DE102011005942A1 - Filter element for filter device to remove liquid or solid contaminants from gaseous or liquid fluid flow, has inflow protection, which is integrally formed on respective end plate - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement zum Entfernen flüssiger und/oder fester Verunreinigungen aus einer gasförmigen oder flüssigen Fluidströmung. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit wenigstens einem derartigen Filterelement ausgestattete Filtereinrichtung.The present invention relates to a filter element for removing liquid and / or solid contaminants from a gaseous or liquid fluid flow. The invention also relates to a filter device equipped with at least one such filter element.
Eine Filtereinrichtung weist üblicherweise ein Gehäuse auf, das einen Aufnahmeraum enthält und wenigstens einen Einlass sowie wenigstens einen Auslass aufweist. Im Aufnahmeraum ist zumindest ein Filterelement angeordnet, das eine mit dem wenigstens einen Einlass fluidisch verbundene Rohseite von einer mit dem wenigstens einen Auslass fluidisch verbundenen Reinseite trennt. Das jeweilige Filterelement kann bspw. einen ringförmigen Filterkörper aus Filtermaterial und zwei Endscheiben zum axialen Verschließen des Filterkörpers aufweisen.A filter device usually has a housing which contains a receiving space and has at least one inlet and at least one outlet. At least one filter element is arranged in the receiving space and separates a raw side, which is fluidically connected to the at least one inlet, from a clean side which is fluidically connected to the at least one outlet. The respective filter element may, for example, have an annular filter body of filter material and two end disks for axially closing the filter body.
Es hat sich gezeigt, dass bei bestimmten Konfigurationen im Betrieb der Filtereinrichtung der Filterkörper ungleichmäßig mit herausgefilterten Verunreinigungen beladen wird. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen ein Teilbereich des Filterkörpers unmittelbar einer rohseitigen Anströmung ausgesetzt ist, findet in diesem Teilbereich eine stärkere bzw. raschere Zusetzung des Filtermaterials statt. Eine derartige asymmetrische Beladung des Filterkörpers ist jedoch nachteilig für den Durchströmungswiderstand der Filtereinrichtung. Darüber hinaus kann die unmittelbare Anströmung des Filterelements die mechanische Belastung des Filterelements bzw. des jeweils verwendeten Filtermaterials erhöhen. Beispielsweise können feste Verunreinigungen mit einem vergleichsweise großen Impuls auf das Filtermaterial treffen und dieses schwächen oder zunächst oberflächlich und mit der Zeit tiefergehend beschädigen, was letztlich zu einer Beeinträchtigung der Filtrationswirkung oder sogar zu einer Leckage durch das Filtermaterial führen kann. Außerdem kann die einseitige direkte Anströmung ein Biegemoment in das Filterelement einleiten, für das es an sich nicht ausgelegt ist. Ferner kann die unmittelbare Anströmung dazu führen, dass die Schmutzbeladung verdichtet wird, was deren Durchströmungswiderstand überproportional ansteigen lässt und ebenfalls zu einer asymmetrischen Belastung des Filterelements führt.It has been found that in certain configurations during operation of the filter device, the filter body is loaded unevenly with contaminants filtered out. In particular, in embodiments in which a portion of the filter body is exposed directly to a raw-side flow, a stronger or more rapid addition of the filter material takes place in this sub-area. However, such asymmetric loading of the filter body is disadvantageous for the flow resistance of the filter device. In addition, the direct flow of the filter element can increase the mechanical load on the filter element or the filter material used in each case. For example, solid impurities can impinge on the filter material with a comparatively large impulse and weaken or initially damage it more superficially and over time, which can ultimately lead to an impairment of the filtration effect or even to leakage through the filter material. In addition, the one-sided direct flow can initiate a bending moment in the filter element, for which it is not designed per se. Furthermore, the direct flow can cause the dirt load is compressed, which can disproportionately increase their flow resistance and also leads to an asymmetric load on the filter element.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Filterelement der Eingangs genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Filtereinrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Tendenz zu einer asymmetrischen Verunreinigung und/oder Belastung des Filterkörpers reduziert ist.The present invention addresses the problem of providing for a filter element of the type mentioned or for a filter device equipped therewith an improved embodiment, which is characterized in particular by the fact that the tendency for asymmetric contamination and / or loading of the filter body is reduced.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest eine der Endscheiben mit einem Anströmschutz auszustatten. Der Anströmschutz erstreckt sich radial außen oder radial innen entlang des Filterkörpers axial und in Umfangsrichtung. Durch die Ausstattung des Filterelements mit einem derartigen Anströmschutz können Bereiche, die einer verstärkten Anströmung mit der rohseitigen Fluidströmung ausgesetzt sind, mehr oder weniger abgedeckt werden, um in diesen Bereichen eine direkte Beaufschlagung mit der schmutzbeladenen Strömung zu reduzieren. Hierdurch kann eine Vergleichmäßigung der Schmutzbeladung des Filterkörpers erreicht werden. Gleichzeitig kann dadurch auch eine Vergleichmäßigung der mechanischen Belastung des Filterelements erreicht werden. Die Anordnung des Anströmschutzes an einer der Endscheiben ist dabei von erheblichem Vorteil, zumindest in den Fällen, in denen die Tendenz zur verfrühten Verschmutzung des Filterkörpers in einem axialen Endabschnitt des Filterkörpers ausgeprägt ist.The invention is based on the general idea to equip at least one of the end plates with a Anströmschutz. The flow protection extends radially outward or radially inward along the filter body axially and in the circumferential direction. By providing the filter element with such flow protection, areas exposed to increased flow with the unfiltered fluid flow may be more or less covered to reduce direct impact with the dirt laden flow in these areas. As a result, a homogenization of the dirt load of the filter body can be achieved. At the same time, a homogenization of the mechanical load of the filter element can be achieved. The arrangement of the Anströmschutzes on one of the end plates is of considerable advantage, at least in those cases where the tendency for premature contamination of the filter body is pronounced in an axial end portion of the filter body.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Anströmschutz an der jeweiligen Endscheibe integral ausgeformt ist. Das bedeutet, dass die jeweilige Endscheibe zusammen mit dem Anströmschutz aus einem Stück hergestellt ist, insbesondere aus Kunststoff spritzgeformt ist oder aus Blech tiefgezogen ist. Diese Integralbauweise lässt sich besonders preiswert realisieren. Insbesondere entfällt ein Montageschritt zum Anbauen eines separat hergestellten Anströmschutzes an die jeweilige Endscheibe.Particularly advantageous is an embodiment in which the Anströmschutz is integrally formed on the respective end plate. This means that the respective end plate is made together with the Anströmschutz from one piece, in particular injection molded from plastic or is deep drawn from sheet metal. This integral construction can be realized particularly inexpensively. In particular, a mounting step for mounting a separately prepared Anströmschutzes to the respective end plate deleted.
Zweckmäßig kann sich der Anströmschutz über maximal 50% oder maximal 1/3 der maximalen Höhe des Filterkörpers erstrecken. Hierdurch wird der jeweilige axiale Endabschnitt, an dem sich die jeweilige mit dem Anströmschutz ausgestattete Endscheibe befindet, verstärkt gegen eine direkte Anströmung mit der rohseitigen Fluidströmung geschützt.Advantageously, the onflow protection can extend over a maximum of 50% or a maximum of 1/3 of the maximum height of the filter body. As a result, the respective axial end portion, on which the respective end plate equipped with the flow protection, is reinforcedly protected against a direct flow with the raw-side fluid flow.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann sich der Anströmschutz in der Umfangsrichtung über 360° strecken, also ringförmig geschlossen sein. Hierdurch ergibt sich für das im Übrigen rotationssymmetrische Filterelement auch hinsichtlich des Anströmschutzes eine Rotationssymmetrie, sodass grundsätzlich beliebige Einbaudrehlagen realisierbar sind. Hierdurch vereinfacht sich der Einbau des Filterelements in ein zugehöriges Filtergehäuse.According to a particularly advantageous embodiment, the onflow protection in the circumferential direction can extend over 360 °, so be closed annularly. This results in a rotation symmetry for the otherwise rotationally symmetrical filter element also with regard to the flow protection, so that in principle any installation rotational positions can be realized. This simplifies the installation of the filter element in an associated filter housing.
Der Anströmschutz kann vollflächig oder perforiert ausgestaltet sein. Ebenso kann der Anströmschutz zumindest einen vollflächigen Wandbereich und zumindest einen perforierten Wandbereich aufweisen. Durch die Verteilung perforierter und nicht perforierter Wandbereiche sowie durch die Dimensionierung der jeweiligen Perforation, insbesondere durch unterschiedliche Porengrößen und/oder Porendichten, kann für eine bestimmte Einbaudrehlage eine optimal an die jeweilige Anströmsituation angepasste, möglichst symmetrische Beladung des Filtermaterials mit Verunreinigungen erzielt werden.The Anströmschutz can be configured over the entire surface or perforated. Likewise, the Anströmschutz have at least one full-wall area and at least one perforated wall area. By distributing perforated and non-perforated wall areas as well as by dimensioning the respective perforations, in particular by different pore sizes and / or pore densities, a symmetrical loading of the filter material with impurities, optimally adapted to the respective incident flow situation, can be achieved for a specific installation rotational position.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann sich der Anströmschutz radial beabstandet zum Filterkörper erstrecken, sodass radial zwischen dem Anströmschutz und dem Filterkörper ein Ringraum ausgebildet ist, der an einer von der zugehörigen Endscheibe abgewandten Seite axial offen ist. Durch die Bereitstellung eines derartigen Ringraums wird mit Hilfe des Anströmschutzes im Wesentlichen nur eine Strömungsumlenkung erreicht, jedenfalls keine vollständige Ausblendung der Anströmung. Insoweit bleibt der Filterkörper auch in dem vom Anströmschutz abgedeckten Abschnitt voll funktionsfähig und steht dem Filtrationsbetrieb zur Verfügung.According to another advantageous embodiment, the Anströmschutz may extend radially spaced from the filter body, so that radially between the Anströmschutz and the filter body, an annular space is formed, which is axially open at a side remote from the associated end plate side. By providing such an annular space, essentially only one flow deflection is achieved with the aid of the flow protection, in any case no complete suppression of the flow. In that regard, the filter body remains fully functional even in the area covered by the flow protection and is the filtration operation available.
Der Anströmschutz kann entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform einen konischen Axialabschnitt aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Anströmschutz einen zylindrischen Axialabschnitt aufweisen. Zweckmäßig ist der Anströmschutz hinsichtlich seiner Geometrie so konfiguriert, dass er ausgehend von der zugehörigen Endscheibe zunächst einen konischen Abschnitt aufweist, wodurch sein Radialabstand zum Filterkörper anwächst. An den konischen Axialabschnitt schließt sich dann ein zylindrischer Axialabschnitt an, bei dem der Radialabstand zum Filterkörper konstant bleibt.The Anströmschutz can according to an advantageous embodiment have a conical axial section. Additionally or alternatively, the flow protection can have a cylindrical axial section. Appropriately, the Anströmschutz is configured in terms of its geometry so that it initially has a conical section starting from the associated end plate, whereby its radial distance increases to the filter body. At the conical axial section then joins a cylindrical axial section, in which the radial distance to the filter body remains constant.
Anströmschutz und Endscheibe sind zweckmäßig aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise integral als einheitliches Bauteil. Alternativ kann das einheitliche Bauteil aus Endscheibe und Anströmschutz auch aus Metall hergestellt sein, bspw. in Form eines Blechformteils, insbesondere eines Tiefziehteils.Anströmschutz and end plate are suitably made of plastic, preferably integrally as a single component. Alternatively, the unitary component of the end plate and the flow protection can also be made of metal, for example in the form of a shaped sheet metal part, in particular a deep-drawn part.
Zumindest eine der Endscheiben des Filterelements ist als offene Endscheibe ausgestaltet, um den vom ringförmigen Filterkörper umschlossenen Innenraum mit dem reinseitigen Auslass oder mit dem rohseitigen Einlass des Gehäuses fluidisch verbinden zu können. Zumindest eine der Endscheiben kann als geschlossene Endscheibe ausgestaltet sein. In diese geschlossene Endscheibe kann optional ein Bypassventil integriert sein, das den Rohraum mit dem Reinraum fluidisch verbindet, falls eine Druckdifferenz zwischen Rohraum und Reinraum einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, bspw. wenn das Filterelement weitgehend zugesetzt ist.At least one of the end disks of the filter element is configured as an open end disk in order to be able to fluidically connect the interior space enclosed by the annular filter body with the clean-side outlet or with the raw-side inlet of the housing. At least one of the end plates can be configured as a closed end plate. In this closed end plate can optionally be integrated a bypass valve, which fluidly connects the raw space with the clean room, if a pressure difference between the raw space and clean room exceeds a predetermined limit, for example. When the filter element is largely added.
Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung zum Entfernen flüssiger und/oder fester Verunreinigungen aus einer gasförmigen oder flüssigen Fluidströmung umfasst ein Gehäuse, das in einem Aufnahmeraum zumindest ein Filterelement der vorbeschriebenen Art aufweist.A filter device according to the invention for removing liquid and / or solid contaminants from a gaseous or liquid fluid flow comprises a housing which has at least one filter element of the type described above in a receiving space.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Filtereinrichtung kann der wenigstens eine Einlass im Bereich der mit dem Anströmschutz ausgestatteten Endscheibe radial oder tangential angeordnet sein. Auf diese Weise ergibt sich eine radiale Zuströmung auf bzw. eine tangentiale An- bzw. Umströmung um den mit dem Anströmschutz ausgestatteten axialen Endabschnitt des Filterkörpers. Die Dimensionierung des Anströmschutzes kann dabei an die axiale Höhe des wenigstens einen Einlasses adaptiert sein, derart, dass sich der Anströmschutz axial zumindest über die axiale Höhe des wenigstens einen Einlasses erstreckt. Hierdurch wird der gesamte Anströmbereich des Filterkörpers abgedeckt.According to an advantageous embodiment of the filter device, the at least one inlet can be arranged radially or tangentially in the region of the end disk equipped with the flow protection. In this way, a radial inflow results on or a tangential arrival or flow around the equipped with the flow protection axial end portion of the filter body. The dimensioning of the Anströmschutzes can be adapted to the axial height of the at least one inlet, such that the Anströmschutz extends axially at least over the axial height of the at least one inlet. As a result, the entire inflow region of the filter body is covered.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.
Die einzige
Entsprechend
Das Gehäuse
Das Filterelement
Das Filterelement
Im Beispiel der
Ausgehend von der Endscheibe
In der Umfangsrichtung erstreckt sich der Anströmschutz
Im Beispiel definiert der Anströmschutz
Der Anströmschutz
Der Anströmschutz
Der Filterkörper
Im Beispiel der
Die hier gezeigte Endscheibe
Die Endscheibe
Bemerkenswert ist außerdem, dass sich der Anströmschutz
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