DE60105337T2

DE60105337T2 - Filter mit hohem Massendurchfluss

Info

Publication number: DE60105337T2
Application number: DE60105337T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey S. Stoughton Morgan; Kent J. Oregon Kallsen; Jon S. Verona Wake
Original assignee: Fleetguard Inc
Current assignee: Cummins Filtration Inc
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: AU1973201A; US6398832B2; EP1134015B1; AU753417B2; JP3704659B2; BR0100933A; EP1134015A3; JP2001276543A; US20010037631A1; DE60105337D1; US6261334B1; EP1134015A2

Description

Die Erfindung betrifft Fluidfilter und im einzelnen Konstruktionen, die die Strömungskapazität maximieren und den Strömungswiderstand minimieren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Filterelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Es gibt eine anhaltende Nachfrage nach einer erhöhten Strömungskapazität bei Filtern gleicher oder sogar kleinerer Größe. Dies ist besonders zutreffend bei Luftfilteranordnungen für interne Verbrennungsmotoren, bei denen der Motorraum begrenzt ist. Eine Filterkonstruktion, die eine höhere Kapazität auf gleichem oder geringerem Raum ermöglicht, verschafft einen Wettbewerbsvorteil und ein raumeffizientes Filtersystem.
Die Strömungskapazität dieser Filter wird durch verschiedene Faktoren beeinflußt, einschließlich durch Randbedingungen wie die Größe der Auslaßöffnung durch die Auslaßröhre an dem axialen Ende des Filters.
Im Stand der Technik, der von dem gleichen Anmelder stammt, aber nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde ( EP 1 023 933 A2 ), ist die Strömungskapazität erhöht durch die Gewährleistung einer Vergrößerung des Auslaßströmungskanals, um den Strömungswiderstand zu senken. Die vergrößerte Auslaßgröße des Filterelements und der gesenkte Strömungswiderstand wurde erreicht, wobei die Menge des Filtermaterials beibehalten oder sogar vergrößert wurde und wobei die Packungs- oder Gehäusegröße ebenfalls beibehalten wurde. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der älteren Erfindung umgibt die Endkappe nur die äußeren Kanten der axialen Enden der Falten und weist einen inneren Durchmesser größer als der Durchmesser des hohlen Inneren, definiert durch die inneren Faltenspitzen, auf. Der vergrößerte innere Durchmesser der Endkappe bildet eine radiale Dichtung mit einem vergrößerten Auslaßrohr, das einen Durchmesser größer als der Durchmesser des hohlen Inneren, definiert durch die inneren Faltenspitzen, aufweist. Eine radiale Dichtung ist zwischen dem vergrößerten Durchmesser des Auslaßrohres und dem vergrößerten inneren Durchmesser der Endkappe an einer Stelle entlang der axialen Enden der Falten zwischen den inneren Faltenspitzen und den äußeren Faltenspitzen ausgebildet. Eine äußere Einfassung umfaßt das Filterelement entlang der äußeren Faltenspitzen und erstreckt sich jenseits deren axialen Enden in die Endkappe und stellt eine Unterstützung für die radiale Dichtung bereit, d. h. das Endkappenmaterial ist radial zwischen dem Auslaßrohr und der äußeren Einfassung eingedrückt. Der Auslaßströmungskanal des Filterelements ist der innere Durchmesser der Endkappe anstelle des Durchmessers des hohlen Inneren, definiert durch die inneren Faltenspitzen. Fluid, das durch das Filtermaterial strömt, kann auch axial zwischen den Falten sowie axial durch das hohle Innere, definiert durch die inneren Faltenspitzen, strömen. Als ein Ergebnis dieser Konstruktion ist der Strömungswiderstand für das Fluid reduziert und die radiale Tiefe der Falten ist nicht länger auf einen spezifischen Durchmesser des Auslaßrohres begrenzt. Anstelle dessen kann sich die radiale Tiefe der Falten theoretisch den ganzen Weg bis zu einer axialen Mittellinie des Filters erstrecken, was die Maximierung des Bereichs für das Filtermaterial in einer vorgegebenen Packungs- oder Gehäusegröße erlaubt. Die ältere Erfindung kann auch für Filter mit entgegengesetzter Strömungsrichtung verwendet werden, in welchem Fall die Vergrößerung des Einlaßströmungskanals ermöglicht ist, um den Einlaßströmungswiderstand zu reduzieren.
Der Stand der Technik (GB 2 030 464 A), der den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet, ist grundsätzlich ähnlich zu der älteren, zuvor beschriebenen Erfindung. Dieser Stand der Technik, der vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, offenbart ein Filterelement, das aus gefaltetem Filtermaterial besteht und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelements. Das gefaltete Filtermaterial weist eine Mehrzahl von Falten in einer geschlossenen schleifenförmigen Anordnung auf. An gegenüberliegenden Rändern der Anordnung der Falten in der geschlossenen schleifenförmigen Anordnung kommt ein durchgängiger Streifen aus elastischem Dichtungsmaterial entlang eines Randabschnitts jeder Phase des gefalteten Filtermaterials zum Einsatz. Dieses Filterelement kann mit einigen Modifikationen in einer Filteranordnung mit hoher Strömungskapazität verwendet werden. Ähnlich zu der älteren Erfindung, die zuvor diskutiert wurde, ist der Auslaßströmungskanal des Filters durch den inneren Durchmesser der Endkappe anstelle des Durchmessers des hohlen Inneren, definiert durch die inneren Faltenspitzen, definiert.
Die vorliegende Erfindung erhöht die Strömungskapazität weiter durch Ermöglichung einer weiteren Vergrößerung des Auslaßströmungskanals, um den Strömungswiderstand weiter zu begrenzen. Bei der vorliegenden Erfindung ist der größte Auslaßdurchmesser des Filterelements nicht auf den inneren Durchmesser der Endkappe begrenzt, wenn die letztere in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik vergrößert ist. Die vorliegende Erfindung möglicht, daß der Filterauslaß einen Durchmesser im wesentlichen genauso groß wie der äußere Durchmesser des Filterelements an den äußeren Faltenspitzen aufweist. Die Erfindung kann auch für Filter mit entgegengesetzter Strömungsrichtung verwendet werden, in welchem Fall eine maximale Vergrößerung des Einlaßströmungskanals ermöglicht wird, um den Einlaßströmungswiderstand zu minimieren.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine Seitenansicht eines Filters, konstruiert in Übereinstimmung mit der Vorgängererfindung,
2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus 1,
3 eine isometrische Ansicht eines Ausschnitts des Filterelements aus 2,
4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus 3,
5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 aus 4,
6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 aus 4,
7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 aus 4,
8 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der Anordnung aus 3, teilweise geschnitten,
9 eine Ansicht wie 8 mit einem weiteren geschnittenen Abschnitt,
10 eine Ansicht wie ein Ausschnitt aus 2 einer alternativen Ausführung,
11 eine Gußform zum Formen oder Vergießen einer Endkappe an das gefaltete Filtermaterial des Filterelements,
12 einen Schnitt ähnlich zu 2, aber für ein Filterelement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
13 eine Ansicht wie 11, aber für eine Gußform zum Formen oder Vergießen einer Endkappe an ein gefaltetes Filtermaterial des Filterelements der vorliegenden Erfindung,
14 eine Ansicht wie 12 einer weiteren Ausführungsform.
Vorgängererfindung
1 und 2 zeigen einen Filter 20 mit einem Filterelement 22, das in einem Gehäuse 24 enthalten ist. Das Filterelement 22 ist realisiert durch gefaltetes Filtermaterial 26, 2, das eine Mehrzahl von Falten 28, 5–9, in einer geschlossenen Schleife aufweist, üblicherweise einem Ring, der wiederum einen äußeren Umfang 30, definiert durch eine Mehrzahl äußerer Faltenspitzen 32, und einen inneren Umfang 34, definiert durch eine Mehrzahl innerer Faltenspitzen 36, aufweist. Die ringförmige geschlossene Schleife weist ein hohles Inneres 38 auf, das sich entlang einer Achse 40 erstreckt. Das Gehäuse 24 ist üblicherweise zylinderförmig und ist realisiert durch Gehäuseabschnitte 42 und 44, die in konventioneller Weise aneinander befestigt sind, wie z. B. durch federbügelartige Klammern wie 46 oder in anderer geeigneter Weise. Das Gehäuse 24 weist eine Einlaßöffnung 50 auf, die den Einlaß von Fluid gestattet, wie z. B. Luft oder Flüssigkeit, radial und/oder tangential in einen ringförmigen Raum 52 in dem Gehäuse um das Filterelement 22 herum. Das Gehäuse 24 kann einen inneren Damm oder eine Ablenkfläche 54 zur Verhinderung direkten Auftreffens auf das Filter element 22 beinhalten und/oder zur Lenkung des Stromes, z. B. in einer spiralförmigen oder ringförmigen Form. Das Fluid strömt zunächst lateral oder radial nach innen durch das Filtermaterial 26 in das hohle Innere 38 und dann strömt das saubere Fluid axial in 2 nach rechts im hohlen Inneren 38 entlang eines Strömungskanals 56, wie durch Pfeile 58, 59 gezeigt.
Der Strömungskanal 56, der sich entlang der Achse 40 erstreckt, umschreibt das hohle Innere 38 und weist einen Strömungsrand 60 größer als der innere Umfang 34, definiert durch die inneren Faltenspitzen 36, auf, wie noch beschrieben wird. Der Strömungsrand 60 ist kleiner als der äußere Umfang 30, definiert durch die äußeren Faltenspitzen 32. Der innere Umfang 34 definiert und begrenzt eine erste Querschnittsfläche. Der Strömungsrand 60 definiert und begrenzt eine zweite Querschnittsfläche. Die zweite Querschnittsfläche ist größer als die erste Querschnittsfläche. Der äußere Umfang 30 definiert und begrenzt eine dritte Querschnittsfläche. Die zweite Querschnittsfläche ist kleiner als die dritte Querschnittsfläche.
Das Filterelement 22 weist erste und zweite axiale Enden 62 und 64 auf. Das axiale Ende 62 ist offen, 3, und stellt einen axialen Strömungskanal 56 dort hindurch bereit. Eine Endkappe 66 aus weichem, elastischem, kompressiblem Material, wie z. B. geschäumtes, gegossenes Urethan, grenzt axial an die axialen Enden 68 der Falten. Die Endkappe 66 weist einen inneren Umfang 70, 3 und 4, größer als der innere Umfang 34, definiert durch die inneren Faltenspitzen 36, auf. Die Endkappe 66 bedeckt die axialen Enden 68 der Falten teilweise, so daß die lateral äußeren Abschnitte 72 der axialen Enden der Falten bedeckt sind durch die Endkappe 66, nicht aber die lateral inneren Abschnitte 74 der axialen Enden der Falten, so daß die lateral inneren Abschnitte 74 der axialen Enden der Falten unbedeckt und offen sind am axialen Ende 62 des Filterelements 22, 8 und 9. Das zweite axiale Ende 64 des Filterelements 22 ist geschlossen. Eine zweite Endkappe 76, 2, aus weichem, kompressiblem, elastischem Material, wie z. B. geschäumtes, gegossenes Urethan, ist an dem zweiten Ende 64 des Filterelements vorgesehen und bedeckt das axiale Ende 78 der Falten vollständig einschließlich der äußeren Faltenspitzen und der inneren Faltenspitzen an dem axialen Ende 64. Die Endkappe 76 beinhaltet auch einen zentralen Abschnitt 80, der das hohle Innere 38 des Filterelements 22 an dem axialen Ende 64 des Filter elements umspannt und vollständig bedeckt. Der Gehäuseabschnitt 44 beinhaltet eine ringförmige innere Seitenwand 82, die sich axial teilweise in das Gehäuse erstreckt, um das Filterelement 22 an dem axialen Ende 64 auszurichten und zu halten. Bei anderen Ausführungsformen ist der zentrale Abschnitt 80 der Endkappe 76 ausgelassen, und ein Teil des Gehäuseabschnitts 44 erstreckt sich in das hohle Innere 38 des Filterelements 22, um das axiale Ende 64 des Filterelements 22 zu schließen und um das axiale Ende 64 des Filterelements 22 in dem Gehäuse zu positionieren. Die Endkappe 76 beinhaltet einen ringförmigen Steg 84, der an eine axiale Endwand 85 des Gehäuseabschnitts 44 angelegt ist und axial leicht dagegen gepreßt ist, um dazu beizutragen, das Filterelement 22 in dem Gehäuse 24 zu halten und um axiale Toleranzen aufzunehmen und auch um eine axiale Dichtung bereitzustellen, um einen Bypass von schmutziger Luft von der ringförmigen Kammer 52 um das axiale Ende 62 des Filterelements 22 zu verhindern. Die axiale Endwand 88 des Gehäuseabschnitts 42 weist einen axialen Strömungskanal 90 auf, der sich dort hindurch erstreckt. Zusätzlich oder alternativ zu der axialen Dichtung bei 86 stellt die Endkappe 66 eine radiale Dichtung zu dem axialen Strömungskanal 90 bereit, wie noch beschrieben wird.
Die Endkappe 66 weist eine Seitenwand 92, 2 und 4, auf, die sich axial weg von den axialen Enden 68 der Falten 28 am axialen Ende 62 des Filterelements 22 erstreckt. Die Seitenwand 92 weist den inneren Umfang 70, wie oben erwähnt, und einen äußeren Umfang 94 auf. Wie oben erwähnt ist der innere Umfang 70 der Seitenwand 92 größer als der innere Umfang 34 des Filterelements 22, definiert durch die inneren Faltenspitzen 36. Der innere Umfang 70 der Seitenwand 92 der Endkappe 66 ist kleiner als der äußere Umfang 30 des Filterelements 22, definiert durch die äußeren Faltenspitzen 32. Der äußere Umfang 94 der Seitenwand 92 der Endkappe 66 ist größer als der äußere Umfang 30 des Filterelements 22, definiert durch die äußeren Faltenspitzen 32. Der Strömungskanal 90 weist einen inneren Abschnitt 96 auf, der axial den axialen Enden 68 der Falten 28 zugewandt ist. Der innere Abschnitt 96 des Strömungskanals 90 weist einen inneren Umfang 98 und einen äußeren Umfang 100 auf. Der äußere Umfang 100 ist größer als der innere Umfang 70 der Seitenwand 92 der Endkappe 66, so daß, wenn das Filterelement 22 an der Endkappe 66 axial nach rechts über den inneren Abschnitt 96 des Strömungskanals 90 geschoben ist, die Endkappe 66 radial zusammengepreßt ist, um den inneren Umfang 70 entlang der äußeren Seitenwand 100 des inneren Abschnitts 96 des Strömungskanals auszudehnen, um die radiale Dichtung zu erzielen. Der innere Umfang 70 der Endkappe 66 ist vorzugsweise gestuft, wie an Stufen 71 gezeigt, 8, um fortlaufend leicht abnehmende Durchmesser von rechts nach links, wie in 8 und 2 zu sehen, zu erzielen, um den inneren Abschnitt 96 des Strömungskanals 90 aufzunehmen und daran entlangzuführen und um den radialen Dichtungsdruck zu erhöhen. Die Endkappe 66 umschreibt den inneren Abschnitt 96 des Strömungskanals 90 und drückt radial in dichtender Verbindung dagegen, um dort die radiale Dichtung zu schaffen. Die Endwand 88 des Gehäuseabschnitts 42 steht den axialen Enden 68 der Falten 28 axial gegenüber und die Endkappe 66 drückt auch in dichtender Verbindung axial gegen die Endwand 88, um dort die axiale Dichtung zu bilden.
Eine äußere Einfassung 102, 2 und 4, bereitgestellt durch ein gedehntes Streckmetall oder ein Netz oder ein Lochblech, umfaßt das Filterelement 22 entlang der äußeren Faltenspitzen 32 und weist einen axialen Endabschnitt 104 auf, der sich axial hinter den axialen Enden 68 der Falten 28 erstreckt. Wie zuvor beschrieben, steht der Strömungskanal 90 mit dem hohlen Inneren 38 des Filterelements mittels des Strömungskanals 56 in Verbindung und erstreckt sich axial von dem axialen Ende des Filterelements. Die Endkappe 66 an dem axialen Ende des Filterelements 22 wirkt radial dazwischen und ist radial zusammengepreßt zwischen und gegen den Abschnitt 104 der äußeren Einfassung 102 und den inneren Abschnitt 96 des Strömungskanals 90. Die äußere Einfassung 102 erstreckt sich axial bei 104 in die Endkappe 66 und ist darin während des Formprozesses gegossen, wie noch beschrieben wird. Wie oben erwähnt erstreckt sich die Seitenwand 92 der Endkappe 66 axial weg von den axialen Enden 68 der Falten 28 an dem axialen Ende des Filterelements. Der äußere Umfang 94 der Endkappenseitenwand begrenzt den Abschnitt 104 der äußeren Einfassung 102.
Die Falten 28 weisen Wandpaare auf, die sich axial erstreckende innere Kanäle 106, 7, und die sich axial erstreckende äußere Kanäle 108 definieren. Die Wände der Falten, die die äußeren Kanäle 108 definieren, sind gegeneinander bei den axialen Enden 62 des Filterelements durch eine Wärmedichtungsverbindung entlang von Klebestreifen wie 110 abgedichtet, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, z. B. aus dem offengelegten US-Patent 5,106,397, das hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Dies verhindert einen Bypass von schmutziger Luft um die axialen Enden der Falten an den inneren offenen Abschnitten 74, 8 und 9. Fluid wie Luft, das radial nach innen durch das Filtermaterial wie bei 112 gezeigt, 4, strömt, muß durch die Seitenwände der Falten 28 strömen, bevor dieses Fluid axial strömen kann, wie bei den Pfeilen 58, 59 gezeigt. Ein Teil dieser Luft kann in 4 axial nach rechts, wie bei Pfeil 59 gezeigt, axial entlang der inneren Kanäle 106 strömen, und der Rest der Luft strömt weiter radial nach innen, wie bei Pfeil 114 gezeigt, und strömt dann axial, wie bei Pfeil 58 gezeigt. Die axialen Enden der äußeren Kanäle 108 an dem axialen Ende des Filterelements sind versiegelt durch die dichtende Verbindung entlang der Klebestreifen 110. Das Fluid, das durch das Filterelement strömt, ist gezwungen, von den äußeren Kanälen 108 zu den inneren Kanälen 106 zu strömen. 6 und 9 zeigen den dichtend verbundenen Kleber 110, der sich in den äußeren Kanälen 108 vollständig von den inneren Faltenspitzen 36 zu den äußeren Faltenspitzen 32 erstreckt, wie es im Idealfall ist. Wenn sich die dichtende Verbindung vollständig von den inneren Faltenspitzen 36 bis zu den äußeren Faltenspitzen 32 erstreckt, ist die Gestalt der inneren Kanäle 106 an den äußeren Faltenspitzen 32 generell rundlicher, und die Wände der Falten 28, die die äußeren Kanäle 108 an den äußeren Faltenspitzen 32 bilden, sind üblicherweise näher beieinander. In einer Alternative kann sich die klebende Dichtungsverbindung in den äußeren Kanälen 108 von den inneren Faltenspitzen 36 nur teilweise zu den äußeren Faltenspitzen 32 erstrecken, und die äußeren Abschnitte der äußeren Kanäle 108 sind an den axialen Enden den Filterelements durch die Endkappe 66 versiegelt. Während des Form-Gußprozesses, wie noch beschrieben wird, schäumt das flüssige, gießbare Material, in das das gefaltete Filtermaterial eingetaucht wird, eine kurze Strecke axial in die Kanäle zwischen den Falten, wie am inneren Abschnitt 116 der Endkappe gezeigt, 4, 8, 9, welcher eine Strecke 118, 4, zwischen die Falten eingedrungen ist. Der Abstand der Klebestreifen 110 an den Falten von den axialen Enden 68 der Falten kann wie jeweils benötigt in Standardklebestreifendichtungsapplikatoren angepaßt werden. Vorzugsweise sind die dichtenden Klebestreifen 110 von den axialen Enden 68 der Falten durch einen kleinen Abstand 118 beabstandet, um eine geringe Deformation der axialen Enden 68 der Falten durch einen Damm in der Gußform während des Form-Gußprozesses zu ermöglichen, um dann das flüssige, gießbare Material der Endkappe von dem Fließen radial nach innen auf die inneren Abschnitte 74 der Faltenenden abzu halten, die offengehalten werden sollen. Der Formprozeß und der Damm werden noch beschrieben. Alternativ können die dichtenden Klebestreifen 110 an den axialen Enden 68 der Falten auch ohne dazwischenliegenden Abstand 118 angelegt sein.
11 zeigt eine Gußform 120 zum Formen oder Gießen der Endkappe 66 an das gefaltete Filtermaterial 26 des Filterelements. Die Gußform weist eine Wanne 122 auf, die sich entlang eines ringförmigen ersten Umfangs erstreckt und das flüssige, gießbare Material, wie z. B. Urethan, in welches die axialen Enden 68 der Falten 28 eingetaucht werden, darin hält. Die Gußform weist einen Einsatz 124 mit einem aufrechten Damm 126 auf, der sich entlang eines zweiten ringförmigen Umfangs, begrenzt durch den ringförmigen Umfang der Wanne 122, erstreckt. Der Damm 126 ist im Eingriff mit den axialen Enden 68 der Falten zwischen den äußeren Faltenspitzen 32 und den inneren Faltenspitzen 36 und verhindert den Fluß von flüssigem, gießbarem Material lateral radial nach innen in Richtung der inneren Faltenspitzen 36. Die Wanne 122 umfaßt die axialen Enden 68 der Falten teilweise, so daß die lateral äußeren Abschnitte 72 der axialen Enden der Falten bedeckt sind durch das flüssige, gießbare Material, nicht aber die lateral inneren Abschnitte 74 der Falten, so daß die lateral äußeren Abschnitte 72 der axialen Enden der Falten bedeckt sind durch die Endkappe 66 und die lateral inneren Abschnitte 74 der axialen Enden der Falten durch die Endkappe 66 nicht bedeckt und offengelassen sind. Es ist bevorzugt, daß das gefaltete Filtermaterial zunächst in das flüssige, gießbare Material in der Gußform eingetaucht wird durch Absenken des gefalteten Filtermaterials nach unten bis die axialen Enden 68 der Falten den Damm 126 belegen, und daß dann ein weiteres, leichtes Herunterdrücken des gefalteten Filtermaterials gegen den Damm erfolgt, so daß der Damm die axialen Enden 68 der Falten an den Verbindungspunkten leicht verformt, was wiederum die Seitenwände der Falten, die die Kanäle formen, leicht lateral drückt, um die Kanäle weiter zu blockieren und weiteren Fluß des flüssigen, gießbaren Materials lateral nach innen in Richtung der inneren Faltenspitzen 36 zu verhindern. Die Wanne 122 ist begrenzt durch einen äußeren Umfang 126 und einen inneren Umfang 128. Der äußere Umfang 126 der Wanne 122 ist größer als der äußere Umfang 30 des Filterelements, definiert durch die äußeren Faltenspitzen 32. Der innere Umfang 128 der Wanne 122 ist kleiner als der äußere Umfang 30 des Filterelements. Der innere Umfang 128 der Wanne 122 ist größer als der innere Umfang 34 des Filterelements, definiert durch die inneren Faltenspitzen 36. Der zweite Umfang der Gußform an dem ringförmigen Damm 126 ist kleiner oder gleich dem inneren Umfang 128 der Wanne 122.
Wie beschrieben, schließt das Verfahren zum Formen der Endkappe 66 an das gefaltete Filtermaterial 26 das Eintauchen der axialen Enden 68 der Falten in flüssiges, gießbares Material in der Wanne 122 der Gußform 120 und das Einrücken der axialen Enden 68 der Falten gegen den Damm 126 an einer Stelle zwischen den äußeren Faltenspitzen 32 und den inneren Faltenspitzen 36 ein, so daß der Damm 126 den Fluß von flüssigem, gießbarem Material lateral nach innen in Richtung der inneren Faltenspitzen 36 verhindert. Die Wanne 122 ist so vorgesehen und ausgerichtet, daß sie teilweise die axialen Enden 68 der Falten überspannt, so daß die lateral äußeren Abschnitte 72 der axialen Enden der Falten während des Eintauchens bedeckt sind von dem flüssigen, gießbaren Material, aber nicht die lateral inneren Abschnitte 74 der axialen Enden der Falten. Ferner in Übereinstimmung mit dem beschriebenen Verfahren ist ein lateral nach innen gerichteter Fluß des flüssigen, gießbaren Materials entlang der axialen Enden der Falten in Richtung der inneren Faltenspitzen 36 dadurch verhindert, daß der Damm 126 vorgesehen und ausgerichtet ist, um mit den axialen Enden 68 der Falten zwischen den äußeren Faltenspitzen 32 und den inneren Faltenspitzen 36 derart in Eingriff zu kommen, daß die lateral äußeren Abschnitte 72 der axialen Enden der Falten durch die Endkappe 66 bedeckt sind und die lateral inneren Abschnitte 74 der axialen Enden der Falten durch die Endkappe 66 nicht bedeckt und freigelassen sind. Die Wanne 122 und das Filterelement 22 sind während des Eintauchens so ausgerichtet, daß der äußere Umfang 126 der Wanne 122 den äußeren Umfang 30 des Filterelements, definiert durch die äußeren Faltenspitzen 32, begrenzt und daß der innere Umfang 128 der Wanne 122 den inneren Umfang 26 des Filterelements, definiert durch die inneren Falten 36, begrenzt.
10 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei der Auslaßkanal 90a einen äußeren Abschnitt 90b mit reduziertem Durchmesser aufweist, um ihn an die Größe der Motorteile und Anforderungen des Einbauortes anzupassen, wobei jedoch ein innerer Abschnitt 90c mit erhöhtem Durchmesser beibehalten wird, der den erhöhten Durchmesser und Umfang des Strömungskanals 56 einschließlich des axialen Fluidstroms bei 58 und des zusätzlichen axialen Fluidstroms bei 59, 4 und 10, beibehält. Der Abstand der axialen Endwand 88 des Gehäuseabschnitts 42 von den axialen Enden 68 der Falten des Filtermaterials stellt eine Kammer 130 bereit, die einen zusätzlichen Strom bringt und die Begrenzung reduziert.
Die beschriebene Filterkonstruktion wurde für Luftfilter entwickelt, kann aber auch für andere Fluide wie z. B. Flüssigkeiten verwendet werden. In der dargelegten Ausführungsform strömt zu filterndes Fluid lateral nach innen durch das Filtermaterial von dem äußeren Umfang zu dem inneren Umfang und strömt dann axial in das hohle Innere, so daß der Strömungskanal 56 ein Auslaßströmungskanal ist. Alternativ kann zu filterndes Fluid axial in das hohle Innere 38 strömen und dann lateral nach außen durch das Filtermaterial von dem inneren Umfang zum äußeren Umfang strömen, in welchem Fall der Strömungskanal 56 ein Einlaßströmungskanal ist. In anderen Alternativen sind Metallendkappen anstelle von Urethanendkappen verwendet oder es sind verschiedene Materialkombinationen für die Endkappen verwendet. In weiteren Ausführungsformen kann eine innere Einfassung entlang der inneren Faltenspitzen 36 hinzugefügt sein. In weiteren Alternativen weist der äußere Abschnitt 90b, 10, des Strömungskanals einen größeren inneren Durchmesser als der innere Abschnitt 90c auf.
Vorliegende Erfindung
12–14 zeigen die vorliegende Erfindung und verwenden die gleichen Bezugszeichen wie oben, wo dies geeignet ist, um das Verständnis zu vereinfachen.
12 zeigt ein Filterelement 202 zum Einbau in dem Gehäuse 24. Das Filterelement 202 wird bereitgestellt durch das gefaltete Filtermaterial 26, das eine Mehrzahl von Falten 28 in einer geschlossenen Schleife, üblicherweise einem Ring, aufweist, das einen äußeren Umfang 30, definiert durch eine Mehrzahl von äußeren Faltenspitzen 32, und einen inneren Umfang 34, definiert durch eine Mehrzahl von inneren Faltenspitzen 36, aufweist. Die ringförmige geschlossene Schleife weist ein hohles Inneres 38, das sich entlang einer Achse 40 erstreckt, auf. Zu filterndes Fluid strömt lateral oder radial durch das Filtermaterial 26, und strömt axial in das hohle Innere 38. Das Filterelement weist einen axialen Strö mungskanal 56a auf, der sich entlang der Achse 40 erstreckt und das hohle Innere 38 begrenzt und einen Strömungsumfang wie bei Durchmesser 204 gezeigt größer als der innere Umfang 34 wie bei Durchmesser 206 gezeigt aufweist. Das Filterelement 202 weist erste und zweite axiale Enden 62 und 64 auf. Das erste axiale Ende 62 ist offen und stellt den axialen Strömungskanal 56a dort hindurch bereit. Eine Endkappe 208 aus weichem, kompressiblem, elastischem Material, wie z. B. geschäumtes, gegossenes Urethan, ist um die äußeren Faltenspitzen 32 an dem axialen Ende 62 vorgesehen und weist einen äußeren Umfang 210, wie bei Durchmesser 212 gezeigt, größer als der äußere Umfang 30 der äußeren Faltenspitzen 32, wie bei Durchmesser 204 gezeigt, auf und bildet eine äußere Dichtungsfläche 214 außerhalb des axialen Strömungskanals 56a und rückt eine innere Oberfläche 43 des Gehäuseabschnitts 42 in eine radiale zusammengepreßte Dichtungsverbindung ein. Das axiale Ende 216 der Endkappe 208 kann ggf. die axiale Endwand 88 des Gehäuseabschnitts 42 in axial zusammengepreßter oder nicht zusammengepreßter Verbindung berühren. Die Abdichtung ist erreicht durch die radiale Dichtung, bereitgestellt durch die radiale Kompression der Endkappe 208 zwischen dem Abschnitt 104 der äußeren Einfassung 102 und der dem Inneren zugewandten Oberfläche 43 des Gehäuses, und/oder durch die axiale Dichtung, bereitgestellt durch die axiale Kompression der Endkappe 208 gegen die axiale Endwand 88 des Gehäuses. Der Abschnitt 104 der äußeren Einfassung 102 stellt eine Halteverstärkung für die Kompression der radialen Dichtung der Endkappe 208 bereit, wie oben beschrieben. Die zweite Endkappe 76 ist an dem zweiten Ende 64 des Filterelements vorgesehen und bedeckt die axialen Enden der Falten vollständig einschließlich der äußeren. Faltenspitzen und der inneren Faltenspitzen. Wie oben enthält die Endkappe 76 auch einen zentralen Abschnitt 80, der das hohle Innere des Filterelements überspannt und vollständig bedeckt und das gleiche schließt.
Die äußere Dichtungsfläche 214 der Endkappe 208 am äußeren Umfang 210 ist weg von dem axialen Strömungskanal 56a und radial nach außen relativ zur Achse 40 gewandt. Die Endkappe 208 weist einen inneren Umfang 218, wie bei Durchmesser 204 gezeigt, im wesentlichen gleich zum äußeren Umfang 30 an den äußeren Faltenspitzen 32, wie auch gezeigt bei Durchmesser 204, auf. Der Auslaßströmungskanal des Gehäuses, gezeigt bei 90 in 2, ist vergrößert um den Durchmesser 204, wie bei 90d in 12 gezeigt. Dies erhöht und maximiert die Flußkapazität weiter und reduziert und minimiert den Strömungswiderstand weiter. Das Fluid fließt nicht nur wie zuvor bei den Pfeilen 58 und 59, sondern auch bei Pfeil 59a durch die lateral äußeren Abschnitte 72, 8, 9, 4 der axialen Enden der Falten axial durch die Kanäle 106, 6, 7.
Die Endkappe 208 kapselt die äußeren Faltenspitzen 32 und die äußere Einfassung 102 ein. Die Endkappe 208 weist einen großen Rand 220 auf, der sich radial nach außen weg von der äußeren Einfassung 102 zu dem äußeren Umfang 210 der Endkappe 208 erstreckt. Die Endkappe 208 weist einen kleinen Rand 222 auf, der sich radial nach innen von der äußeren Einfassung 102 zu dem inneren Umfang 218 der Endkappe 208 erstreckt. Der innere Rand 222 kapselt die äußeren Faltenspitzen 32 ein. Die radiale oder laterale Ausdehnung des großen Randes 220 ist wesentlich länger als die radiale oder laterale Ausdehnung des kleineren Randes 222. Der innere Umfang 218 der Endkappe 208 ist im wesentlichen gleich zu dem äußeren Umfang 30 an den äußeren Faltenspitzen 32, der Unterschied ist die Länge oder die radiale Ausdehnung des kleinen Randes 222.
Der innere Umfang 34 an den inneren Faltenspitzen 36 definiert und begrenzt eine erste Querschnittsfläche. Der innere Umfang 218 der Endkappe 208 definiert den Strömungsumfang, wie bei Durchmesser 204 gezeigt, des axialen Strömungskanals 56a. Der innere Umfang 218 der Endkappe 208 definiert und begrenzt eine zweite Querschnittsfläche. Der äußere Umfang 30 an den äußeren Faltenspitzen 32 definiert und begrenzt eine dritte Querschnittsfläche. Die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Querschnittsfläche ist wesentlich größer als die Differenz zwischen der zweiten und der dritten Querschnittsfläche.
Wie oben strömt zu filterndes Fluid lateral nach innen durch das Filtermaterial 26 von dem äußeren Umfang 30 an den äußeren Faltenspitzen 32 zu dem inneren Umfang 34 an den inneren Faltenspitzen 36 und strömt dann axial in das hohle Innere 38 und dann heraus durch den Strömungskanal 56a und den Gehäuseauslaßkanal 90d. Der Strömungskanal 56a ist folglich ein Auslaßströmungskanal. In einer alternativen Ausführungsform strömt das zu filternde Fluid axial in das Gehäuse durch den Strömungskanal 90d, dann axial entlang des Strömungskanals 56a in das hohle Innere 38 und strömt dann lateral nach außen durch das Filtermaterial 26 vom inneren Umfang 34 an den inneren Faltenspitzen 36 zu dem äußeren Umfang 30 an den äußeren Faltenspitzen 32. In dieser Ausführungsform ist der Strömungskanal 56a ein Einlaßströmungskanal. Die vorliegende Erfindung stellt den axialen Strom, wie bei Pfeil 58 in 4 gezeigt, und den axialen Strom, wie bei Pfeil 59 gezeigt, bereit und stellt weiter einen zusätzlichen axialen Strom bereit, wie bei Pfeil 59a in 12 gezeigt. Der letztere wird erreicht durch die fast vollständige Entfernung der radialen Ausdehnung der Endkappe 208 von den axialen Enden 68 der Falten und durch die Verlagerung der Dichtungsfunktion zum äußeren Umfang 210 und/oder 216, 12, im Vergleich zur Endkappe der 2 und 4 mit einer nach innen zugewandten radialen Dichtungsfläche 70 und/oder einer axialen Dichtungsfläche 86 und mit einem Abschnitt 116 der Endkappe, der die axialen Enden der Falten abdeckt und eine sonst vorhandene Strömungskanalfläche blockiert. Der zusätzliche Strom, bereitgestellt durch die vorliegende Erfindung bei Pfeil 59a in 12, ist zusätzlich zu dem zusätzlichen Strom 59, bereitgestellt durch die Vorgängererfindung. Die vorliegende Erfindung erhöht und maximiert dadurch weiter die Strömungskapazität und reduziert und minimiert den Strömungswiderstand weiter.
13 ist ähnlich der 11 und zeigt eine Gußform 230 zum Formen oder Gießen der Endkappe 208 auf das gefaltete Filtermaterial 26 des Filterelements. Die Gußform weist eine Wanne 232 auf, die sich entlang eines Rings erstreckt und das flüssige, gießbare Material, wie z. B. Urethan, darin hält, in welche die axialen Enden 68 der Falten 28 eingetaucht werden. Die ringförmige Wanne 232 weist einen äußeren Umfang 234 auf, der einen äußeren Umfang 210 der Endkappe 208 definiert, und einen inneren Umfang 236, der einen inneren Umfang 218 der Endkappe 208 definiert. Es ist bevorzugt, daß dort ein minimaler Abstand 238 zwischen dem inneren Umfang 236 und der äußeren Einfassung 102 des Filterelements ist, um den Endabschnitt 104 der Einfassung 102 einzukapseln und um die äußeren Faltenspitzen 32 entlang ihrer axialen Enden 68 einzukapseln. Es ist bevorzugt, daß der Abstand 238 minimal gehalten wird, so daß der innere Umfang 236 im wesentlichen gleich dem Umfang 30 ist. Bei anderen Ausführungsformen beträgt die radiale Länge des Abstands 238 null, d. h. dort ist kein Abstand zwischen dem inneren Umfang 236 und der äußeren Einfassung 102. Die Gußform weist einen Einsatz 240 mit einem aufrechten Damm 242 auf, der sich entlang des inneren Umfangs 236 erstreckt und ein axiales Ende aufweist, das die axialen Enden 68 der Falten einrückt und den Fluß von flüssigem, gießbarem Material lateral radial nach innen in Richtung der inneren Faltenspitzen 36 verhindert. Das gefaltete Filtermaterial wird zunächst in das flüssige, gießbare Material in der Wanne durch Absenken des gefalteten Filtermaterials nach unten, bis die axialen Enden 68 der Falten den Damm 242 belegen, eingetaucht, dann wird das gefaltete Filtermaterial weiter leicht nach unten gegen den Damm gedrückt, so daß der Damm die axialen Enden 68 der Falten an diesem Eingriffspunkt leicht verformt, was wiederum die Seitenwände der Falten drückt, die die Kanäle leicht lateral formen, um die Kanäle weiter zu versiegeln und den Fluß des flüssigen, gießbarem Materials lateral nach innen in Richtung der inneren Faltenspitzen 36 weiter zu verhindern.
14 ist wie 12 und zeigt eine andere Ausführungsform und verwendet die gleichen Bezugszeichen, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu vereinfachen. Ein Filterelement 250 weist eine Endkappe 252 mit einem Metallanbaustützteil 254, das während des Formens darin eingeschlossen wird, auf. Das Metallanbaustützteil 254 weist ein erstes Bein 256 entlang der äußeren Einfassung 102 an den äußeren Faltenspitzen 32 auf, ein zweites Bein 258, das sich radial nach außen von dem Bein 256 erstreckt, und ein drittes Bein 260, das eine Halteverstärkung zur Kompression eines Dichtungsabschnitts 262 der Endkappe dort gegen bereitstellt. Der Dichtungsabschnitt 262 liegt zwischen dem Bein 260 und einer äußeren Dichtungsfläche 264 und ist radial außen von den äußeren Faltenspitzen 32 durch einen radialen Abstand 266 zwischen den Beinen 256 und 260 angeordnet. Das Bein 258 weist erste und zweite Seiten 268 und 270 auf, die axial in entgegengesetzte Richtungen gewandt sind und in Verbindung mit den Beinen 256 und 260 den radialen Abstand 266 definieren. Die Endkappe 252 weist einen ersten Teil 272 in dem radialen Abstand 266 und einen zweiten Teil 262 radial außen von diesem und den Dichtungsabschnitt bereitstellend auf. Die zweite Seite 270 des Beins 258 ist einem offenen radialen Abstand 274 zwischen den äußeren Faltenspitzen 32 und dem Abschnitt 262 der Endkappe 252 zugewandt. Der offene radiale Abstand 274 ist durch das Gußmaterial der Endkappe 252 nicht gefüllt. Die Beine 256, 258, 260 definieren ein U-förmiges Anbaustützteil 254, das zweite Bein 258 ist der Steg des U und die ersten und dritten Beine 256 und 260 erstrecken sich axial und im wesentlichen parallel zueinander.
Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen im Rahmen der angefügten Ansprüche möglich sind.

Claims

Filterelement mit gefaltetem Filtermaterial (26), das eine Mehrzahl von Falten (28) in einer geschlossenen Schleife aufweist, das einen äußeren Umfang (30), definiert durch eine Mehrzahl von äußeren Faltenspitzen (32), und einen inneren Umfang (34), definiert durch eine Mehrzahl von inneren Faltenspitzen (36), aufweist, wobei die Schleife ein hohles Inneres (38) aufweist, das sich entlang einer vorgegebenen Achse (40) erstreckt, wobei die Falten (28) paarweise Wände aufweisen, die sich axial erstreckende innere Kanäle (106), offen zu dem hohlen Inneren (38), und sich axial erstreckende äußere Kanäle (108), radial nach außen offen, aufweisen, wobei das Filterelement (202; 250) ein erstes und ein zweites axiales Ende (62; 64) aufweist, wobei das erste axiale Ende (62) offen ist, wobei die Wände der Falten, die die äußeren Kanäle (108) definieren, gegeneinander in der Nähe der axialen Enden (62, 64) durch Dichtungsmittel (110) abgedichtet sind, wobei das Filterelement (202; 250) eine Endkappe (208; 252) an dem ersten axialen Ende (62) aufweist, wobei die Endkappe (208; 252) einen äußeren Umfang (210) größer als der äußere Umfang (30) der äußeren Faltenspitzen (32) aufweist und eine äußere Dichtungsfläche (214; 264) bildet, wobei das zu filternde Fluid lateral durch das Filtermaterial (26) strömt und axial in das hohle Innere (38) strömt, wobei das Filterelement (202; 250) einen axialen Strömungskanal (56a) aufweist, der sich entlang der Achse (40) erstreckt und das hohle Innere (38) umfaßt, wobei der axiale Strömungskanal (56a) einen Strömungsumfang (204) größer als der innere Umfang (34), definiert durch die Mehrzahl der inneren Faltenspitzen (36), aufweist, wobei die Endkappe (208; 252) an dem ersten axialen Ende (62) den axialen Strömungskanal (56a) dadurch bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Endkappe (208; 252) rund um die äußeren Faltenspitzen (32) der Falten (28) erstreckt und einen inneren Umfang (218) gleich zu dem oder geringfügig kleiner als der äußere Umfang (30) der äußeren Faltenspitzen (32) aufweist.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Dichtungsfläche (214) von dem axialen Strömungskanal (56a) weg und radial nach außen relativ zu der Achse (40) gewandt ist.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Einfassung (102) um das Filterelement (202; 250) herum an den äußeren Faltenspitzen (32) vorgesehen ist und daß die Endkappe (208) die äußeren Faltenspitzen (32) und die äußere Einfassung (102) einkapselt, daß die Endkappe (208) einen großen Rand (220) aufweist, der sich radial nach außen weg von der äußeren Einfassung (102) zu dem äußeren Umfang (210) der Endkappe (208) erstreckt, vorzugsweise, daß die Endkappe (208) einen kleinen Rand (222) aufweist, der sich von der äußeren Einfassung (102) radial nach innen zu dem inneren Umfang (218) der Endkappe (208) erstreckt, daß der innere Rand (222) die äußeren Faltenspitzen (32) einkapselt, weiter vorzugsweise, daß die radiale Ausdehnung des großen Randes (220) länger als die radiale Ausdehnung des kleinen Randes (222) ist.
Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ausdehnung des großen Randes (220) länger ist als die radiale Ausdehnung des kleinen Randes (222) und daß der innere Umfang (218) der Endkappe (208) gleich dem äußeren Umfang (30) der äußeren Faltenspitzen (32) abzüglich der Länge der radialen Ausdehnung des kleineren Randes (222) ist.
Filterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Umfang (34) der inneren Faltenspitzen (36) eine erste Querschnittsfläche definiert und begrenzt, daß die Endkappe (208) einen inneren Umfang (218) aufweist, der den Strömungsumfang (204) definiert, daß der innere Umfang (218) der Endkappe (208) eine zweite Querschnittsfläche definiert und begrenzt, daß der äußere Umfang (30) der äußeren Faltenspitzen (32) eine dritte Querschnittsfläche definiert und begrenzt und daß die Differenz zwischen der ersten und zweiten Querschnittsfläche größer ist als die Differenz zwischen der zweiten und dritten Querschnittsfläche.
Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Endkappe (76) an dem zweiten axialen Ende (64) des Filterelements (202; 250) vorgesehen ist, die die axialen Enden der Falten (28) einschließlich der äußeren Faltenspitzen (32) und der inneren Faltenspitzen (36) an dem zweiten axialen Ende (64) vollständig abdeckt, vorzugsweise, daß die zweite Endkappe (76) auch das hohle Innere (38) an dem zweiten axialen Ende (64) des Filterelements (202; 250) vollständig überspannt und bedeckt.
Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu filternde Fluid lateral durch das Filtermaterial (26) von dem äußeren Umfang (30) der äußeren Faltenspitzen (32) zu dem inneren Umfang (34) der inneren Faltenspitzen (36) nach innen strömt und dann axial in das hohle Innere (38) strömt, wobei der Strömungskanal (56a) ein Auslaßströmungskanal ist, oder daß das zu filternde Fluid axial in das hohle Innere (38) und dann lateral durch das Filtermaterial (26) von dem inneren Umfang (34) der inneren Faltenspitzen (36) zu dem äußeren Umfang (30) der äußeren Faltenspitzen (32) nach außen strömt, wobei der Strömungskanal (56a) ein Einlaßströmungskanal ist und/oder daß die geschlossene Schleife ringförmig ist.
Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anbaustützteil (254) in der Endkappe (252) vorgesehen ist, daß das Anbaustützteil (254) ein erstes Bein (256) an den äußeren Faltenspitzen (32) aufweist, ein zweites Bein (258), das sich radial von dem ersten Bein (256) nach außen erstreckt, und ein drittes Bein (260) an dem äußeren Ende des zweiten Beins (258), daß das dritte Bein (260) eine Halteverstärkung zur Kompression eines Dichtungsabschnitts (262) der Endkappe (252) dortgegen bereitstellt, daß der Dichtungsabschnitt (262) zwischen dem dritten Bein (260) und der äußeren Dichtungsfläche (264) angeordnet ist und radial nach außen von den äußeren Faltenspitzen (32) durch einen radialen Abstand (266) zwischen dem ersten und dem dritten Bein (256, 260) beabstandet ist.
Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bein (258) eine erste und eine zweite Seite (268, 270) aufweist, die axial in entgegengesetzte Richtungen gewandt sind und in Verbindung mit dem ersten und dritten Bein (256, 260) den radialen Abstand (266) definieren und daß die Endkappe (252) einen ersten Teil (272) in dem radialen Abstand (266) und einen zweiten Teil (262) radial außen von diesem aufweist und den Dichtungsabschnitt bereitstellt.
Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seite (270) des zweiten Beins (258) einem offenen radialen Abstand zwischen den äußeren Faltenspitzen (32) und dem zweiten Teil (262) der Endkappe (252) zugewandt ist und daß der offene radiale Abstand (264) durch die Endkappe (252) nicht gefüllt ist.
Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste, das zweite und das dritte Bein (256, 258, 260) ein U-förmiges Anbaustützteil (254) definieren, daß das zweite Bein (258) der Steg des U ist und daß das erste und das dritte Bein (256, 260) sich axial und parallel zueinander erstrecken.