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Die
Erfindung betrifft ein Filterbauteil, insbesondere für ein Filterelement
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dahingehende
Filterelemente in Form eines Filterzylinders, der aus einer Folge
von nebeneinanderliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Falten
von Filtermaterial, als Strukturlage eines Filterbauteils gebildet
ist, sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen dem Fachmann bekannt,
und auf dem Markt frei erhältlich.
Das gefaltete Filtermaterial, das man in der Fachsprache auch mit
Filtermatte bezeichnet, erstreckt sich innerhalb des Zwischenraumes
zwischen einem vom Filterelement umgebenen, inneren fluiddurchlässigen Stützrohr,
und einer äußeren Mantelfläche derart,
dass die längsverlaufenden, radial
außenliegenden
Faltenrücken
an die äußere Mantelfläche angrenzen,
wobei ein Teil der Falten mit ihren längsverlaufenden, radial innenliegenden
Faltenrücken
an das Stützrohr
angrenzt.
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Filterelemente
der vorstehend genannten Art (vgl. auch WO 00/40319 A1) sind handelsüblich und finden
beispielsweise bei Hydraulikanlagen, in von Hydraulikölen durchströmten Systemzweigen,
verbreitete Anwendung. Die bekannten Filterelemente sind hinsichtlich
ihrer Betriebssicherheit und der Stabilität des für die Filterleistung maßgebenden β-Wertes auch
bei hohen Durchflußleistungen
zufriedenstellend ausgelegt, und etwaig auftretenden Verformungen
der Falten (Beulen) versucht man zu begegnen, in dem man zwischen
Faltenlagen größerer Höhe, Faltenlagen
geringerer Höhe
einbringt (vgl. WO 2004/041407 A1) und/oder im Bereich der Verbindungsstelle
der Filtermattenenden wird eine wirksame Anordnung gegen die möglichen
Verformungen vorgesehen, in dem man die gemeinsame Verbindungsstelle
nach innen in den Filterelementzylinder ragen läßt.
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Ausgehend
von den eingesetzten Filtermateriallagen und deren Filtereigenschaften
wie Differenzdruck-Stabilität,
Beta-Stabilität,
Filterfeinheit in Abhängigkeit
der Reinheitsklasse, Schmutzaufnahmekapazität, Lang-Standzeitverhalten etc. lassen sich
eine Vielzahl an Filtrationsaufgaben in der Hydraulik lösen, und
zwar ausgehend von der Feinstfiltration über die Feinfiltration bis
zur Grobfiltration bei unterschiedlichsten Durchflußleistungen
und unterschiedlichsten Verschmutzungsgraden, sowie Fluidqualitäten; allein
verschiedene Filtereigenschaften oder verschiedene Filterparameter
mit dem einen Filtervlies oder der einen Filtermatte als Filterbauteil
bei einem einzelnen Filterelement abzudecken, ist mit den bekannten
Lösungen
nicht möglich.
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Durch
die
DE 697 19 580
T2 ist ein gattungsgemäßes Filterbauteil,
insbesondere für
ein Filterelement, bekannt mit mindestens einer ersten Strukturlage
mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung
und vorgebbaren Filtereigenschaften, wie der Filterfeinheit, wobei
auf einer der Oberseiten der ersten Strukturlage oder zwischen diesen
mindestens eine weitere vorgebbare Filtereigenschaften aufweisende Strukturlage
vorhanden ist, deren vorgebbare Flächenausdehnung verschieden
ist von der Flächenausdehnung
der ersten Strukturlage, und wobei alle Strukturlagen im Filterelement
ein ge meinsames Abschlußende
aufweisen, von wo aus sie sich mit ihren unterschiedlichen Längen (L,
x) weg erstrecken. Die bekannte Lösung betrifft auch ein Verfahren
zur Herstellung einer dahingehenden Strukturlage. Bei dem bekannten
Filterbauteil wird mittels eines Walzenpressverfahrens aus einer
wässrigen
Suspension die erste Strukturlage hergestellt sowie eine zweite Strukturlage,
die mittels Kalanderwalzen in die Ebene der ersten Strukturlage
unter Herstellen eines Verbundes verpresst ist. Die derart erhaltenen
beiden, fest miteinander verbundenen Strukturlagen lassen sich im
Verbund in vorgebbare Streifenlängen
unterteilen, wobei bei einer Ausführungsform alle eingesetzten
Strukturlagen im Filterelement ein gemeinsames Abschlußende, bezogen
auf eine der beiden Endkappen des Filterelementes aufweisen, von
wo aus sie sich mit ihren unterschiedlichen Längen wegerstrecken. Das bekannte
Herstellverfahren gestaltet sich aufwendig und durch das Ineinanderverpressen
der Strukturlagen können
die Filtereigenschaften negativ beeinflußt werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde
ein Filterbauteil, insbesondere für ein Filterelement, zu schaffen,
das unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösungen dahingehend
weiter optimiert ist, dass es in kostengünstiger Weise realisierbar
ist und dass die übereinanderliegenden
Strukturlagen sich für
eine wirksame Filtration gegenseitig nicht negativ beeinflußen.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 das dem Abschlußende gegenüberliegende freie Ende der
jeweils weiteren Strukturlage durch den Fluiddruck an den jeweils
anderen Strukturlagen gehalten ist, sind die einzelnen Strukturlagen
zu ihrem freien Ende hin lose aneinandergelegt und der dahingehende
Aneinanderhalt oder die Aneinanderanlage wird ausschließlich durch
den Fluiddruck des zu filtrierenden Fluids im Betrieb des Filterelementes
sichergestellt. Da die Strukturlagen mithin nur an einem Ende festzulegen sind,
ist insoweit der Herstellaufwand für den Erhalt des Filterbauteils
reduziert und durch die lose Aneinanderlage können sich die Strukturlagen
von ihren Filtrationseigenschaften her nicht gegenseitig nachteilig
beeinflussen. Sollte aufgrund der hieraus resultierenden Spaltbildung
ein Eindringen von Verschmutzungspartikeln zwischen die Strukturlagen
in Form der Haupt- und Vorfilterlage ungewollt dennoch erfolgen,
ist dies unkritisch, da die Hauptabreinigung über den Hauptfilter als erste
Strukturlage sichergestellt ist.
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Der
Hauptfilter kann dann derart von der Fluiddurchlässigkeit her konzipiert sein,
dass er hohe Fluidmengen durchläßt bei akzeptabler
Schmutzaufnahmekapazität,
die durch eine höhere
Filterfeinheit des Vorfilters verbesserbar ist, mit der Folge, dass bei
einem sogenannten Kaltstart der hydraulischen Anlage, wenn das zu
filtrierende Fluid noch kalt und entsprechend zähflüssig (hochviskos) ist, der
Hauptfilter wenig Durchflußwiderstand
bietet und der Vorfilter mit Teilen des Hauptfilters zusammen die
gewünschte
Schmutzaufnahmekapazität
sicherstellt.
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Die
dahingehende Unterteilung in Haupt- und Vorfilter, die sich aus
einer unterschiedlichen Flächenausdehnung
der einzelnen Strukturlagen ergibt, darf nicht verwechselt werden
mit etwaig bekannten Zweistufenfilterelementen, da die dabei vollflächig übereinanderliegenden
Strukturlagen in Summe dann eben nur eine definierte Filtereigenschaft
ergeben, beispielsweise eine vorgebbare Filterfeinheit bezogen auf
den Gesamtfilter. Hiervon hebt sich konträr das erfindungsgemäße Filterbauteil
ab, dass aufgrund der unterschiedlichen Flächenausdehnung der Strukturlagen
mit vorgebbaren Filtereigenschaften eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten
offen läßt, um unterschiedliche
an einen Filter geforderte Filtereigenschaften miteinander zu kombinieren,
beispielsweise hohe Abscheideraten (β-Werte) bei unterschiedlichsten
Differenzdrücken
des zu filtrierenden Fluids oder die Abfiltrierung bestimmter Fluidanteile
eines zu filtrierenden Fluids, die nur von der Vorfilterlage erfassbar
sind, wobei der Hauptstrom an Fluid anson sten von dem Hauptfilter
filtriert wird. Dergestalt lassen sich in Hydraulickreisläufen bei
Mehrfachumläufen
gute Abreinigungsergebnisse an den speziell abzuscheidenden Partikeln über das
Vorfilter erreichen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Filterbauteiles
können
mehrere Strukturlagen in Nebeneinander- und/oder Übereinanderanordnung
das Gesamtfilter bilden, so dass sich dergestalt eine Vielzahl von
unterschiedlichen Eigenschaften mit nur einem Filterelement erreichen lassen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispieles
nach der Zeichnung das Strukturbauteil näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und
nicht maßstäblicher
Darstellung die
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1 in
teilweise aufgeschnittener Darstellung den oberen Teil eines Filterelementes;
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2 in
perspektivischer Draufsicht das Filterbauteil bestehend aus einem
Hauptfilter und einem darüberliegenden
Vorfilter,
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3 ein
Filterbauteil mit drei Strukturlagen, wobei die dritte Strukturlage
teilweise die zweite Strukturlage überdeckt, sowie die darunterliegende erste
Strukturlage.
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Das
in der 1 teilweise dargestellte Filterelement wie es
zum Stand der Technik zählt,
weist als Filterbauteil eine Filtermatte 10 als erste Strukturla ge
mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung
und vorgebbaren Filtereigenschaften auf. Die dahingehende Filtermatte
kann zylindrisch ausgebildet sein oder wie in der 1 dargestellt
plissiert sein mit einzelnen Filterfalten 12, die in dichter
Packungsfolge sich zwischen einem inneren fluiddurchlässigen Stützrohr 14 erstrecken,
sowie zwischen einem äußeren zylindrischen
Gehäusemantel 16,
der gleichfalls fluiddurchlässig
ist. Der besseren Darstellung wegen sind die einzelnen Filterfalten
teilweise auseinandergezogen dargestellt, und der Einzellagenaufbau
der plissierten Filtermatte 10 ergibt sich aus der dem
Betrachter zugewandten Teildarstellung.
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Bei
dahingehend aufgebauten Filterelementen besteht die Filtermatte 10 üblicherweise
aus einer ersten Lage Stützgewebe 18,
einer zweiten Lage 20 als Schutzvlies, einer dritten Lage 22 als
Hauptvlies; gegebenenfalls einer weiteren nicht näher dargestellten
Lage eines sich anschließenden
Schutzvlieses und jedenfalls einer vierten Lage 24 eines
erneuten innenumfangseitig verlaufenden Stützgewebes 24. Die
genannten Stützgewebe 18, 24 können aus
einem Drahtgewebe, einem Kunststoffgitter oder einem Kunststoffgewebe
bestehen. Die Schutzvlieslagen 20 bestehen regelmäßig aus
einem Kunststoffvlies und die Hauptvlieslage 22 besteht
aus Materialien wie Glasfaserpapier, synthetischem Filtermaterial
(Meltblown-Fasern), sowie Zellulosepapier. Die genannten Lagen können auch
aus sogenannten Composite-Materialien gleicher oder verschiedener
Art aufgebaut sein. Der dahingehende Aufbau ist bei hydraulischen
Filterelementen üblich,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr weiter eingegangen wird.
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Die
Filtermatte 10 als Filterbauteil weist in Abhängigkeit
ihres Lagenaufbaues und der jeweils eingesetzten Filtermaterialien
vorgebbare Filtereigenschaften auf, die sich an der Filtrationsaufgabe orientieren,
wobei grundsätzlich
eine hohe Differenzdruckstabilität
gewünscht
ist, ebenso wie eine hohe Beta-Stabilität über einen weiten Differenzdruckbereich,
vorgebbare Filterfeinheiten für
alle Reinheitsklassen, große
Schmutzaufnahmekapazitäten,
sowie lange Standzeiten bei gegebenenfalls kleiner Baugröße.
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In
Blickrichtung auf die 1 gesehen wird bei der bekannten
Lösung
die Filtermatte 10 von außen nach innen durchströmt, und
stützt
sich dergestalt innenumfangseitig mit ihren dahingehenden Faltenumlenkungen
am Außenumfang
des Kunststoff-Stützrohres 14 mit
seinen ringförmigen
Durchlässen
ab. Die Filtermattenenden sind jeweils in einer Endkappe aufgenommen,
wobei in der 1 nur die obere Endkappe 26 dargestellt
ist, die im übrigen
ein federbelastetes Bypassventil 28 umfasst, das aus Sicherheitsgründen einen
Fluiddurchlaß ermöglicht, auch
wenn die Filtermatte 10 von Verschmutzungen zugesetzt ist.
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Die
Hauptfilterlage 22 mit ihren einzelnen Filterfalten 12 ist
abgewickelt und in einer Ebene liegend dargestellt, sowie in der 2 in
perspektivischer Draufsicht gezeigt. Dergestalt erstreckt sich die Hauptfilterlage 22 als
erste Strukturlage mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung und mit einer
vorgebbaren Länge
(L) in der Art eines Längsstreifens.
In Blickrichtung auf die 2 gesehen, erstreckt sich auf
der Oberseite der ersten Strukturlage 22 eine weitere zweite
Strukturlage 30 in der Art eines Vorfilters mit einer vorgebbaren
Länge (x),
die kleiner ist als die Hauptlänge
(L) des Hauptfilters 22, beispielsweise nur einem Drittel
oder einem Viertel der dahingehenden Hauptlänge (L) entspricht. Ansonsten
ist die weitere zweite Strukturlage 30 als Vorfilter gleichfalls
streifenförmig
ausgebildet und folgt mit ihren Falten 32 der Faltenanordnung
an Falten 12 des Hauptfilters 22 nach. Erstreckt
sich die zweite Strukturlage 30 in Blickrichtung auf die 2 gesehen
am unteren Fußende
der ersten Strukturlage 22, vereinfacht dies die Anbindung
in die gemeinsame Endkappe 26 und das freie Ende der Strukturlage 30 kann
dann auf der Oberseite der ersten Strukturlage 22 einfach
unter Bildung eines Spaltes anliegen, wobei die Stützgewebe 18 und 24,
die die beiden Lagen 22, 33 vorzugsweise beidseitig
umfassen, den Aneinanderhalt sicherstellen und/oder die Aneinanderanlage
wird durch den Fluiddruck des zu filtrierenden Fluids im Betrieb
des Filterelementes sichergestellt. Sollte aufgrund der Spaltbildung
ein Eindringen von Verschmutzungspartikeln zwischen die Haupt- und
Vorfilterlage erfolgen, ist dies unkritisch, da die Hauptabreinigung über den
Hauptfilter 22 als erste Strukturlage sichergestellt ist.
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In
Abhängigkeit
von den gewünschten
Filtereigenschaften kann die Länge
(x) des Vorfilters 30 vorgegeben werden und ferner wäre es auch
denkbar, an verschiedenen Stellen des Hauptfilters 22 eine
dahingehende Vorfilterlage 30 anzuordnen. Ferner kann eine
dahingehende Vorfilterlage 30 sich auch auf der unteren
Oberseite der Hauptfilterlage 22 erstrecken oder sowohl
entlang von beiden Oberseiten der Hauptfilterlage auch mit unterschiedlichen Flächenausdehnungen
und unterschiedlichen Filterfeinheiten, was besonders dann eine
Rolle spielen kann, sofern das Filterelement im Filtrationsbetrieb
in beiden Richtungen beaufschlagt sein sollte. Ist die erste Strukturlage 22 mehrlagig
ausgebildet, könnte eine
Vorfilterlage 30 auch zwischen dahingehenden Filterlagen
(nicht dargestellt) eingesetzt sein. Auch besteht die Möglichkeit
im Sinne der gezeigten Ausführungsform
nach der 1 die Filtermatte 10 als Ganzes
aus den einzelnen Filter- und Stützgewebelagen
aufzubauen, um dann den Vorfilter von außen aufzusetzen.
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Bei
der Ausführungsform
nach der 3 wurde neben der weiteren zweiten
Strukturlage 30 eine dritte Strukturlage 34 streifenförmig auf
den Verbund von erster Strukturlage 22 mit zweiter Strukturlage 30 aufgelegt,
wobei das dritte Strukturteil 34 eine größere flächenförmige Überdeckung
aufweist zu der ersten Strukturlage 22 als zu der zweiten Strukturlage 30.
Auch hieraus ergibt sich die Vielzahl an möglichen Kombinationen verschiedenster
Strukturlagen zur Bildung eines Gesamtfilterbauteiles für ein Filterelement.