h) Treibmittel 1) 0,1–6,0% HFC 134A

Das I3050U Isocyanat hat folgende Spezifikation:

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

Die vorangegangene Beschreibung ist eine komplette Beschreibung der Prinzipien der Erfindung. Ohne von den beschriebenen Prinzipien abzuweichen sind zahlreiche modifizierte Ausführungsformen möglich.
Zusammenfassung
Ein Filterpaket besitzt eine Filterkonstruktion (100) und ein Dichtungssystem (60) zur Abdichtung der Filterkonstruktion (100) in einem Kanal oder einem Gehäuse (305). Die Filterkonstruktion (100) besitzt eine erste Strömungsfläche (105) und eine gegenüber liegende zweite Strömungsfläche (110) und ist für eine Durchgangsströmung konfiguriert. Das Dichtungssystem (60) besitzt eine Rahmenkonstruktion (205) und ein kompressibles Dichtungselement (250). Das kompressible Dichtungselement (250) ist um einen Teil der Rahmenkonstruktion geformt. Das kompressible Dichtungselement (250) ist ausreichend kompressibel, um eine radiale Dichtung (172) zwischen der Rahmenkonstruktion (205) und einer Oberfläche des Gehäuses (305) oder des Kanals zu bilden, wenn das Filterpaket (100) in das Gehäuse (305) oder den Kanal eingesetzt ist.

Claims

Filterelement-Anordnung (50, 450) zum Einsatz in einem Luftfiltergehäuse (305, 672) mit einer internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660); wobei die Filterelement-Anordnung (50, 450) durch eine axiale Bewegung der Filterelement-Anordnung (50, 450) relativ zur internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660) des Gehäuses (305, 672) innerhalb des Gehäuses (305, 672) austauschbar ist, gekennzeichnet durch: (a) eine gewickelte Mediumkonstruktion (125, 470) bestehend aus einer mit einem unteren Deckblatt (132) verbundenen und in einer Rolle konfigurierten Wellschicht (123), wobei: (i) die gewickelte Mediumkonstruktion (125, 470) ein erstes und ein zweites Ende besitzt; und an dem ersten Ende eine erste Strömungsfläche (105, 471) und an dem zweiten Ende eine zweite Strömungsfläche (110, 472) besitzt; (ii) das Medium in der gewickelten Mediumkonstruktion (125, 470) mehrere Wellenkammern (124) bildet; und jede der Wellenkammern (124) ein erstes an der ersten Strömungsfläche (105, 471) angeordnetes Ende (146) und ein zweites an der zweiten Strömungsfläche (110, 472) angeordnetes Ende (148) besitzt, wobei; (A) eine erste Gruppe (136) ausgewählter Wellenkammern (124) an dem ersten Ende (146) offen und an dem zweiten Ende (148) geschlossen sind; und (B) eine zweite Gruppe (134) ausgewählter Wellenkammern (124) an dem ersten Ende (146) verschlossen und an dem zweiten Ende (148) offen sind; b) ein Dichtungssystem (60, 460) mit einem Dichtungselement (250, 650) und einer Rahmenkonstruktion (170, 605), die um eines der ersten und der zweiten Enden der gewickelten Mediakonstruktion angeordnet ist, wobei: (i) die Rahmenkonstruktion (170, 605) eine Verlängerung (174, 663) besitzt, die in axialer Richtung sich von und oberhalb einer der ersten und der zweiten Strömungsflächen erstreckt, wobei: (A) die Verlängerung (174, 663) der Rahmenkonstruktion (170, 605) eine äussere Umfangsfläche (178) besitzt; und (B) die Verlängerung (174, 663) der Rahmenkonstruktion 170, 605) einen ringförmigen Dichtungsträger für das Dichtungselement (250, 650) bildet; (ii) das Dichtungselement (250, 650) auf der Verlängerung (174, 663) der Rahmenkonstruktion (170, 605) angeordnet ist und von der Verlängerung (174, 663) der Rahmenkonstruktion (170, 605) getragen wird, wobei: (A) mindestens ein Teil des Dichtungselementes (250, 650) um die äussere Umfangsfläche (178) der Verlängerung (174, 663) positioniert ist; und (B) das Dichtungselement (250, 650) mit einer nach aussen gerichteten peripheren Dichtfläche so ausgerichtet ist, dass es eine lösbare periphere radiale Dichtung (172, 685) zwischen der Filterelement-Anordnung (50, 450) und einer Gehäuse internen ringförmigen Dichtfläche (260, 660) bildet, resultierend aus einer axialen Einführung der Filterelement-Anordnung (50, 450) in einen dichtenden Eingriff mit der internen ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660) des Luftfiltergehäuses (305, 672).
Filterelement-Anordnung (450) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die gewickelte Mediumkonstruktion (470) einen Querschnitt mit einem Paar gekrümmter Enden (511, 512) besitzt, die mit einem Paar gerader Segmente (513, 514) verbunden sind.
Filterelement-Anordnung (450) gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktions-Verlängerung (663) ein Paar gekrümmter Enden besitzt, die mit einem Paar gerader Segmente verbunden sind
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktion (170, 605) radiale tragende Kreuzstreben (210, 610) besitzt.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen gerichtete periphere Oberfläche des Dichtungselementes (250, 650) in der Querschnittskonfiguration Stufen (266, 267, 268) besitzt, die von der Endspitze (180) der Verlängerung (174, 663) zu einem Lippenelement (251, 651) ansteigen.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktions-Verlängerung (174, 663) endlos und ununterbrochen ist
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass: (a) die Rahmenkonstruktion (174, 663) eine Endspitze (180), eine äussere Fläche (186) und eine gegenüberliegende innere Fläche (184) besitzt; und (b) das Dichtungselement (250, 650) einen ersten Teil, der gegen die äussere Fläche (186) der Verlängerung (174, 663) orientiert ist; einen zweiten Teil, der gegen die Endspitze (180) orientiert ist; und einen dritten Teil, der gegen die Innenfläche (184) orientiert ist, besitzt.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass sie betriebsmässig in ein Luftfiltergehäuse (305, 672) eines Motors (703) einsetzbar ist, wobei mindestens 850 m³/h (500 cfm) durch die Filterelement-Anordnung (50, 450) strömen.
Filterelement-Anordnung (50, 450) betriebsmässig installiert gemäss Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (250, 650) um mindestens 15% zwischen der Verlängerung (174, 663) der Rahmenkonstruktion und einer ringförmigen Dichtfläche (260, 660) des Luftfiltergehäuses (305, 672) zusammengedrückt wird.
Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (250, 650) zusammendrückbaren Polyurethan Schaum enthält.
Verfahren zur Wartung eines Luftfilters (300, 670) mit einem Gehäuse (305, 672) mit einer inneren ringförmigen Dichtungsfläche (260, 660) gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Axiales Einsetzen einer Filterelement-Anordnung (50, 450) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7 in einen dichtenden Eingriff mit der internen ringförmigen Dichtfläche (260, 660) des Gehäuses (305, 672).
Verfahren zur Fertigung einer Filterelement-Anordnung (50, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: Befestigung eines Dichtungssystems (60, 460) einschliesslich einer Rahmenkonstruktion (170, 605) und eines Dichtungselementes (250, 650) an dem Ende einer aufgerollten Medienkonstruktion (125, 470) gemäss Anspruch 1(a).