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Die Erfindung betrifft ein Kunststoffgitter, insbesondere zur Verwendung als Stützstruktur für ein Filtermedium, gebildet aus einer Bahn mit vorgebbaren Bahnlängen in Längs- und Querrichtung und mit mindestens zwei Gruppen an Linienelementen, die zwischen sich Durchlaßöffnungen begrenzen, wobei eine der Gruppen schräg mit einem vorgebbaren Winkel zur Längs- und Querrichtung der Bahn verläuft, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoffgitters.
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Filtermaterialien zur Herstellung von austauschbaren Filterelementen in hydraulischen Anlagen sind in mannigfacher Ausgestaltung bekannt und bestehen beispielsweise aus einem Filtervlies, vorzugsweise mehrlagig, mit einer Stützstruktur auf einer oder beiden Seiten (Anström- oder Abströmseite). Solche Filterelemente werden von einer zu filtrierenden Hydraulikflüssigkeit durchströmt, wobei sich von der Rohseite zu der Reinseite eine zum Teil beträchtliche Druckdifferenz ergibt. Um dieser Druckdifferenz und auch dynamischen Strömungskräften in dem Unfiltrat standhalten zu können, weisen die Filtermaterialien, aus denen entsprechende Filterelemente gefertigt sind, sog. Stützstrukturen auf. Solche Stützstrukturen unterliegen einer starken Druckwechselbelastung im Betrieb eines Filterelements und sind meistens aus Metallgeweben, insbesondere Geweben aus Edelstahldrähten, gebildet.
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Aus
EP 1 436 062 B1 ist ein Filterelement für. Flüssigkeiten, insbesondere für Hydraulikflüssigkeiten, mit einem Filtermaterial umfassend ein Filtermedium mit einer das Filtermedium in Bezug auf die Durchströmrichtung des Filterelements zumindest reinseitig abstützenden gitterförmigen Stützstruktur bekannt geworden. Die Stützstruktur ist aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und als Stützgewebe aus Kunststofffäden ausgebildet. Das Filtermedium und das flächig an diesem anliegende Stützgewebe bzw. die Stützstruktur sind sternförmig bzw. plisseeartig aufgefaltet.
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Aus
DE 200 12 839 U1 ist ein Filtermaterial für Fluide bekannt geworden, welches als ein textiler Verbundwerkstoff ausgebildet ist. Der Verbundwerkstoff besteht teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, wenigstens einer durch quer zueinander angeordnete Fäden gebildeten Stützlage und wenigstens einer durch ein aufgenadeltes Faservlies gebildeten Faserauflage. Die Stützlage bzw. Stützstruktur ist als Gewebe oder Gelege ausgebildet, wobei ein Teil der Fäden des Gewebes aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall, gebildet ist. Die übrigen Fäden sind aus einem Kunststoffmaterial gebildet, ebenso wie das das Filtermedium bildende Faservlies selbst. Aufgrund der Art der Verbindung von Stützstruktur und Faservlies neigt das bekannte Filtermaterial zum Delaminieren.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die an- und/oder abstromseitig an einem Filterelement anliegende Stützstruktur hinsichtlich ihrer Stütz- und Fluiddurchlässigkeitseigenschaften zu verbessern sowie ein derartiges Kunststoffgitter in einfacher Weise herzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kunststoffgitter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit und mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgitters gemäß Patentanspruch 8.
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Dadurch, dass die Linienelemente mindestens einer weiteren Gruppe zu der Längs- oder Querrichtung der Bahn mit vorgebbarem Linienabstand zueinander parallel verlaufend angeordnet sind, wird die Geometrie des abstützenden Kunststoffgitters und folglich seine Stütz- und Filtrationseigenschaften verbessert. Die Linienelemente der mindestens einen weiteren Gruppe sind stets im Wesentlichen senkrecht zum Faltenberg bzw. Faltental eines mit dem Kunststoffgitter versehenen Filterelement ausgerichtet. Durch diese Anordnung erhält man einen verbesserten Kanal für ein durchströmendes Fluid, wie eine Hydraulikflüssigkeit. Die Linienelemente bilden erfindungsgemäß Parallelogramme, deren eine Seite parallel zur Längs- oder Querrichtung angeordnet ist. Durch die „gekippte” Parallelogrammstruktur werden Widerstände für ein Fluid vermindert und somit weniger Verwirbelung und ein geringerer Differenzdruck in mit dem erfindungsgemäßen Kunststoffgitter versehenen Filtermedien erreicht. Weiter können die Linienelemente der mindestens einen weiteren Gruppe äquidistant, d. h. mit gleichem Linienabstand, angeordnet sein. Hieraus ergibt sich der Vorteil über die Fläche des Kunststoffgitters homogener, mit anderen Worten gleichförmiger, Stütz- und Filtrationseigenschaften.
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Das Material des Kunststoffgitters umfaßt in bevorzugter Weise Polybutylenterephthalat(PBT)-, Polypropylen(PP)- und/oder Polyethylen(PE)-Kunststoff. Derartige Kunststoffmaterialien zeichnen sich durch eine mittlere Festigkeit, eine hohe Steifigkeit und Härte aus. Teilkristaline Polyethylenterephthalate (PBT) weisen thermische Einsatzgrenzen bei –20°C bis etwa +100°C, kurzzeitig bis +200°C, auf. Sie sind beständig gegen verdünnte Säuren, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Öle, Fette, Ester und Alkohole. Polybutylenterephthalat besitzt im Vergleich zu Polyethylentherephthalat eine etwas geringere Festigkeit; seine Einsatzgrenzen liegen etwa bei –40°C bis +250°C. Isotaktisches Polypropylen ist bis etwa 150°C einsetzbar und erweist sich als chemisch sehr beständig.
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Durch die gitter- bzw. rasterförmige Anordnung der Linienelemente wird eine gleichmäßige, über die Fläche des Kunststoffgitters homogene Formstabilität und Filtrationscharakteristik erreicht. Die Linienelemente bilden Fäden eines Gitters bzw. eines Gewebes. Zudem kann in das Kunststoffgitter ein elektrisch leitfähiges Linienelement eingearbeitet sein, wobei das zumindest eine elektrisch leitfähige Linienelement bevorzugt metallfrei ausgebildet ist und/oder Karbon enthält. Besonders bevorzugt ist das elektrisch leitfähige Linienelement als Bi-komponentenfaser mit einer mit Karbon beschichteten Kunststofffaser ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kunststoffgitters variiert die Dicke der Linienelemente über die Fläche des Kunststoffgitters, insbesondere wobei die Linienelemente der einen Gruppe eine von den Linienelementen der mindestens einen weiteren Gruppe unterschiedliche Dicke aufweisen. Durch eine Ausbildung als Gitter bzw. Gewebe werden gute Festigkeitseigenschaften und eine gute Fluiddurchlässigkeit des Kunststoffgitters realisiert; durch eine Verwendung von unterschiedlich dicken Faden- bzw. Linienelementen wird die vom Fluid durchströmbare Durchtrittsfläche weiter vergrößert.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kunststoffgitters weisen die parallel zur Längsrichtung verlaufenden Linienelemente eine größere Dicke als die quer zur Längsrichtung verlaufenden Linienelemente auf. Die Linienelemente bzw. Fäden senkrecht zu den Falten, d. h., parallel zur Längsrichtung sind dicker als die Fäden, die quer über den Faltenberg bzw. das Faltental gehen oder entlang dieser verlaufen. Bei den unterschiedlich dicken Linienelementen hält ein dickeres Linienelement die Falten auf Abstand, ein dünneres Linienelement fixiert lediglich die dickeren Linienelemente. Auch hier ergibt sich der Vorteil einer Vergrößerung der freien Durchströmfläche durch das Kunststoffgitter. Typischerweise sind die dickeren, entlang der Längsrichtung verlaufenden Linienelemente auf die dünneren, quer zur Längsrichtung verlaufenden Linienelemente aufgelegt.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass die dickeren Linienelemente eine Dicke von 320 μm, die dünneren Linienelemente eine Dicke von 240 μm aufweisen. Die Linienelemente definieren bevorzugt gleichförmige Rauten, besonders bevorzugt mit Diagonalen von 1600 μm und 4300 μm Länge. Bei dieser Ausbildung ergibt sich eine besonders gute Kombination von Stütz- und Filtrationseigenschaften. Anders ausgedrückt wird eine hohe Stabilität bzw. Festigkeit des Stützgitters bei verbessertem Fluiddurchtritt erreicht.
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Die Erfindung umfaßt weiter ein Filtermaterial für ein Fluid, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, mit einem zumindest eine Lage aufweisenden Filtermedium und einer auf zumindest einer Seite des Filtermediums in Flächenbereichen anliegenden Stützstruktur, wobei die Stützstruktur durch ein erfindungsgemäßes Gitter gebildet ist. Ein mit einem derartigen Filtermaterial bestücktes Filterelement weist ein verbessertes Betriebsverhalten und eine längere Lebensdauer auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgitters umfaßt die Schritte einer Extrusion von Kunststoffmaterial und Förderung des verflüssigten Kunststoffmaterials zu einem Austrag; die Ausbildung eines Schlauches durch sich am Austrag befindliche, auf Ringen zueinander gegenläufig drehend angebrachte Düsen; die Längsstreckung des Schlauches entsprechend einer gewünschten Parallelogrammstruktur; das Aufschneiden des Schlauches in eine Längsrichtung; und die Querstreckung des aufgeschnittenen Schlauches quer zur Längsrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Querstreckung derart durchgeführt wird, dass eine Gruppe der die Parallelogrammstruktur bildenden Linienelemente parallel zur Längsrichtung ausgerichtet wird.
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Das Kunststoffgitter wird erfindungsgemäß in einem zusätzlichen, lediglich einen geringfügigen Zusatzaufwand darstellenden Schritt durchgeführt. Die zur Durchführung des bisherigen Verfahrens verwendeten Maschinen müssen nicht vollständig ausgetauscht, sondern lediglich auf- bzw. umgerüstet werden. Nach Abschluß des Verfahrens steht ein vollständig ausgebildetes, unmittelbar einsatzbereites Kunststoffgitter bereit.
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In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kunststoffgitter nach der Querstreckung zu einer Rolle aufgewickelt. Bei dieser Variante kann das fertiggestellte Kunststoffgitter in platzsparender Weise bevorratet, verkauft und/oder transportiert werden. Es ist jedoch auch denkbar, das Kunststoffgitter unmittelbar auf ein Filtermedium aufzubringen, d. h., eine komplette Fertigungsstraße für ein Filtermaterial für ein Fluid auszubilden.
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Der durch die drehenden Düsen gebildete Schlauch wird zweckmäßigerweise zur Kühlung durch ein Wasserbad geführt. Somit kann auf eine längere Kühlstrecke verzichtet werden und folglich der Herstellungsprozeß in kürzerer Zeit und mit geringerem Aufwand durchgeführt werden.
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Die in den Düsen gebildeten Linienelemente weisen in einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unterschiedliche Dicken auf. Dies wird durch unterschiedliche Austrittsöffnungen und/oder Rotationsgeschwindigkeiten der Düsen erreicht. Das Kunststoffmaterial für das Kunststoffgitter wird entsprechend einer gewünschten Anwendung gewählt. Es ist durchaus vorstellbar, die Gruppen der Linienelemente aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien herzustellen. Somit erhält das Kunststoffgitter in Längs- und Querrichtung unterschiedliche Charakteristika.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der Zeichnung. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
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1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Kunststoffgitters;
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2 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Kunststoffgitters; und
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3 eine perspektivische Darstellung einer Fertigungsstraße zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in Draufsicht einen Abschnitt eines Kunststoffgitters 2 nach dem Stand der Technik. Das Kunststoffgitter 2 weist im Wesentlichen die Form einer Bahn 4 auf mit einer ersten Gruppe von Linienelementen 6a, 6b, 6c, 6d und einer zweiten Gruppe von Linienelementen 8a, 8b, 8c, 8d. Die Linienelemente 6a, 6b, ..., 8a, 8b, sind quer zu einer Längsrichtung 10 und einer Querrichtung 12 angeordnet. Die Längsrichtung 10 und die Querrichtung 12 sind durch die rechteckförmige Bahn 4 vorgegeben bzw. definiert. Anders ausgedrückt erstreckt sich die Bahn 4 in Längsrichtung 10 und weist in Querrichtung 12 eine bestimmte Breite auf. Die Linienelemente 6a, 6b, ..., 8a, 8b, verlaufen gruppenweise parallel zueinander, wodurch eine Rauten- bzw. Diamantstruktur entsteht mit rautenförmigen Durchlaßöffnungen 14a, 14b, 14c, 14d, Die rautenförmigen Durchlaßöffnungen 14a, 14b, sind im Wesentlichen gleichförmig ausgebildet und weisen eine Diagonale mit einer Länge L = 2431,8 μm und einer weiteren Diagonale mit einer Länge von Q = 1273,0 μm auf. Die ersten Linienelemente 6a, 6b, ... weisen im Wesentlichen die gleiche Dicke d1 = 298,0 μm auf, die zweiten Linienelemente 8a, 8b, 8c, eine Dicke von d2 = 292,0 μm. Bei Weiterverarbeitung des Kunststoffgitters 2 gibt die Längsrichtung 10 eine Richtung für den Einlauf in eine Faltmaschine vor.
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2 zeigt das erfindungsgemäße Gitter 2 mit der besonderen Ausgestaltung, dass die ersten Linienelemente 6a, 6b, 6c, 6d, 6e parallel zueinander und parallel zur Längsrichtung 10 angeordnet sind. Die Linienabstände 16a, 16b, 16c, 16d zwischen den ersten Linienelementen 6a–6e sind vorgegeben und vorteilhafterweise gleich. Die weiteren Linienelemente 8a, 8b, 8c, 8d sind ebenfalls parallel zueinander, jedoch quer zur Längsrichtung 10 und zur Querrichtung 12 angeordnet. Auch die zweiten Linienelemente 8a bis 8d sind äquidistant angeordnet.
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Die von den Linienelementen 8a, 8b, ..., 6a, 6b, ... definierten Parallelogramme 14a, 14b, 14c, 14d, sind im Wesentlichen gleichförmig und weisen Diagonalen mit einer Länge von L' = 3192,7 μm und Q' = 1223,2 μm auf. Die Größe der Durchlaßöffnungen 14a, 14b, ... bzw. die Längen L', Q' definieren die zur Verfügung stehende Fluiddurchtrittsfläche und folglich die Fluiddurchlässigkeit des Kunststoffgitters 2. In 2 ist gut erkennbar, dass die der ersten Gruppe zugehörigen ersten Linienelemente 6a,6b, eine größere Dicke d1 = 299,7 μm als die der zweiten Gruppe zugehörigen zweiten Linienelemente 8a, 8b, d2 = 223,1 μm aufweisen. Dies führt zu einer weiteren Vergrößerung der Durchlaßöffnungen 14a, 14b, und somit zu einer erhöhten Fluiddurchlässigkeit des Kunststoffgitters 2.
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In 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgitters 2 skizziert. In einen Extruder 20 wird Kunststoffgranulat 22 gegeben und dort verflüssigt. Über eine Schnecke 24 gelangt das verflüssigte Granulat zu einem Austrag 26, an dessen Enden sich (nicht gezeigte) Düsen auf gegenläufig drehenden Ringen angeordnet befinden. Beim Passieren der Düsenanordnung, mit anderen Worten der in bzw. gegen eine Drehrichtung 28 drehenden Düsen entsteht aus dem verflüssigten Kunststoffgranulat ein Schlauch 30. Der extrudierte Schlauch 30 wird zum Abkühlen über eine Umlenkrolle 32 durch ein Wasserbad 34 geführt.
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Nach einer weiteren Umlenkrolle 36 wird eine Längsstreckung 38 in die Längsrichtung 10 der Bahn 4 durchgeführt. Weiter passiert der Schlauch 30 eine Schneidvorrichtung 40 und wird durch diese in Längsrichtung 10 aufgeschnitten, so dass die Bahn 4 entsteht. Über weitere Rollen 42a, 42b und 42c, welche als Kalander- oder Umlenkrollen ausgebildet sind, wird die längsgestreckte Bahn 4 zu einer Anordnung von Seitenführungselementen 44a, 44b, 44c, 44d geführt, wo eine Querstreckung 46 in die Querrichtung 12 durchgeführt wird. Parallel findet ein Randstreifen der Bahn 4 statt. Die Längsstreckung 38 und die Querstreckung 46 werden entsprechend der in der Bahn 4 auszubildenden Gitterstruktur, wie der Rautengröße, und der Parallelrichtung einer Gruppe zur Längsrichtung 10 gewählt bzw. durchgeführt.
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Bei Durchführung von Längs- und Querstreckung 38, 46 ist das Kunststoffmaterial noch nicht vollständig ausgehärtet und die Bahn 4 folglich noch hoch flexibel. Eine endgültige Aushärtung des Kunststoffmaterials findet nach der Querstreckung 46 statt. Das fertiggestellte Kunststoffgitter 2 wird zur Lagerung und/oder zum Transport auf eine Bahnrolle 48 aufgewickelt und entsprechend der auf die Bahnrolle 48 aufzuwickelnden Länge der Bahn 4 in Querrichtung 12 durchgeschnitten bzw. abgetrennt. Anstelle der Bahnrolle 48 kann sich eine Vorrichtung zur Verbindung des Kunststoffgitters 2 mit einem Filtermedium und/oder eine Faltmaschine für das Filtermedium anschließen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1436062 B1 [0003]
- DE 20012839 U1 [0004]
