DE2210536C2 - Filterpatrone zum Filtern der Ansaugluft von Brennkraftmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterpatrone zum Filtern der Ansaugluft von Brennkraftmotoren, die in einem Filtergehäuse am Motor angebracht werden kann, mit beabstandeten oberen und unteren Seitenwandungen, mit Luftein- und ausl&ß und mit mindestens einem hohlen, säulenförmigen Filterelement aus einer geschlossenen Schleife aus in Falten gelegtem Papierfiltermaterial, wobei das Filterelement zwischen der oberen und unteren Seitenwandung in der Filterpatrone angeordnet ist und einen Luftauslaß umgibt.

Die Ansaugluft von Brennkraftmotoren muß bekanntlich gefiltert werden. Bei großen Lastkraftwagen ist ein Ansaugluftfilter mit einer hohen Staubabsorptionsfähigkeit vorzusehen, bedingt durch die hohen Kosten des Fahrzeugmotors, die im allgemeinen bestehenden nachteiligen Umgebungsbedingungen, die vielen Betriebsstunden und die erwartete Zuverlässigkeit des Motors. Wegen des großen Volumens der angesaugten Luft bei starken Lastkraftwagenmotoren muß das Filter außerdem eine große Luftströmungskapazität aufweisen. Deshalb mußten bisher herkömmliche Luftfilter für Lastkraftwagen so groß bemessen werden, daß sie nicht direkt am Motor angebracht werden konnten. In vielen Fällen konnten diese Filter nicht einmal im Motorraum untergebracht werden. Es waren daher Luftleitungen notwendig, die die Luft aus dem Filter zum Ansaugstutzen des Motors leiteten, wodurch ein Druckabfall erzeugt und die Leistung des Motors herabgesetzt wurde. Außerdem können bei einer Luftleitung undichte Stellen auftreten, so daß dem Motor ungefilterte LuTi zugeführt wird.

Aus dem DE-GM 18 98 221 ist eine Filterpatrone, insbesondere für Luftfilter von Brennkraftmaschinen, bekannt mit einer gefalteten ringförmigen bzw. kreisförmigen Filterpapiereinlage, die zwischen zwei zueinander konzentrischen gelochten Rohrstücken mit stirnseitigen Abschlußdeckeln angeordnet ist

Demgegenüber sind Filterelemente aus zwei gefalteten, langgestreckten Papierfilterstreifen, die dichtend über eine starre Platte miteinander verbunden sind und eine geschlossene, langgestreckte Schleife bilden, nicht vorgesehen. In der bekannten Anordnung strömt die Luft durch eine Anzahl von Rohröffnungen, die sich in einem gelochten Rohrstück um die kreisrunde Filterpapiereinlage herum befinden, ohne vor Durchtritt durch das Filterpapier abgelenkt zu werden. Die kreisrunde säulenförmige Anordnung des Filtermaterials hat jedoch Nachteile. Werden in einem gegebenen Raum mehrere kreisrunde Säulen des Filtermaterials angeordnet, so weist die Fläche des Filtermaterials am Einlaß des Filters den größten Wert auf. Wegen der Dicke des Streifens des in Fallen gelegten Filtermaterials oder wegen der Entfernung zwischen der Außenseite und der Innenseite der Säule weist die Fläche des Filtermaterials am Auslaß des Filters demgegenüber nicht den gewünschten Wert auf. Eine Anordnung des Filtermaterials zu einer einzelnen kreisrunden Säule führt bei einem gegebenen Raum zu einer größten Auslaßfläche, jedoch nicht zu einem gewünschten Wert bei der Einlaßfläche.

Aus der DE-OS 16 07 708 ist ein Aufbau für eine Luftfilteranordnung bekannt, bei der getrennte Platten in einer sogenannten V-Anordnung stehen und eine Zick-Zack-Konfiguration bilden.

Aus dem DE-GM 18 94 506 ist ein Luftfilter, insbesondere für die Kurbelgehäusebelüftung einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem ebenfalls ringförmigen, radial von außen nach innen durchströmten, stirnseitig durch Endscheiben abgeschlossenen Filterelementeinsatz, der innerhalb eines topfförmigen Gehäuses axial zwischen Gehäuseboden und Gehäusedeckel abgedichtet eingespannt ist, wobei der Gehäusedeckel zugleich eine stirnseitige Endscheibe des Filtereinsatzes bildet. Diesem Filter haften ebenfalls die Nachteile an, die bei einem kreisrunden bzw. ringförmigen Filtermaterialeinsatz vorliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine FiI-terpatrone des eingangs bezeichneten Aufbaus zum Filtern der Ansaugluft von Brennkraftmotoren bereitzustellen, die in einem verhältnismäßig kleinen Raum angeordnet werden kann, trotz des gedrängten Aufbaus eine große Filterfläche zur Verfügung stellt und gegenüber pulsierenden Luftströmungen und gegenüber den vom Motor verursachten Erschütterungen widerstandsfest ist.

Hierzu schlägt die Erfindung die Filterpatrone nach Anspruch 1 mit bevorzugten Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 bis 4 vor.

Die erfindungsgemäße Filterpatrone zeigt einen kompakten Aufbau mit einer großen Filterfläche in einem verhältnismäßig kleinen und unzugänglichen

Raum, mit einem Lufieinlaß, mindestens einem Luftauslaß und einer Anzahl von Filterpapiereiementen, die den Luifteinlaß vom Luftauslaß trennen. Jedes Filterelement besteht aus zwei Streifenteilen aus in Falten gelegtem Papierfiltermaterial, die an beiden Enden konvergieren und ein steifes, hohles, säulenförmiges Glied bilden, das an beiden Enden an der Patrone abgedichtet befestigt ist Der Innenraum eines jeden hohlen Gliedes umgibt den Luftauslaß. Die durch den Einlaß in die Patrone eintretende Luft strömt durch die Filterelemente horizontal in den Innenraum der säulenförmigen Glieder und verläßt diese durch den Luftauslaß.

Eine direkte Anbringung eines Luftfilters am Motor führt in gewissen Fällen zu Schwierigkeiten, die eine Folge der Einwirkung mit der von Hochleistungsmotoren erzeugten pulsierenden Luftströmung und der Erschütterungen beim Lauf des Motors auf das Filtergehäuse sind. Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen auch dadurch, daß durch die Erschütterungen beim Lauf des Motors die Abdichtungen des Filtermaterials beschädigtwerden.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die zwei in Falten gelegten Papierfilterstreifen eine geschlossene Schleife bilden, deren konvergierende Enden von einer steifen Platte aufgenommen werden, wird die Filterpatrone gegen Beschädigungen und Einwirkungen von Erschütterungen widerstandsfähig gemacht

Die erfindungsgemäße kompakte Filterpatrone ist im allgemeinen flach und rechteckig und eignet sich insbesondere für große Lastkraftwagen, wobei der Luftauslaß mit dem Ansaugstutzen des Motors direkt in Verbindung gebracht wird. Vorzugsweise ist das Papierfiltermaterial gewellt, wobei die Wellungen quer zu den Falten verlaufen.

Die Filtermaterialelemente bilden eine geschlossene und langgestreckte Schleife und somit eine im wesentlichen ununterbrochen verlaufende Filterfläche, die von der Luft durchströmt wird, wobei der geradlinig verlaufende Teil de.·- Schleife wesentlich größer ist als der gekrümmte Teil, so daß in bezug auf den verfügbaren Raum die größte Filterfläche vorliegt und der Druckabfall gering gehalten wird, wenn die Luft durch cias Filterelement strömt. Die erfindungsgemäße Filterpatrone kann eine in sich geschlossene Einheit bilden, die das Filterpapiermaterial während der Beförderung und des Einbaus vollständig schützt, so daß kein äußeres Gehäuse oder dergleichen für die Filterpatrone notwendig wird.

In den Zeichnungen ist

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung des Motorgehäuses eines großen Lastkrf ftwagens mit der am oberen Teil des Motors angebrachten Filterpatrone nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Filterpatrone im Motorgehäuse, wobei mit unterbrochenen Linien die ungefähre Lage des unteren Teiles des Fahrgehäuses dargestellt ist, der den oberen Teil des Motorgehäuses bildet,

F i g. 3 eine Draufsicht auf den oberen ΤείΙ der Filterpatrone, die die Anordnung der Filterelemente zeigt,

Fig.4 eine schaubildliche Darstellung der Filterpatrone und des Ansaugstutzens, wobei die Anordnung der Filterelemente gezeigt wird,

Fig.5 eine schaubildliche Darstellung der zusammengefalteten Filterelemente und deren Luftdurchlässe und die

F i g. 6 eine Schnittze'chnung im wesentlichen nach der Linie 6-6 in F i g. 3.

Fig. I zeigt einen Lastkraftwagen, dessen Fahrerhaus 10 angekippt ist, so daß der Motor 11 vom rückwärtigen Teil aus zugänglich ist Der Kühler 12 liegt unmittelbar vor dem Motor. Wird das Fahrerhaus abgesenkt, bildet dessen Unterseite nach 1 und 2 das den Motor vollständig umgebende Gehäuse. Ein Teil des Motorgehäuses bildet einen erhöhten Tunnel 13 im Fahrerhaus zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz des Lastkraftwagens. Dieser Tunnel 13 wird vom Hersteller normalerweise so knapp bemessen, daß zwischen

ίο dem Motor und dem Motortunnel 13 nur ein ganz geringer Spielraum besteht, um den Raum im Fahrerhaus nicht unnötig einzuengen. Dieser außerordentlich kleine Raum zwischen dem Motor und den Wandungen des Motorgehäuses und des Tunnels 13 läßt die Anbringung von herkömmlichen Luftfiltern direkt am oberen Teil des Motors nicht zu und in einigen Fällen nicht einmal im Fahrerhaus.

F i g. 1 und 2 zeigen einen als Ganzes mit 20 bezeichnetes Luftfilter, das am Motor 11 angebracht ist. Der geringe Raum zwischen dem Motor l.'.ind dem Motortunnel 13 ist in Fig.2 schematisch dargestellt, und in diesem Raum ist das Luftfilter 20 angeordnet. Von einem Luftfeuchtigkeitsseparator 22 aus am vorderen Teil des Gehäuses des Luftfilters 20 aus erstreckt sich ein Luftansargstutzen 21 bis zu einem nicht dargestellten Lufteinlaß am vorderen Teil des Fahrerhauses 10. Der Einlaß 23a des Luftansaugstutzens 21 ist vorzugsweise überhalb des Radiators 12 angeordnet, um eine Erhitzung der Luft vor dem Eintritt in das Luftfilter zu vermeiden. Diese Anordnung bewirkt, daß während der Fahrt des Lastkraftwagens die Luft in größter Menge dem Motor zugeführt wird.

Wie aus den Fi g. 3—6 zu ersehen ist, weist das Luftfilter 20 eine allgemein rechteckige Patrone 23 auf, deren Breite und Länge wesentlich größer sind als die senkrechte picke, und die z. B. aus einem Metallblech hergestellt werden kann. Die Patrone 23 ist an dem einen Ende 24 im wesentlichen offen, welches Enöe einen Lufteinlaß bildet, der mit der Ausgangsseite des Feuchtigkeitsseparators 22 verbunden ist. Dieser Separator 22 entfernt übei schüssige Feuchtigkeit aus der Luft am vordersten Ende des Lastkraftwagens, die zu einer Beschädigung der Filterelemente führen könnte. In gewissen Fällen kann dieser Feuchtigkeitsseparator weggelassen werden, obwohl dessen Verwendung im allgemeinen vorzuziehen ist.

Die erforderliche Luftfilterung ohne übermäßig hohen Druckabfall wird mit Hilfe einer Anzahl von Filterelementen 30 durchgeführt, die den größten Teil der Filterpatrone 23 einnehmen. Jedes Filterelement 30 besteht aus zwei in Falten gelegten Papierstreifen 31, die an beiden Enden konvergisren, eine geschlossene langgcs»ret^rA.ti: Schleife 32 bilden und eine verhältnismäßig große, im wesentlichen gerade verlaufende Filterfläche 33 aufweisen. Steife und vorzugsweise aus Met; I! besiehende Platten 33a an jedem Ende einer jeden Schleife nehmen die konvergierenden Enden eines jeden Filterstreifenpaars 51 auf. wobei die Flansche 34a um die Enden der Streifen Jl herumgelegt sind und diese feslhalten, Die Platten 33f sind am Gehäuse 23 befestigt und bilden zusammen mit den Filterstreifen 31 eino steife hohle Säule 34, die sich zwischen den oberen und unteren Seitenwandungen 35, 36 der Filterpatrone 23 erstreckt. Diese Seitenwandungen 35, 36, die von den

6'j Säulen 34 abgestützt werden, bewirken, daß die gesamte, in den Innenraum 37 eines jeden Filterelementes 30 einströmende Luft aus dem Lufteinlaß 24 radial nach innen durch das Filterpapier strömen muß. Zu diesem

Zweck sind die Seitenwandungen 35 und 36 mit den Elementen 30 durch ein Material 38 verbunden, das aus einer Flüssigkeit besteht, die zu einem verhältnismäßig weichen und biegsamen oder gummiartigen Kunststoff aushärtet und die Säulen 34 bis zu einer ausreichenden Tiefe aufnimmt, wodurch eine gute Abdichtung erreicht wird.

Dieses biegsame Material läßt jedoch eine begrenzte Bewegung der Teile des Filters zu und dämpft die vom Fahrzeugmotor verursachten Erschütterungen. Jedes Filterelement 30 stützt wegen der Steife der Säulen 34 die aus Metall bestehenden ebenen Seitenwandungen 35, 36 ab, so daß für die Filterpatrone kein besonderes Gehäuse vorgesehen zu werden braucht. Es besteht auch keine Gefahr, daß sich die Nahtstellen der Patrone bei den pulsierenden Luftströmungen und den vom Motor verursachten Erschütterungen lösen. Da die Enden der Säulen genügend steif sind, unterstützen sie die Bildung ordnungsgemäßer Abdichtungen und verhindern, daß diese beim Betrieb undicht werden.

Die in Falten gelegten Filterstreifen 31 eines jeden Füterelementes 30 bilden eine Vielzahl von konvergierenden und divergierenden Durchlässen 39, die von der Luft in das Innere 37 eines jeden Elementes 30 durchströmt werden müssen. Diese Durchlässe 39 sind im allgemeinen gleich groß. Würden die Streifen 31 jedoch gekrümmt verlaufen, so wurden die Falten im Inneren der Säule zusammengebündelt werden, so daß die Durchlässe verengt würden. Um eine solche Verengung der Durchlässe so weit wie möglich zu begrenzen und dabei einen unerwünschten Druckabfall zu verhindern, wird die Krümmung oder Biegung auf die konvergierenden Enden 40 der Seite 33 begrenzt, und die gerade verlaufenden Teile oder Seiten 41 des Filterstreifens werden ausgedehnt und zwar dadurch, daß die beiden in Falten geiegten Streifen mit geringem Abstand von einer im wesentlichen parallel angeordnet werden, wobei eine langgestreckte Schleife gebildet wird deren Hauptachse wesentlir.i größer ist als die Nebenachse. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann die Filterfläche bei dem zur Verfügung stehenden Raum die größtmögliche Ausdehnung erhalten. Der Filterstreifen in einer Schleife ist daher wesentlich länger als breit zum Unterschied von einer Anordnung, bei der das Filtermittel in einer einzelnen Säule einen kreisrunden Querschnitt aufweist, oder wenn mehrere Säulen mit je einem kreisrunden Querschnitt vorgesehen werden.

Um in den Durchlässen 39 den gewünschten Abstand aufrechtzuerhalten, wird das Filterpapier vorzugsweise gewellt, siehe F i g. 5. wobei die Wellungen quer zu den Falten verlaufen. Hierdurch wird in den Durchlässen 39 der erforderliche Raum geschaffen.

Die untere Seitenwandung 36 ist mit langgestreckten Luftauslaßöffnungen 42 versehen, die auf die Filterelemente 30 ausgerichtet sind, während die obere Seitenwandung 35 das Ende eines jeden Füterelementes 30 vollständig verschließt. Ein an jeder öffnung 42 vorgesehener Flansch 43 erstreckt sich in jede hohle Säule hinein und verhindert ein Zusammenfallen der hohlen Säulen 34 nach innen, so daß jede Säule das eine Ende der Auslaßöffnung 42 und den Flansch 43 umgibt Die geschlossenen Schleifen der Filterelemente bilden daher eine im wesentlichen ununterbrochen verlaufende Fläche um jeden Auslaß 42 herum. Selbst bei Auftreten von undichten Steilen an den Nahtstellen der Filterpatrone muß die Luft immer noch durch das Filterelement strömen, bevor sie durch einen Auslaß ausströmen kann. Die Filterelemente 30 werden von den aus Blech bestehenden Seitenwandungen und von der Endwandung 45 der Patrone vollständig eingeschlossen und sind daher während des Transportes und beim Einbau geschützt. Die Filterelemente 30 sind in der Patrone 23 parallel und mit Abstand von einander angeordnet und bilden die Durchlässe 46. Die Filterelemente 30 verlaufen in der Längserstreckung vom Lufteinlaßende 24 aus zum rückwärtigen Ende 45 der Patrone, wobei die geraden Seitenteile 41 der Fläche 33 im wesentlichen parallel zur einströmenden Luft verlaufen, während sich die konvergierenden Endteile 40 eines jeden Elementes 30 bis zu den Platten 33a erstrecken.

Die Platten 33a am Einlaßende 24 leiten die Luft in die Durchlässe 46 und schützen das Filter während der Handhabung. Die Platten 33a am rückwärtigen Ende 45 dienen zum Befestigen der Filterplatten.

Die Filterpatrone 23 wird an einer Auslaßkammer 49 angebracht, die die gesamte untere Seitenwandung 36 und damit die Auslaßöffnungen 42 umschließt. Die Kammer 49 ist ihrerseits mit Auslässen 50 versehen, die mit dem Ansaugstutzen des Motors direkt in Verbindung stehen. Die Kammer 49 leitet die gefilterte Luft aus den Luftauslässen 42 zum Ansaugstutzen des Motors mit geringstem Druckabfall.

Im Betrieb tritt die Luft am vorderen Teil des Fahrerhauses ein, durchströmt den Luftansaugstutzen 21 und den Feuchtigkeitsabscheider 22 und den Lufteinlaß der Patrone ZS. Danach wird die Luft in die Durchlässe 46 zwischen den Filterelementen 30 über die Filtermaterialflächen geleitet und strömt radial nach innen durch das die Säulen bildende Filterpapier ip den Innenraum der Filterelemente und danach axial heraus durch die Luftauslässe 42 in die Auslaßkammer 49.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Filterpatrone zum Filtern der Ansaugluft von Brennkraftmotoren, die in einem Filtergehäuse am Motor angebracht werden kann, mit beabstandeten oberen und unteren Seitenwandungen, mit Luftein- und -auslaß und mit mindestens einem hohlen, säulenförmigen Filterelement aus einer geschlossenen Schleife aus in Falten gelegtem Papierfiltermaterial, wobei das Filterelement zwischen der oberen und unteren Seitenwandung in der Filterpatrone angeordnet ist und einen Luftauslaß umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterpatrone mehrere langgestreckte Luftauslässe (42) aufweist und daß jedes der Filterelemente (30) von einer flachen, langgestreckten Schleife (32) mit zwei im wesentlichen parallel und gerade verlaufenden Streifenteilen und konvertierenden Endteilen (40) gebildet wird, wobei die Länge der gerade verlaufenden Streifenteile wesentlich größer ist als die Länge der konvergierenden Endteile, und sich an jedem Ende einer jeden Schleife in der Längserstreckung derselben eine steife Platte (33aJ befindet, die die konvergierenden Enden mit der Patrone abgedichtet verbindet, so daß die Ansaugluft aus vlem Lufteinlaß horizontal durch die Filterelemente strömt, bevor sie durch die Auslaßöffnungen tritt.

2. Filterpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Papierfiltermaterial gewellt ist, wobei die Wellung quer zu den Falten verläuft

3. Filterpatrone nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an ^ idem der langgestreckten Luftauslässe (42) ein Flansch (43; angeordnet ist, der das Filtermaterial (31) an der Innenseite der hohlen Säule abstützt.

4. Filterpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis.3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an jeder der starren Platten (33a^ Klemmflansche (34a,} zum abdichtenden Anklemmen der konvergierenden Enden (40) der Filterelemente an der geschlossenen Schleife befinden.