Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere ein Luftfilterelement, für ein Luftfiltersystem, insbesondere für ein Kabinenluftfiltersystem oder ein Ansaugluftfiltersystem einer Brennstoffzelle. Ferner betrifft die Erfindung eine Filtervorrichtung mit einem solchen Filterelement.

Als Filterelement oder Filtereinsatz werden im Allgemeinen als Einheit auswechselbar in einem Filtergehäuse anordenbare Einsätze verstanden, die mindestens einen Filtermediumkörper aus einem Filtermedium, häufig in Form eines gefalteten Filterbalgs, und üblicherweise auch eine das Filtermedium tragende oder stützende Struktur und meist eine Dichtung umfassen. Das jeweilige Filtermedium weist üblicherweise eine begrenzte Standzeit auf. Aufgrund dessen müssen Filterelemente regelmäßig als Einheit ausgetauscht werden.

Die in eine Fahrzeugkabine strömende Luft wird heutzutage möglichst vollständig von Verunreinigungen befreit. Mögliche auftretende Verunreinigungen sind beispielsweise Feinstaub, Pollen, Ruß oder Aerosole. Insbesondere bei Anwendungen, bei welchen hohe Konzentrationen an Pflanzenschutzmitteln oder Flüssigdüngemitteln in der Umgebungsluft bei Verwendung von Sprühgeräten für diese Stoffe auftreten, ist das Filtern derartiger Verunreinigungen wichtig. Es stehen hierfür verschiedene Filtermittel zur Verfügung. Regelmäßig werden beispielsweise Partikelfilter, Aktivkohlefilter und HEPA- Filter eingesetzt. Diese werden in verschiedenen Lagen und verschiedenen Anordnungen kombiniert, um die gewünschte Filterwirkung für die Innenraumluft zu erzielen.

Da in der Praxis Kombinationen von verschiedensten abzuscheidenden Schadstoffen auftreten, hat sich der Ansatz von mehrstufigen Filtersystemen bzw. -elementen etabliert.

Stand der Technik

Aus EP 3 520 878 A1 ist ein Filtermodul zum Filtern von Innenraumluft mit drei Filterlagen bekannt, wobei die Filterlagen in einem gemeinsamen Rahmen angeordnet sind, welcher aus extrudierten Profilleisten zusammengesetzt ist. Eine der Filterlagen umfasst einen als Wabenkörper ausgebildeten Adsorptionsfilter, während die zwei anderen Filterlagen Partikelfilter umfassen. Die Partikelfilterlagen umfassen getrennte Filterbälge, die seriell durchströmbar sind, wobei einer der Filterbälge ein HEPA-Filtermedium umfasst. Die Profilleisten des Rahmens halten nach innen die mehreren Filterlagen, nach außen wird das Filtermodul über den Rahmen dichtend in einem Gehäuse befestigt. Das Filtermodul umfasst ferner einen an den Profilleisten ausgebildeten umlaufenden Dichtflansch, der im Bereich der zwei Partikelfilterelemente nach radial außen ragt. Nach innen einragend weisen die Profilleisten ferner zwei um laufende Bundabschnitte auf, an denen sich jeweils zwei der Filterlagen abstützen. Diese Bauweise in Kombination mit der Ausführung der Partikelfilterlagen als getrennte Filterbälge erfordert einen vergleichsweise großen Bauraum in Axialrichtung.

Nachteilig hieran ist der vergleichsweise komplexe Aufbau und der damit verbundene hohe Matenaleinsatz und die damit zusammenhängenden Kosten zur Fertigung. Ferner ergibt sich aufgrund des eingesetzten Materialmix ein Entsorgungsproblem, da eine rein thermische Verwertung ausscheidet.

Darüber hinaus ist aus WO 2015/092681 A1ein Filterelement mit zwei seriell durch- strömbaren Filterbälgen bekannt, die beide ein Filtermedium auf Zellulosebasis umfassen. Die zwei Filterbälge grenzen in einem Stoßbereich aneinander und werden durch einen Abstandshalter auf einem vorbestimmten Abstand in Durchströmungsrichtung gehalten. Die beiden Filterbälge weisen die gleichen Abmessungen quer zur Durchströmungsrichtung auf und sind durch eine gemeinsame umlaufende Dichtung aus einem PUR-Material verbunden, die im Stoßbereich mit dein Seitenflächen beider Filterbälge verbunden ist. Nachteilig hieran ist, dass die Verbindung beider Filterbälge nicht hinreichend belastbar ist, was insbesondere bei im Betrieb auftretenden Vibrationen ein Problem darstellt.

Es ist daher wünschenswert, ein Filterelement zu schaffen, das mehrere Filterstufen integriert und hierbei mechanisch belastbarer ist als bekannte mehrstufige Filterelemente. Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Filterelement zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßes Filterelement ist insbesondere ein Luftfilterelement für ein Luftfiltersystem, insbesondere für ein Kabinenluftfiltersystem oder ein Ansaugluftfiltersystem einer Brennstoffzelle. Das Filterelement umfasst zwei Filterbälge, die in Richtung einer vorbestimmten Durchströmungsrichtung derart benachbart zueinander angeordnet sind, dass diese seriell durchströmbar sind. Die Filterbälge weisen jeweils eine Anström- und Abströmfläche sowie zumindest vier Seitenflächen auf. Die Filterbälge grenzen in einem Schnittstellenbereich zwischen der Abströmfläche eines ersten Filterbalgs und der An- strömfläche eines zweiten Filterbalgs aneinander. In dem Schnittstellenbereich liegt eine umlaufende Dichtung vor, die die beiden Filterbälgen unmittelbar stoffschlüssig miteinander verbindet. Einer der Filterbälge weist in zumindest einer Richtung quer zur Durchströmungsrichtung eine kleinere Erstreckung auf als der andere Filterbalg, wobei die Filterbälge in der zumindest einen Richtung quer zur Durchströmungsrichtung relativ zueinander derart angeordnet sind, dass entlang zumindest einer Kante des größeren Filterbalgs im Schnittstellenbereich ein Freiraum an der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs vorliegt, der nicht von dem kleineren Filterbalg überdeckt ist. Die umlaufende Dichtung ist im Bereich des Freiraums unmittelbar stoffschlüssig mit der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs verbunden.

Demnach ist die mechanische Belastbarkeit der Verbindung beider Filterbälge bei dem erfindungsgemäßen Filterelement deutlich verbessert. Dies wird unter anderem durch vergrößerte Kontaktflächen der stoffschlüssig angeformten um laufenden Dichtung mit den Filterbälgen erreicht. Darüber hinaus verbessert die Anformung der um laufenden Dichtung an die Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs zudem die Steifigkeit des gesamten Filterelements, was dessen Handhabung, insbesondere im Service, verbessert. Mit „Freiraum“ ist ein gedachter Bereich gemeint, der aufgrund der kleineren Abmessungen des einen Filterelements bezüglich des anderen Filterelement im Schnittstellenbereich an der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterelements verbleibt. In diesem gedachten Freiraum ist beim fertigen Filterelement jedoch die umlaufende Dichtung angebracht, sodass der Bereich nicht frei bleibt, sondern als Hilfsmittel zur Beschreibung des strukturellen Aufbaus des Filterelements zu verstehen ist.

Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Filterelement vollständig aus thermisch verwertbaren Materialien bestehen, sodass sich keine Entsorgungsproblematik ergibt und insbesondere eine Demontage einzelner Komponenten des Filterelements im Verwertungskreislauf nicht erforderlich ist.

In Ausführungsformen sind die Filterbälge und/oder das Filterelement selbst jeweils quaderförmig ausgebildet. Quaderförmige Komponenten lassen sich günstig zu dem Filterelement zusammensetzen und erlauben eine effiziente Bauraumnutzung.

Ferner können sich, insbesondere bei quaderförmigen Außenmaßen, auf bestimmte Ebenen durch das Filterelement bezogene Symmetrien ergeben, die eine günstige Massenverteilung des Filterelements erlauben.

Man spricht hierin von einer axialen Richtung und radialen Richtung des Filterelements, wobei unter "axial" in Durchströmungsrichtung, also senkrecht zu einer Anströmfläche oder -Seite des beispielsweise quaderförmigen Filterelements, verstanden wird. Unter "radial" wird insbesondere eine Normalrichtung einer Seitenfläche oder -Wand des Rahmens oder einer seitlichen Fläche des, insbesondere quaderförmigen, Filterelements verstanden.

Der jeweilige Filterbalg kann ein Filtermedium aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um ein Filtergewebe, ein Filtergelege oder ein Filtervlies handelt. Insbesondere kann das Filtermedium in einem Spinnvlies- oder Meltblownverfahren hergestellt sein. Weiter kann das Filtermedium verfilzt oder genadelt sein. Das Filtermedium kann Naturfasern, wie Baumwolle, oder Kunstfasern, beispielsweise aus Polyester, Polyphenylsulfid oder Polytetrafluorethylen, aufweisen. Um den jeweiligen Filterbalg zu bilden, ist das Filtermedium mehrfach gefaltet oder gewellt. Ein Faltenabstand der Filterbälge kann beispielsweise zwischen 3 und 5 mm liegen und eine Faltenhöhe zwischen 20 und 30 mm. Es können in Ausführungsformen von 30 bis 300 Faltungen vorliegen.

Dabei ist das erfindungsgemäße Filterelement als ein austauschbares Bauteil für ein Luftfiltersystem, insbesondere für ein Kabinenluftfiltersystem oder ein Ansaugluftfiltersystem einer Brennstoffzelle geeignet und ist in ein insbesondere fahrzeugfestes Filtergehäuse einbaubar.

In Ausführungen kann die umlaufende Dichtung an der zumindest einen Kante des größeren Filterbalgs zudem unmittelbar stoffschlüssig mit jeweils zumindest einer Seitenfläche beider Filterbälge verbunden sein. Dies verbessert die Belastbarkeit der Verbindung beider Filterelemente weiter und erhöht die resultierende Steifigkeit des Filterelements als Ganzes, insbesondere bezüglich einer axialen Kraftbelastung und/oder Biegung um eine Achse quer zur Durchströmungsrichtung.

In Ausführungen kann die um laufende Dichtung ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein insbesondere geschäumtes Polyurethan oder ein thermoplastisches Elastomer, umfassen oder daraus bestehen. Vorgenannte Materialien lassen sich hervorragend in einem flüssigen oder pastösen Ausgangszustand bereitstellen und unter Zuhilfenahme einer Gießschale in erfindungsgemäßer Weise unmittelbar stoffschlüssig an beide Filterbälge anformen. In der Gießschale härtet das in flüssigem oder pastösem Ausgangszustand bereitgestellte Dichtungsgrundmatenal aus und bildet hiernach den endgültigen Werkstoff der um laufenden Dichtung aus.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die umlaufende Dichtung im Querschnitt zumindest drei Schenkel aufweisen, nämlich

- einen Querschenkel, der mit der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs verbunden ist und

- einen ersten Längsschenkel, der mit der Seitenfläche des kleineren Filterbalgs verbunden ist und

- einen zweiten Längsschenkel, der mit der Seitenfläche des größeren Filterbalgs verbunden ist. Vorteilhaft lassen sich alle drei Schenkel der umlaufenden Dichtung in einem gemeinsamen Verfahrensschritt in einem einzigen Werkzeug (Gießschale) erzeugen. Vorgenannte Schenkel - Querschenkel, erster Längsschenkel und zweiter Längsschenkel - können mit anderen Worten auch als Verbindungsschenkel der umlaufenden Dichtung bezeichnet werden, da diese in erster Linie der Verbindung beider Filterbälge dienen.

Darüber hinaus kann die umlaufende Dichtung einen radial auskragenden umlaufenden Dichtbereich aufweisen, der dazu ausgebildet ist, an einer Gehäusedichtfläche eines Filtergehäuses dichtend anzuliegen. Der Dichtbereich kann - angepasst an die technischen Randbedingungen des Filtergehäuses - verschiedene, dem Fachmann geeignet erscheinende Querschnitte aufweisen. So kann der Dichtbereich beispielsweise zur radial oder axial wirksamen Abdichtung ausgebildet sein und alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere Dichtlippen oder Dichtnuten aufweisen. Vorteilhaft ist der Dichtbereich zusammen mit den Verbindungsschenkeln der umlaufenden Dichtung ebenfalls in einem gemeinsamen Verfahrensschritt durch Gießen erzeugbar.

In Ausführungen können die Filterbälge jeweils genau vier Seitenflächen aufweisen, insbesondere bei einer quaderförmigen Gestalt. Es sind aber auch andere Grundformen der Filterbälge möglich, insbesondere bestimmte Polygone, insbesondere mit mehr als fünf Ecken.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der kleinere Filterbalg in zumindest einer weiteren Richtung quer zur Durchströmungsrichtung eine kleinere Erstreckung aufweisen als der andere Filterbalg, wobei die Filterbälge in der zumindest einen weiteren Richtung quer zur Durchströmungsrichtung relativ zueinander derart angeordnet sind, dass entlang zumindest einer weiteren Kante des größeren Filterbalgs im Schnittstellenbereich ein Freiraum an der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs vorliegt, der nicht von dem kleineren Filterbalg überdeckt ist, wobei die umlaufende Dichtung im Bereich des Freiraums unmittelbar stoffschlüssig mit der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs verbunden ist.

Es ist in Ausführungen möglich, dass an der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs jeweils ein Freiraum an zumindest einem Paar von gegenüberliegenden Kanten verbleibt. Mit anderen Worten kann der kleinere Filterbalg hierbei in zwei verschiedenen quer zur Durchströmungsrichtung verlaufenden Richtungen jeweils um ei- nen vorbestimmten Betrag von dem Paar von gegenüberliegenden Kanten des größeren Filterbalgs versetzt angeordnet sein. Die Verbindung der um laufenden Dichtung mit der Anström- oder Abströmfläche des größeren Filterbalgs im Bereich des Freiraums kann hierbei vollumfänglich umlaufend ausgebildet sein.

Ferner kann zumindest einer der Filterbälge zumindest ein Partikelfiltermedium aufweisen, insbesondere umfassend ein synthetisches Vliesmaterial und/oder ein zellulosebasiertes Filtermedium, wobei insbesondere das Partikelfiltermedium Filtrationsklasse H13 oder H14 nach DIN EN 1822-1 erfüllt. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der Filterbälge zumindest ein Gasfiltermedium aufweisen, insbesondere umfassend zumindest ein Adsorbens, insbesondere eine Aktivkohle, einen Zeolith und/oder einen lonentauscher. Das Gasfiltermedium kann auch eine eigene Partikelfilterlage umfassen, insbesondere umfassend ein insbesondere synthetisches Vliesmaterial. Alternativ kann das Gasfiltermedium auch nur eine Stützlage aufweisen, die das in Granulat- oder Partikelform bereitgestellte Adsorbens immobilisiert, wobei die Stützlage ein Vliesmaterial mit einer gegenüber dem Partikelfiltermedium vergleichsweise deutlich größeren Porengröße haben kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der kleinere Filterbalg das Gasfiltermedium aufweisen. Einerseits ist hiermit der Vorteil verbunden, dass im Filterbalg mit Partikelfiltermedium eine größere Filterfläche bereitgestellt werden kann, was insbesondere bei hochabscheidenden Partikelfiltermedium aus dem HEPA-Bereich vorteilhaft ist. Andererseits besteht ein weiterer Vorteil darin, dass aufgrund der vollständigen Umschließung einer zu dem größeren Filterbalg weisenden Kante des kleineren Filterbalgs durch die um laufenden Dichtung ein Austrag von Adsorbens, insbesondere Aktivkohlepartikeln, nach außen effektiv unterbunden werden kann. Sollten sich im Betrieb Adsorbenspartikel aus dem Gasfiltermedium lösen, gelangen diese nicht in die Umgebung, sondern werden im Schnittstellenbereich gewissermaßen gefangen.

Insbesondere kann der Filterbalg, der das Partikelfiltermedium aufweist stromaufwärts des Filterbalgs angeordnet sein, der das Gasfiltermedium aufweist. So kann ein durch das erfindungsgemäße Filterelement hindurch tretender Luftstrom zunächst den Filterbalg umfassend das Partikelfiltermedium durchströmen und danach den Filterbalg, der das Gasfiltermedium aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das Gasfiltermedium mit von Partikeln befreiter Luft durchströmt werden kann, was die Adsorptionsleistung des Gasfiltermediums, insbesondere über die Zeit gesehen, verbessert, da Poren des Adsorbens des Gasfiltermediums nicht mit Partikeln „verstopft“ werden.

Ausdrücklich unabhängig von Vorstehendem kann vorgesehen sein, dass der kleinere Filterbalg stromaufwärts angeordnet ist und der größere Filterbalg stromabwärts.

Weiterhin kann das Partikelfiltermedium und/oder Gasfiltermedium eine antimikrobielle und/oder antiallergene Wirkung aufweisen. Als antimikrobieller Stoff kommt beispielsweise Zink-Pyrithion oder Nanosilber, als antiallergener Stoff beispielsweise Polyphenol in Betracht.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der kleinere Filterbalg ein zumindest teilweise umlaufendes Rahmenelement aufweist, insbesondere umfassend zumindest ein auf Faltenstirnkanten des Filterbalgs angebrachtes Seitenband und/oder zumindest ein an einer Endfalte des Filterbalgs angebrachtes Kopfband. Das Seiten- und/oder Kopfband kann ein synthetisches Vliesmaterial aufweisen oder daraus bestehen. Das Seitenband ist insbesondere mit den Faltprofilen dichtend verklebt, und das Kopfband bilden ebenfalls einen dichten Abschluss zum gefalteten Filtermedium.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann die umlaufende Dichtung unmittelbar stoffschlüssig mit dem zumindest teilweise um laufenden Rahmenelement des kleineren Filterbalgs verbunden sein. Dies verbessert die mechanische Belastbarkeit der Verbindung beider Filterbälge noch weiter und hat zudem einen vorteilhaften Einfluss auf die Steifigkeit des Filterelements in Gänze. Ferner kann in Ausführungen, in denen der kleinere Filterbalg das Gasfiltermedium aufweist durch die „Einfassung“ des kleineren Filterbalgs durch das Rahmenelement eine verringerte Austragsneigung für im Gasfiltermedium vorliegende Adsorbenspartikel erreicht werden.

Bei der unmittelbar stoffschlüssigen Verbindung der um laufenden Dichtung kann es sich unabhängig von der Ausführungsform um eine Anschäumung handeln, was insbesondere unter Verwendung eines Polyurethan als Ausgangsmaterial ein großindustriell etablierter Vorgang ist. Alternativ oder zusätzlich kann der größere Filterbalg abgedichtete Faltenstirnkanten aufweisen, insbesondere in Form einer fluiddichten Verklebung von Faltenzwischenräumen und/oder zumindest eines auf den Faltenstirnkanten angebrachten Rahmenelements. Durch die abgedichteten Stirnkanten wird ein Bypass des Filtermediums des größeren Filterbalgs unterbunden.

Ferner kann in dem Schnittstellenbereich ein Abstandshalterelement vorliegen, das in Durchströmungsrichtung einen Abstand der beiden Filterbälge zueinander vorgibt. Das Abstandshalterelement kann sich insbesondere mit zumindest einer Komponente quer zu einer Faltenlängserstreckung zumindest eines der Filterbälge erstrecken, um eine optimale Abstützung an möglichst vielen Kontaktpunkten zu ermöglichen. Ein Abstand zwischen den beiden Filterbälgen ist grundsätzlich vorteilhaft um eine gleichmäßige Durchströmung beider Filterbälge zu erreichen. Das Abstandshalterelement dient jedoch nicht nur der Abstützung beider Filterelemente gegeneinander, sondern erfüllt auch eine Stabilisierungsfunktion für das Filterelement in Gänze.

Das Abstandshalterelement kann eine auf eine Mehrzahl an Faltenspitzen zumindest eines der Filterbälge aufgetragene Klebstoffspur, zumindest einen mit den Faltenspitzen verklebten Faden und/oder ein im Schnittstellenbereich angeordnetes Gitter umfassen. Das Gitter kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen und insbesondere als Spritzgussteil bereitgestellt werden; dadurch kann eine besonders gute Versteifungswirkung des Abstandshalterelements erreicht werden.

In Ausführungsformen kann das Gitter einen zumindest teilweise um laufenden Bundabschnitt aufweisen, der radial über den größeren Filterbalg auskragt. Bevorzugt verläuft der Bundabschnitt des Gitters jedoch vollumfänglich. Der Bundabschnitt des Gitters kann insbesondere in ein Material der umlaufende Dichtung eigebettet sein, bevorzugt mit einem Material der umlaufenden Dichtung umschäumt sein. Der Bundabschnitt des Gitters kann insbesondere vollständig von dem Material der um laufenden Dichtung umgeben sein.

Der Bundabschnitt des Gitters kann sich insbesondere zumindest teilweise in der Ebene erstrecken, in der der Schnittstellenbereich liegt. In Ausführungen kann der Bundabschnitt des Gitters aber auch zumindest abschnittsweise gegenüber der Ebene des Schnittstellenbereichs abgewinkelt sein, insbesondere um einen Dichtbereich der umlaufenden Dichtung intern zu versteifen. In Ausführungen kann der Bundabschnitt des Gitters in einer zu dem größeren Filterbalg weisenden Richtung abgewinkelt sein.

Der Bundabschnitt ist insbesondere matenaleinstückig mit dem Material des Gitters und kann in einem gemeinsamen Prozessschritt mit dem Gitter hergestellt werden.

Zusätzlich kann sich zumindest ein Abschnitt des Gitters radial gesehen über den Bundabschnitt hinaus erstrecken und jenseits der umlaufenden Dichtung einen zumindest teilweise um laufenden Überstandsrand bilden. Bevorzugt verläuft der Überstandsrand jedoch vollumfänglich. Der Überstandsrand ist insbesondere matenaleinstückig mit dem Material des Gitters und/oder des Bundabschnitts und kann in einem gemeinsamen Prozessschritt mit dem Gitter und/oder dem Bundabschnitt hergestellt werden.

Der Bundabschnitt und/oder der Überstandsrand bestehen vorzugsweise aus einem steiferen Material als die umlaufende Dichtung, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem spritzgießbaren Kunststoffmaterial.

Der Überstandsrand versteift das Filterelement einerseits zusätzlich; andererseits kann an diesen zumindest eine Befestigungsvorrichtung angeformt sein, über die das Filterelement in einem Filtergehäuse gehalten werden kann. Bei der Befestigungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Lasche handeln, die zumindest eine Befestigungselement umfasst, beispielsweise eine Durchschrauböffnung oder ein Schnappelement.

Die Filterbälge können unterschiedliche Faltenabstände aufweisen, wobei ein Faltenabstand des kleineren Filterbalgs größer sein kann als ein Faltenabstand des größeren Filterbalgs. Alternativ ausgedrückt kann ein Faltenabstand im Filterbalg umfassend das Gasfiltermedium größer sein als ein Faltenabstand im Filterbalg umfassend das Partikelfiltermedium.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere eines Kabinenluftfiltersystems oder ein Ansaugluftfiltersystems einer Brennstoffzelle. Die Filtervorrichtung umfasst ein Filtergehäuse mit zwei Gehäuseteilen, von denen zumindest eines einen Filterelementaufnahmeraum aufweist, in dem ein erfindungsgemäßes Filterelement angeordnet ist. Das Filtergehäuse weist zumindest eine umlaufende Gehäusedichtfläche auf, an der eine umlaufende Dichtung des Filterelements dichtend anliegt.

In Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die um laufende Dichtung zwischen den zwei Gehäuseteilen axial verpresst ist, wenn das Filterelement bestimmungsgemäß in dem Filtergehäuse angeordnet ist.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 2 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 3 Schnitt A-A gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Filterelements mit Ausbruch;

Fig. 5 Detail Z gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Filterelement 10 in einer isometrischen Ansicht. Das Filterelement 10 umfasst zwei Filterbälge 1 ,2 mit jeweils einem in Falten 15,25 gelegten Filtermedium, wobei die Filterbälge 1 ,2 in Richtung einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung D benachbart zueinander angeordnet sind, sodass diese seriell durchströmt werden können. Die Filterbälge 1 ,2 haben jeweils eine Anström- 11 ,21 und Abströmfläche 12,22 (siehe Fig. 3) sowie vier Seitenflächen 13,14,23,24. Das gefaltete Filtermedium der Filterbälge 1 ,2 weist an den Längsenden der Falten 15,25 jeweils Fal- tenstirnkanten 15‘,25‘ auf (siehe Fig. 4). Der erste Filterbalg 1 ist stromaufwärts des zweiten Filterbalgs 2 angeordnet. Der erste Filterbalg 1 umfasst insbesondere ein Filtermedium zur Gasfiltration, insbesondere mit einer Aktivkohle als Adsorbens; der zweite Filterbalg 2 umfasst insbesondere ausschließlich ein Partikelfiltermedium.

Das gefaltete Filtermedium des ersten Filterbalgs 1 ist jeweils an seinen Faltenstirnkan- ten 15' (siehe Fig. 4) mit einem Seitenband 131 versehen und an seinen Endfalten jeweils mit einem Kopfband 141. Die Seitenbänder 131 und Kopfbänder 141 stellen ein umlaufendes Rahmenelement dar, welches das gefaltete Filtermedium 15 des ersten Filterbalgs 1 einfasst.

Die Grundform sowohl des Filterelements 10 als Ganzes als auch der Filterbälge 1 ,2 ist quaderförmig, wobei eine ausgeprägte lange Seite sowie eine ausgeprägte kurze Seite vorhanden ist.

Das Filterelement 10 umfasst ferner eine umlaufende Dichtung 3, die beide Filterbälge 1 ,2 verbindet und unmittelbar stoffschlüssig an diese angeformt, insbesondere angeschäumt, ist.

Der zweite Filterbalg 2 weist abgedichtete Faltenstirnkanten 25' auf, die in Form einer fluiddichten Verklebung von Faltenzwischenräumen 251 realisiert ist (siehe Fig. 4). Alternativ kann auch ein auf die Faltenstirnkanten 25' des Filtermediums des zweiten Filterbalgs 2 aufgebrachtes Rahmenelement zur Faltenstirnkantenabdichtung vorgesehen sein.

Der erste Filterbalg 1 ist kleiner als der zweite Filterbalg 2, wobei sich „kleiner“ auf dessen Abmessungen quer zur Durchströmungsrichtung D bezieht.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Filterelement 10 in einer Draufsicht, wobei der erste Filterbalg 1 oben liegt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt in der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittebene A-A, welche parallel zu den kurzen Seiten 14,24 des Filterelements 10 verläuft. In Fig. 3 ist der innere Aufbau des Filterelements 10 zu erkennen, insbesondere die Verbindung der beiden Filterbälge 1 ,2 durch die umlaufende Dichtung 3. Die Filterbälge 1 ,2 grenzen in einem Schnittstellenbereich S zwischen der Abströmfläche 12 des ersten Filterbalgs 1 und der Anströmfläche 21 des zweiten Filterbalgs 2 aneinander. Die Filterbälge 1 ,2 werden durch ein Abstandshalterelement 26 in Durchströmungsrichtung D auf einem vorbestimmten Abstand zueinander gehalten. Das Abstandshalterelement 26 erstreckt sich quer zur Faltenlängserstreckung zumindest eines der Filterbälge 1 ,2. Bei dem Abstandshalterelement 26 handelt es sich insbesondere um eine auf eine Mehrzahl an Faltenspitzen 27 des zweiten Filterbalgs 2 aufgetragene Klebstoffspur oder einen mit den Faltenspitzen 27 verklebten Faden.

Da der erste Filterbalg 1 kleiner ist als der zweite Filterbalg 2 verbleibt an gegenüberliegenden Kanten des größeren Filterbalgs 2 ein Freiraum F an dessen Anströmfläche 21 im Schnittstellenbereich S, der nicht von dem ersten Filterbalg 1 überdeckt wird. Der kleinere erste Filterbalg 1 ist derart versetzt angeordnet, dass an den gegenüberliegenden Kanten des größeren zweiten Filterbalgs 2 ein Freiraum F vorliegt, wobei insbesondere die jeweiligen Freiräume F an den gegenüberliegenden Kanten des größeren zweiten Filterbalgs 2 die gleichen Abmessungen haben.

Im Bereich des Freiraums F ist die umlaufende Dichtung 3 unmittelbar stoffschlüssig mit der Anströmfläche 21 des größeren Filterbalgs 2 verbunden. Ferner ist die umlaufende Dichtung 3 unmittelbar stoffschlüssig mit den Seitenflächen 13,14 (siehe Fig. 4) des ersten, kleineren Filterbalgs 1 sowie mit den Seitenflächen 23,24 (siehe Fig. 4) des zweiten, größeren Filterbalgs 2 verbunden.

Über die umlaufende Dichtung 3 werden die beiden Filterbälge 1 ,2 daher miteinander verbunden.

Da die Verbindung sowohl über die jeweiligen Seitenflächen 13,14,23,24 der beiden Filterbälge 1 ,2 als auch über die Anströmfläche 21 des zweiten Filterbalgs 2 erfolgt, ist die Kontaktfläche der umlaufenden Dichtung 3 mit den Filterbälgen 1 ,2 maximiert, was zu einer mechanisch sehr belastbaren Verbindung beiträgt. Die Verbindung über die jeweiligen Seitenflächen 13,14,23,24 der beiden Filterbälge 1 ,2 als auch über die An- strömfläche 21 des zweiten Filterbalgs 2 ist bevorzugt vollständig umlaufend.

In einem radial auskragenden Bereich der umlaufenden Dichtung 3 liegt ein Dichtbereich 31 vor, der in einem Montagezustand des Filterelements 10 an zumindest einer gehäuseseitigen Dichtfläche zur Anlage kommt.

In Fig. 4, welche das Filterelement 10 in einer Seitenansicht in einer Projektionsrichtung entlang der kurzen Seitenflächen 14,24 zeigt, ist insbesondere die Verbindung des Ab- standshalterelements 26 mit den Faltenspitzen 27 des zweiten Filterbalgs 2 zu erkennen.

Weiteres wird anhand des in Fig. 5 gezeigten Details Z erläutert.

Die umlaufende Dichtung 3 verfügt demnach über einen ersten Längsschenkel 33, der mit der Seitenfläche 14 des ersten Filterbalgs 1 verbunden ist. Genauer ist der erste Längsschenkel 33 mit einem an der Seitenfläche 14 vorliegenden Kopfband 141 verbunden, das an einer Endfalte des gefalteten Filtermediums des ersten Filterbalgs 1 vorliegt. Ferner verfügt um laufende Dichtung 3 über einen zweiten Längsschenkel 34, der mit der Seitenfläche 24 es zweiten Filterbalgs 2 verbunden ist. Genauer ist der zweite Längsschenkel 34 mit einer Endfalte des Filtermediums des zweiten Filterbalgs 2 verbunden. Schließlich verfügt die umlaufende Dichtung 3 noch über einen Querschenkel 32, der mit der Anströmfläche 21 des zweiten Filterbalgs 2 verbunden ist. Weiter ist der Querschenkel 32 vorteilhaft mit einer Stoßfläche des Kopfbands 141 des ersten Filterbalgs 1 verbunden. Analog kann der Querschenkel 32 auch vorteilhaft mit einer Stoßfläche des Seitenbands 131 des ersten Filterbalgs 1 verbunden sein, was in Fig. 3 gezeigt ist. Unter einer „Stoßfläche“ wird eine axial gerichtete Deckfläche verstanden.

Aufgrund der vorstehend erläuterten Verbindung der um laufenden Dichtung 3 mit unterschiedlichen Kontaktflächen der beiden Filterbälge 1 ,2 und die sich durch die Längsschenkel 33,34 und Querschenkel 32 der umlaufenden Dichtung 3 ergebende T-Form im Verbindungsbereich der beiden Filterbälge 1 ,2 ist die Steifigkeit des gesamten Filterelements 10 vorteilhaft deutlich erhöht. Der Steifigkeit weiter zuträglich, insbesondere bezüglich einer Biegung um eine Achse quer zur Durchströmungsrichtung D, ist die Anordnung des Abstandshalterelements 26 im Schnittstellenbereich S.

Fig. 6 zeigt schließlich einen Einbauzustand des erfindungsgemäßen Filterelements 10 in einem Filtergehäuse 4 eines Luftfiltersystems 100, insbesondere eines Kabinenluftfiltersystems oder eines Ansaugluftfiltersystems einer Brennstoffzelle. Das Filtergehäuse 4 umfasst zwei Gehäuseteile 41 ,42, die zusammen einen Filterelementaufnahmeraum definieren. Bei dem unteren Gehäuseteil 41 kann es sich um eine Gehäusewanne handeln und bei dem oberen Gehäuseteil 42 um einen Gehäusedeckel.

Sowohl das erste Gehäuseteil 41 als auch das zweite Gehäuseteil 42 stellen jeweils umlaufende Dichtflächen 411 ,421 bereit, an denen der Dichtbereich 31 der umlaufenden Dichtung 3 des Filterelements 1 dichtend anliegt. Der Dichtbereich 31 der umlau- fenden Dichtung 3 wird hierbei axial über jeweilige zu der Dichtfläche 411 des ersten Gehäuseteils 41 sowie der Dichtfläche 421 des ersten Gehäuseteils 42 weisende axiale Kontaktflächen dichtend zwischen den Gehäuseteilen 41 ,42 verspannt. Um die Kraftübertragung auf den Dichtbereich 3 der um laufenden Dichtung 3 zu verbessern, weist zumindest eines der Gehäuseteile 41 ,42 eine umlaufende Rippe auf, die auf die jeweilige axial gerichtete Kontaktfläche des Dichtbereichs 31 drückt.

In Fig. 7 ist ein erfindungsgemäßes Filterelement 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Längsschnittansicht dargestellt. Im Wesentlichen entspricht das Filterelement 10 dem in den Fig. 1 bis Fig. 5 gezeigten Filterelement 10, sodass die in Bezug auf dieses Filterelement 10 sowie auf die Filtervorrichtung 100 der Fig. 6 beschriebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie deren spezifischen technischen Vorteile übertragbar sind. Es wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen.

Das Abstandshalterelement 26 umfasst ein Gitter 26“, welches im Schnittstellenbereich S zwischen den beiden Filterbälgen 1 ,2 vorliegt. Das Gitter 26' ist fluiddurchlässig und weist insbesondere eine Vielzahl an Gitteröffnungen auf, zwischen denen sich Gitterstege erstrecken, die an jeweiligen zu dem Schnittstellenbereiche S weisenden Faltenspitzen der Filterbälge 1 ,2 anliegen, um die Filterbälge 1 ,2 vorbestimmt zu beab- standen. Das Gitter 26“ hat einen umlaufenden Bundabschnitt 261 , der radial über den größeren Filterbalg 2 auskragt. Der Bundabschnitt 261 des Gitters 26“ ist in das Material der umlaufenden Dichtung 3 eigebettet, insbesondere mit dem Material der umlaufenden Dichtung 3 umschäumt. Der Bundabschnitt 261 des Gitters 26“ ist insbesondere vollständig, d.h. zu allen Seiten, von dem Material der umlaufenden Dichtung 3 umgeben.

Der Bundabschnitt 261 des Gitters 26“ erstreckt sich mit einem ersten Abschnitt in der Ebene, in der der Schnittstellenbereich S liegt. In einem zweiten Abschnitt ist der Bundabschnitt 261 gegenüber der Ebene des Schnittstellenbereichs S abgewinkelt, um einen Dichtbereich 31 der umlaufenden Dichtung 3 intern zu versteifen. Der Bundabschnitt 261 des Gitters 26“ ist gemäß des Ausführungsbeispiels in einer zu dem größeren Filterbalg 2 weisenden Richtung abgewinkelt. Der abgewinkelte zweite Abschnitt kann eine Biegung, Krümmung oder einen Knick aufweisen. Der Bundabschnitt 261 ist materialeinstückig mit dem Material des Gitters 26“ und wird insbesondere in einem gemeinsamen Prozessschritt zusammen mit dem Gitter 26“ hergestellt.

Bei der Herstellung des Filterelements 10 wird zunächst das Gitter 26“ mit dem daran ausgebildeten Bundabschnitt 261 bereit gestellt und anschließend die beiden Filterbälge 1 ,2 daran angeordnet. In einem Folgeschritt werden die beiden Filterbälge 1 ,2 durch Anschäumen oder Angießen der umlaufenden Dichtung 3 verbunden, wobei auch der Dichtabschnitt 31 ausgebildet wird und der Bundabschnitt 261 von dem Material der umlaufenden Dichtung 3 umgeben wird. Das Anschäumen oder Angießen kann mit Hilfe einer Schäum- bzw. Gießform erfolgen, die eine Negativkontur der um laufenden Dichtung 3 aufweist.

Zusätzlich kann sich zumindest ein Abschnitt des Gitters 26“ radial gesehen über den Bundabschnitt 261 hinaus erstrecken und jenseits der umlaufenden Dichtung 3 einen zumindest teilweise umlaufenden Überstandsrand 262 bilden, was in der Längsschnittansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 8 gezeigt ist. Der Überstandsrand 262 ist vom Material der umlaufenden Dichtung 3 nicht umgeben und liegt insbesondere frei. Insbesondere verläuft der Überstandsrand 262 vollumfänglich entlang der um laufenden Dichtung 3. Der Überstandsrand 262 ist materialeinstückig mit dem Material des Gitters 26“ und des Bundabschnitts 261 und kann in einem gemeinsamen Prozessschritt mit dem Gitter 26“ und dem Bundabschnitt 261 hergestellt werden. Der Überstandsrand 262 ist insbesondere als Kragen ausgebildet und gegenüber einer Ebene des Schnittstellenbereichs S abgewinkelt. Der Überstandsrand 262 ist insbesondere in einer dem abgewinkelten zweiten Abschnitt des Bundabschnitts 261 entgegen gerichteten Richtung abgewinkelt.

Der Überstandsrand 262 versteift das Filterelement 10 einerseits; andererseits kann an den Überstandsrand 262 eine Befestigungsvorrichtung angeformt sein, über die das Filterelement 10 in einem Filtergehäuse gehalten werden kann. Bei der Befestigungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Lasche handeln, die zumindest eine Befestigungselement umfasst, beispielsweise eine Durchschrauböffnung oder ein Schnappelement, was jedoch figurativ nicht gezeigt ist. Verwendete Bezugszeichen

100 Filtervorrichtung

10 Filterelement

1 Erster Filterbalg

11 Anströmseite des ersten Filterbalgs

12 Abströmseite des ersten Filterbalgs

13,14 Seitenflächen des ersten Filterbalgs

131 Seitenband des ersten Filterbalgs

141 Kopfband des ersten Filterbalgs

15 Falten des ersten Filterbalgs

15' Faltenstirnkanten des ersten Filterbalgs

2 Zweiter Filterbalg

21 Anströmseite des zweiten Filterbalgs

22 Abströmseite des zweiten Filterbalgs

23,24 Seitenflächen des zweiten Filterbalgs

25 Falten des zweiten Filterbalgs

25' Faltenstirnkanten des zweiten Filterbalgs

251 Faltenzwischenräume des zweiten Filterbalgs

26 Abstandshalterelement

26' Klebstoffspur

26' Gitter

261 Bundabschnitt des Gitters

262 Überstandsrand des Bunds des Gitters

27 Faltenspitzen des zweiten Filterbalgs

3 um laufende Dichtung

31 Dichtbereich

32 Querschenkel

33 Erster Längsschenkel

34 Zweiter Längsschenkel

D Durchströmungsrichtung

F Freiraum

S Schnittstellenbereich

4 Filtergehäuse

41 Erstes Gehäuseteil

411 um laufende Dichtfläche des ersten Gehäuseteils

42 Zweites Gehäuseteil

421 umlaufende Dichtfläche des zweiten Gehäuseteils