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Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit mindestens einer matten- oder schichtförmigen Filterbahn, die mit ihrer Außenseite zumindest teilweise einen umfangsseitig geschlossenen Filtermantel ausbildet. Entlang der Außenseite des Filtermantels ist eine Oberflächengestaltung oder Oberflächenmodifizierung vorgesehen in der Art, dass von der sonstigen Oberfläche der Filterbahn abgegrenzt Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte geschaffen sind.
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Filterelemente zur Filterung von gasförmigen und flüssigen Fluiden sind auf dem Markt in einer Vielzahl von Ausführungsformen frei erhältlich. Die genannten Filterelemente dienen dazu, in einem Filtergehäuse eingesetzt zugeführtes, mit Schmutzpartikeln beladenes Fluid, beispielsweise in Form eines Hydraulikmediums, durch den Einsatz einer matten- oder schichtförmigen Filterbahn abzureinigen und das derart abgereinigte Fluid aus dem Filtergehäuse heraus in den Fluid-, insbesondere in einen Hydraulikkreislauf zurückzuführen. Grundsätzlich hängt die Betriebssicherheit derartiger Hydraulikkreisläufe und der darin eingebundenen Komponenten in starkem Maße von der einwandfreien Beschaffenheit der darin bewegten betreffenden Fluide ab. Insbesondere bei höherwertigen Anlagen ist es daher aus wirtschaftlichen Gründen heraus erforderlich, für die in Frage kommenden Medien und Fluide geeignete Filtervorrichtungen vorzusehen, um im Betrieb auftretende Verunreinigungen sicher beseitigen zu können. Es ist allgemein bekannt, bei den genannten Filterelementen matten- oder Schichtförmige Filterbahnen aus verschiedenen Filtermaterialien zusammenzusetzen, zumindest in Flächenbereichen zu falten oder zu plissieren, um daraus gefaltete oder plissierte Filtermatten herzustellen, die insbesondere um ein mit Durchlässen versehenes Stützrohr gelegt werden. Solche Filterelemente weisen zum Schutz vor Beschädigungen an ihrem Außenumfang geeignete Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise ein feinmaschiges Drahtgewebe, das insbesondere dem Faltenverlauf der Filtermatte folgt, auf. Anstelle feinmaschiger Drahtgewebe ist es auch bekannt, Fasergebilde, wie etwa textile Bänder, um den Außenumfang eines derartigen Filterelements zu legen, um somit einen Schutz vor Beschädigungen der matten- oder schichtförmigen, gefalteten oder plissierten Filtermatten zu erhalten. Die Verbindung der Filtermatte mit dem angesprochenen Drahtgewebe oder auch mit textilen Bändern ist aufwendig und teuer und garantiert nicht in jedem Fall einen Schutz der Filtermatte vor mechanischen Beschädigungen. Solche zusätzlich aufgebrachten Schutzeinrichtungen neigen zudem zum Ablösen oder Delaminieren, insbesondere wenn sich die Anströmrichtung von Fluid an dem genannten Filterelement umkehrt, etwa bei einem Rückströmvorgang. Die bekannten Schutzeinrichtungen, wie das angesprochene Drahtgewebe oder textile Fasergebilde, wie Bänder, haben zudem den Nachteil, dass deren Durchlauf- und Filtriereigenschaften im Vergleich zu den empfindlichen Filtermaterialien aus Polyester, Glasfaser oder Papiervlies sehr different und mitunter auch schlechter sind. Von einer definierten Vorfilterwirkung solcher Schutzeinrichtungen kann in der Regel kaum gesprochen werden.
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Die
DE 10 2005 014 360 A1 zeigt und beschreibt ein Filterelement mit einem Filtermaterial, das sternförmig gefaltet, einzelne Filterfalten aufweist, wobei zumindest teilweise in dem Abstand zweier benachbarter Filterfalten innenumfangsseitig oder auch außenumfangsseitig zu den Filterfalten angeordnet, sich mindestens ein fluiddurchlässiges Stützmittel erstreckt. Das Stützmittel ist insbesondere mit filteraktiven Substanzen versehen oder selbst aus diesen filteraktiven Substanzen aufgebaut und lässt sich als Filterhilfsmittel anwenden. Das fluiddurchlässige Stützmittel weist insbesondere eine Grundstruktur in der Art eines Stützrohres, das das Filtermaterial des Filterelements innen- oder außenumfangsseitig umgreift, auf. In die Grundstruktur sind Filterhilfsstoffe, wie Bentonite, Perlite, Aktivkohle, Kieselgur und dergleichen eingebettet, die in der Lage sind, als filteraktive Substanzen einer Verschlammung des Filterelements dahingehend vorzubeugen, dass Fluid- oder Bauteile schädigende Komponenten in dem Fluid sicher abgeschieden werden.
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Die
WO 01/37969 zeigt und beschreibt ein Festlegeband, insbesondere in Form eines Klebebandes, das um ein plissiertes Filtermedium herumgelegt werden kann und um somit einzelne Filterfalten des plissierten Filtermediums in ihrem vorgebbaren Abstand zueinander zu stabilisieren und festzulegen. Dadurch ist dauerhaft die Bereitstellung einer vordefinierten Filterfläche des Filtermediums gewährleistet. Eine Vorfiltration mit dieser bekannten Lösung ist allerdings nicht möglich.
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Die bekannten Filterelemente zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass jede ihnen aufgeprägte Funktionalität durch einen Herstellungs- oder Arbeitsschritt durch Einzelbauteile verwirklicht ist, der in Bezug auf seine Herstellungszeit oder seinen Materialeinsatz nicht optimiert ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement mit mindestens einer matten- oder schichtförmigen Filterbahn zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist und einen Filtermantel aufweist, der auf einfache Weise allen betrieblichen Anforderungen des Filterelements genügt und mehrere Funktionalitäten zumindest in Bezug auf die physikalische und/oder chemische Beeinflussung eines Fluidstromes sowie in Bezug auf eine optische Ausgestaltung in sich vereint.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst, sowie durch eine Formvorrichtung gemäß dem Anspruch 17 und einem Verfahren gemäß dem Anspruch 22.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 zumindest die Außenseite des Filtermantels aus der matten- oder schichtförmigen Filterbahn eine Oberflächengestaltung oder Oberflächenmodifizierung bei der Herstellung des Filterelements erfährt, dahingehend, dass von der übrigen Oberfläche des Filtermantels an der Filterbahn räumlich abgegrenzte Strukturen einer variierenden, vorgebbaren Kontur und/oder Dichte geschaffen sind, ist ein Filterelement vorgeschlagen, dessen Außenseite – im Sinne einer Oberfläche – Strukturen aufweist, die verschiedenen Funktionalitäten, wie etwa Schaffen von Bereichen erhöhter Festigkeit, von Bereichen mit Einlagerungen von Filterhilfsstoffen, von Bereichen mit verschiedenen Fluidführungseigenschaften oder von Bereichen mit spezifischen, optischen Eigenschaften, ermöglicht.
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Die an der Außenseite des Filtermantels angeordneten Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte sind in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Filterelements so gestaltet, dass die Strukturen die Anströmung und/oder die Durchströmung von Fluid durch das Filterelement, insbesondere durch den Filtermantel, in der Art von Strömungsrichtelementen zumindest teilweise bestimmen oder beeinflussen können. Die Strukturen vorgebbarer Kontur sind somit in der Lage, entscheidenden Einfluss auf die Art der Fluidströmung an dem Filterelement zu nehmen, dahingehend, dass eine konstruktiv gewünschte Strömungsrichtung und Geschwindigkeit der Fluidströmung und auch die grundsätzliche Art der Um- und Durchströmung des Filterelements – turbulent oder laminar – eingestellt werden kann. Insbesondere, wenn die Strukturen eine erhöhte Dichte im Vergleich zu der übrigen Dichte der matten- oder schichtförmigen Filterbahn aufweisen, können diese zur Aussteifung des Filtermantels zumindest teilweise herangezogen werden. Dadurch erübrigt sich insbesondere die Einbringung oder Anordnung zusätzlicher Aussteifungselemente an dem Filtermantel zum Zwecke der Erhöhung beispielsweise der Beulsteifigkeit des Filtermantels.
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Es kann auch vorteilhaft sein, die Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte an der Außenseite der Filterbahn zur Bildung von Bild-, insbesondere von numerischen oder alphanumerischen Elementen, wie etwa Handelszeichen und dergleichen, zu verwenden. Die Strukturen können hierbei Vertiefungen oder Erhöhungen, die ein Handelszeichen für das Filterelement darstellen, sein, wobei die Vertiefungen oder Erhöhungen Flächen oder Linien für ein anschließendes Bedrucken der Strukturen bilden können. Es ist zweckmäßig, die Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte insbesondere zu Versteifungszwecken des Filterelements oder auch zu Zwecken der Fluidführung an der Außenseite der Filterbahn linien- oder streifenartig auszubilden. Dabei können diese linien- oder streifenartigen Strukturen tangential über die Außenseite des Filtermantels verlaufen oder auch im Wesentlichen axial zu dem Filtermantel verlaufen. Es kann auch vorteilhaft sein, die linien- oder streifenartigen Strukturen zumindest überwiegend in radialer Richtung des Filterelements an der Außenseite der Filterbahn auszurichten. Die linien- oder streifenartigen Strukturen, die, wie erwähnt, radial und/oder tangential und/oder axial verlaufen können, können auch Unterbrechungen in ihrer Kontur oder in ihrer Ausrichtung aufweisen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Filterelements weisen die linien- oder streifenartigen Strukturen einen auf der Außenseite des Filtermantels bevorzugt konstant gewählten Abstand zueinander auf.
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Es versteht sich, dass insbesondere zur Darstellung von Bildzeichen durch die linien- oder streifenartigen Strukturen diese sich auch kreuzen können.
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Gleichwohl kann es vorteilhaft sein, die linien- oder streifenartigen Strukturen S-förmig geschwungen oder in ihrem Verlauf gezackt auszubilden. Grundsätzlich ist jedwede andere geometrische Gestaltung des Grundrisses bzw. des Quer- oder Längsschnitts der Strukturen möglich, so dass es vorteilhaft sein kann, die Strukturen scheiben- oder kreisartig zu bilden und diese insbesondere als scheiben- oder kreisartige Erhöhungen oder Vertiefungen an der Oberfläche des Filtermantels auszubilden. Die Außenseite des Filtermantels kann hierbei sowohl die Anström- als auch die Abströmseite des Filterelements sein. Bevorzugt sind die Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte integraler Bestandteil der Filterbahn und der Außenseite der Filterbahn, es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Strukturen teilweise oder ganz als aufgesetzte Bestandteile der Filterbahn auszubilden. Zur Minimierung des Herstellungsaufwandes des Filterelementes ist es in jedem Fall vorteilhaft, die Strukturen aus Einzelfasern zu bilden, aus denen auch bevorzugt die Filterbahn, zumindest teilweise, gebildet ist. Es versteht sich, dass neben der dergestalt gebildeten Filterbahn in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck des Filterelements ein oder mehrere weitere Filterschichten mit oder ohne Stützgitter oder sonstigen Stützeinrichtungen das Filterelement bilden können, so dass sich insgesamt ein mehrlagiger Aufbau des Filterelements ergeben kann. Insbesondere lässt sich dadurch eine konstruktiv vorgegebene und gewünschte Einstellung der Filtrierung des Fluids beim Durchströmen des Filterelements in Bezug auf Filterfeinheit, Durchströmungsrichtung des Filterelements und der Einwirkung von Filterhilfsstoffen auf das zu filtrierende Fluid bewirken (Parametrisierung).
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Filterelement mit seiner Filterbahn und etwaigen weiteren Filterschichten und Stützgittern in der Art eines zylindrischen Hohlelementes um ein durchströmbares Stützrohr herumgeführt, so dass dergestalt ein einstückig ausgebildetes Filterelement als Austauschteil für ein Filtergehäuse in einer hydraulischen Anlage gebildet ist. Alle bisher genannten Komponenten des Filterelements, insbesondere die erfindungsgemäße Filterbahn, können hierbei zwischen zwei Endkappen des Hohlelementes festgelegt sein, so dass sich eine handelbare Baueinheit oder handelbare Baueinheiten mit sich unterscheidenden Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte an der Oberfläche eines Filtermantels bilden lassen können.
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Um den Herstellungs- und insbesondere Montageaufwand eines mit den erfindungsgemäßen Strukturen versehenen Filterelementes zu minimieren, wird eine Formvorrichtung zur Herstellung des Filterelements vorgeschlagen, die eine Form umfasst, deren Formoberfläche die abgegrenzten Strukturen, zumindest aber die räumliche Begrenzung der Strukturen, für den Filtermantel des Fitlerelements in der Art einer Negativ-Matrix aufweist. Die dergestalt gebildete Formoberfläche ist somit in der Lage, die Außenseite des Filtermantels im Sinne einer daraus formbaren Positivgestaltung zu erhalten. Es ist vorteilhaft, insbesondere bei einer komplexen Gesamtgestalt des Filterelements die Form aus zumindest zwei gleich großen Formhälften zu bilden, wobei die Formhälften zusammengefügt zumindest teilweise die abgegrenzten Strukturen für die Oberfläche der Filterbahn definieren. Zur Herstellung eines Filterelements in rohrförmiger Gestalt ist es so auch vorteilhaft, die Form rohrförmig auszubilden und auf der Forminnenseite, insbesondere ausschließlich an der Oberfläche der Innenseite der Form, die jeweilige Matrix für das Erstellen der abgegrenzten Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte für die Filterbahn anzuordnen.
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Eine solchermaßen gestaltete Form mit einem Freiraum oder einem durch die Form definierten, vorzugsweise zylindrischen Hohlraum eignet sich besonders, um auf ihrer Innenseite mit Hilfe einer Düseneinrichtung mit Spinndüsen, aus denen eine Kunststoffschmelze zu Einzelfasern oder Fäden geformt werden kann, ein Spinnvlies, das die Oberfläche der Filterbahn und die Filterbahn selbst im Wesentlichen bildet, aufzutragen. Die Düseneinrichtung kann beispielsweise bei einer im Wesentlichen zylindrisch gebildeten Form als Düsenlanzette oder Düsenbalken mit einer Aneinanderreihung in axialer und/oder radialer Richtung von Spinndüsen mit zueinander definiertem Abstand gebildet sein. Auf diese Weise und unter der Voraussetzung, dass die Oberfläche der Form in Bezug auf die aufgetragenen Fasern selbsttrennende Eigenschaften aufweist, kann eine nahtlose Schicht oder ein nahtloser Filtermantel durch einen kontinuierlichen und in axialer und/oder radialer Richtung zu der Form fortlaufenden Faserauftrag gebildet werden.
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Die Fasern sind aufgrund ihrer einstellbaren Faserstärke sehr dünn und somit geeignet, einen mehrschichtigen Endlosauftrag von aus Kunststoffschmelze (Thermoplast) gebildeten Fasern oder Fäden zu ermöglichen. Die im plastischen Zustand aufgebrachten Fasern oder Fäden legen sich an die Innenseite der Form und der darin in der Art einer Negativ-Matrix angeordneten Formbestandteile zur Bildung der abgegrenzten Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte für die Filterbahn an, wobei nach einem Abkühl- und/oder Aushärtevorgang der Fasern oder Fäden die abgegrenzten Strukturen dauerhaft an der Oberfläche der Filterbahn geformt sind. Die dahingehende Düseneinrichtung ermöglicht insbesondere die Wahl der lokal über die Innenseite der Form aufgebrachten Faser- oder Fadenmenge und somit auch die konstruktiv gewünschte Einstellung der Dichte der Filterbahn, insbesondere im Bereich der abgegrenzten Strukturen. Es versteht sich, dass sich dadurch Bereiche unterschiedlicher Festigkeit und/oder Bereiche unterschiedlicher Filterfeinheit über die gesamte Filterbahn bilden lassen. Insgesamt lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise eine in beliebigen Grenzen vorgebbare Schichtdicke des die Oberfläche des Filterelements bildenden Filterbahnmaterials erzeugen.
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Es kann vorteilhaft sein, die Schichtdicke zwischen etwa 2 mm und 6 mm zu wählen. Um die erfindungsgemäß hergestellte Filterbahn insbesondere als Vorfilter für das Filterelement benutzen zu können, ist es vorteilhaft, die Schichtdicke oder die Faserdichte der in der vorgeschlagenen Weise auf die Innenseite der Form aufgetragenen Fasern oder Fäden auch über die Dicke der Filterbahn zu variieren. So ist es beispielsweise möglich, die Faserdichte auf der Anströmseite der Filterbahn geringer zu wählen als auf der Abströmseite der Filterbahn. Auf diese vorgeschlagene Weise lässt sich insgesamt eine einstückige Filterbahn formen, die allein ein Filterelement bildet. Nach dem Erkalten und Erstarren der Fasern oder Fäden in der Form kann das Filterelement insbesondere durch Lösen der beiden oder einer Mehrzahl von Formteilen aus der Form entnommen werden und diese für einen erneuten Herstellvorgang eines erfindungsgemäßen Filterelements wiederbenutzt werden. Es versteht sich, dass vor Aufbringen einer neuen Filterbahn in die Form diese zu reinigen und/oder mit Trennmittel an ihrer Oberfläche zu behandeln ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der abgegrenzten Strukturen vorgebbarer Kontur und/oder Dichte und des Filtermantels können Filterelemente gebildet werden, die keiner weiteren Nachbearbeitung, insbesondere keiner Bearbeitung des Randsaumes bedürfen.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements mit Fasermantel;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Formvorrichtung zur Herstellung eines Filterelements vergleichbar der Lösung nach der 1;
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3a eine perspektivische Ansicht einer Formhälfte einer Form zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Filterelements;
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3b eine perspektivische Ansicht einer aus zwei Formhälften, wie in 3a gezeigten Form;
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4a eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Formhälfte zur Herstellung eines Filterelements;
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4b eine perspektivische Ansicht einer Form, gebildet aus zwei gleich großen Formhälften, wie in 4a gezeigt; und
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5 bis 8 weitere Ausführungsbeispiele betreffend eine perspektivische Ansicht einer Formhälfte zur Herstellung verschieden gestalteter Filterelemente.
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In der 1 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Filterelement 1, wie es beispielsweise in Saugfiltern oder Leitungsfiltern zur Tiefenfiltration eines gasförmigen oder flüssigen Fluids angewandt wird, gezeigt. Das Filterelement 1 ist hohlzylindrisch ausgebildet mit über seine axiale Länge etwa gleichem Außen- und Innendurchmesser. Das Filterelement 1 ist in einem Spunspray-Verfahren aus Fasern, welche mit Hilfe eines in der 2 gezeigten Auftragverfahrens einer Kunststoffschmelze mittels einer Düseneinrichtung 39 auf eine Innenseite 41 einer Form 29 aufgetragen sind, gebildet. Das Filterelement 1 ist somit als einstückiges, durch einen Endlosauftrag von Einzelfasern 23 auf eine Formoberfläche 31 der Form 29 erzeugtes Bauteil gebildet. Die Einzelfasern sind über die Dicke des gesamten Filterelements chaotisch oder in regelmäßigem Auftrag zueinander angeordnet. Das Filterelement 1 weist eine Filterbahn 3 auf, die in der genannten Weise als Fasermatte aus Einzelfasern 23 gebildet ist und deren Außenseite 5 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in 1 die Anströmseite 22 für zu reinigendes Fluid des Filterelements 1 bildet. Die Filterbahn 3 bildet einen umfangsseitig geschlossenen, um das gesamte Filterelement 1 reichenden Filtermantel 7.
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Wie 1 weiter zeigt, ist das Filterelement 1 durch eine Aufschichtung von insgesamt drei Filterschichten 25, von denen die Filterbahn 3 die äußerste Filterschicht bildet, aufgebaut. Die einzelnen Filterschichten 25 haben in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke S von jeweils etwa 2 mm bis 4 mm. Eine Oberfläche 9 der Filterbahn 3 zeigt, um den Umfang der Filterbahn 3 angeordnet, eine als Bildzeichen 15 gebildete, abgegrenzte Struktur 11. Das Bildzeichen 15 bzw. die abgegrenzte Struktur 11 ist über die gesamte axiale Länge des Filterelements 1 in definierten Abständen a zueinander angeordnet. Die Filterbahn 3 und die Bildzeichen 15 sind aus demselben Werkstoff, nämlich einem Thermoplast, wie etwa Polyamid, Polypropylen, Polyacryl oder dergleichen gebildet und in einem einzigen Verfahrensschrift hergestellt. Dabei unterscheidet sich die Dichte des gewählten Faserwerkstoffes innerhalb des Bildzeichens 15 und innerhalb der Filterbahn 3 grundsätzlich nicht. Die Bildzeichen 15 bzw. die abgegrenzte Struktur hat eine größere geodätische Höhe als die übrige Außenseite 5 der Filterbahn 3. Die Bildzeichen 15 können dadurch mit Hilfe eines einfachen Druckverfahrens farblich von der Oberfläche 9 der Filterbahn 3 abgehoben werden. Hierzu bedarf es beispielsweise lediglich des Abwälzens der Außenseite 5 des Filterelements 1 auf einen geraden, ebenen Träger von Farbstoff zum Bedrucken der Bildzeichen 15.
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Wie die 1 weiter zeigt, weist das Filterelement 1 eine weitere radial weiter innenliegende Filterschicht auf, die eine größere Filterfeinheit als die Filterbahn 3 aufweist. Die weiter innenliegende Filterschicht 25a ist, wie auch die an sie angrenzende radial weiter innenliegende Filterschicht 25b, in einem Verfahrensschritt mit der Filterbahn 3, in einem sogenannten Spun-Spray-Verfahren gebildet. Die Einzelfasern 23 der betreffenden Filterschichten 25a und 25b liegen, wie auch bei der Filterschicht 25 bzw. bei der Filterbahn 3, chaotisch übereinander, wobei die Filterfeinheit der Filterschicht 25 von allen drei gezeigten Filterschichten am größten ist. Fluid 13, beispielsweise ein Hydrauliköl, wird im Betrieb des Filterelements 1 durch fluidführende Einrichtungen innerhalb eines Filtergehäuses (nicht dargestellt), in dem das Filterelement 1 untergebracht ist, an die Anströmseite 22 des Filterelements 1 geführt und durchdringt die Filterschichten 25 bis 25b, um nach Passage eines nicht gezeigten Stützrohres im Inneren des Filterelements 1 an dessen Abströmseite 22' aus dem Filterelement 1 auszutreten und abgereinigt wieder einem hydraulischen Kreis zugeführt zu werden. Das Filterelement 1 kann jedoch auch nur aus einer Umfangsschicht aus Einzelfasern gebildet sein.
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In 2 ist in einer lediglich beispielhaft gezeigten Ausführungsform eine Formvorrichtung 27 zur Herstellung eines Filterelements 1, wie in 1 gezeigt, dargestellt. Prinzipiell weist die Formvorrichtung 27 zwei wesentliche Bestandteile, nämlich eine aus zwei gleich großen Formhälften 35 gebildete, hohlzylindrische Form 29 und die Düseneinrichtung 39 auf. Die Formhälften 35 sind vereinfacht als dickwandige Zylinderhälften, in denen beispielsweise eine Kühlvorrichtung zur Kühlung ihrer Innenseite 41 angeordnet sein kann, gebildet. Die Formhälften 35 sind mit geeigneten Fixiereinrichtungen, die nicht näher dargestellt sind, versehen, um diese ohne Versatz zueinander aber formschlüssig lösbar miteinander zu verbinden.
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Die Innenseite 41 der Formhälften 35 weist eine in Bezug auf das Material der Filterbahn 3 selbsttrennende Eigenschaft auf. In die Oberfläche 43 der Innenseite 41 einer jeden Formhälfte 35 ist eine Negativ-Matrix 33, die die in 1 an der Filterbahn 3 dargestellten Bildzeichen 15 spiegelbildlich abbildet, in der Art von Ausfräsungen oder sonstigen Ausnehmungen eingebracht. In Betrachtungsrichtung der 2 ist die Matrix 33 rechts durch die Bildzeichen 15 gebildet, dergestalt, dass die Bildzeichen 15 in 1 spiegelbildliche Ausnehmungen 45 in der Formoberfläche 31 oder Oberfläche 43 der Innenseite 41 jeder Formhälfte 35 sind. Die Matrix 33 ist in Betrachtungsrichtung der 2 links durch kreisscheibenförmige Vertiefungen 21, ebenfalls in Form von über den gesamten Bereich der Vertiefungen 21 reichenden, gleich tiefen Ausnehmungen gebildet. Wie gezeigt, bilden die beiden Formhälften 35 also einen Hohlzylinder aus, so dass sich ein zylindrischer Freiraum 37 in radialer Richtung zwischen den Formhälften 35 ergibt.
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Die Düseneinrichtung 39 ist im Wesentlichen durch einen Düsenbalken 40 aus einem, Kunststoffschmelze 47 transportierenden Rohr 49 gebildet. An dem Düsenbalken 40 sind in gleichmäßigen Abständen Spinndüsen 51 zur Bildung der Einzelfasern 23 angeordnet. Die Düsenöffnungen 53 der Spinndüsen 51 bilden in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Einzelfasern 23 hydraulisch durch Aufbringen von Druck auf die Kunststoffschmelze 47 aus und richten die Fasern annähernd senkrecht auf die Oberfläche 43 der Innenseite 41 in jeder Formhälfte 35 aus. Der Düsenbalken 40 wird von einer nicht näher dargestellten Servomotor-Einrichtung in axialer Richtung der Form 29 bewegt, wobei der axialen Verfahrbewegung eine rotatorische Bewegung des Düsenbalkens 40 überlagert ist, so dass die Einzelfasern 23 chaotisch auf die Oberfläche 43 gesprüht werden. Es kann vorteilhaft sein, zur besseren Auffächerung des Kunststoffschmelzestrahls und zum Transport der Einzelfasern 23 an die Oberfläche 43 einen Trägerluftstrom zu verwenden.
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In einem einzigen Verfahrensgang werden somit die Strukturen 11 und sämtliche Filterschichten 25, 25a, 25b, also auch die Filterbahn 3, welche auf ihrer Außenseite 5 die Strukturen 11 trägt, durch Auftrag der Einzelfasern 23 in der genannten Weise gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann sich auch die Form relativ zu dem Düsenbalken 40 bewegen.
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Nach vollständigem Auftrag der Einzelfasern 23 und der Ausbildung der gewünschten Filterschichten sowie nach einem Verfestigungs- oder Erstarrungsvorgang der Filterschichten 25, 25a, 25b können die gezeigten Formhälften 35 nach Lösen der entsprechenden formschlüssigen und eine Zentrierfunktion ausübenden Verbindung radial auseinanderbewegt werden und das Filterelement 1 entnommen werden. Das Filterelement 1 zeichnet sich durch eine hinreichende Steifigkeit in Bezug auf seinen vorgesehenen Einsatzzweck aus, wobei die weiteren Figuren Maßnahmen unter anderem zur Verbesserung der Steifigkeit des Filterelements 1 zeigen. So zeigt beispielsweise die 3a in einer schematischen, perspektivischen Ansicht eine Formhälfte 35, an deren innenseitiger Oberfläche 43 spiralförmig verlaufende, mit geringer Steigung versehene Ausnehmungen 45 mit gleichbleibendem, rechteckförmigem Querschnitt in die Oberfläche 43 eingelassen sind.
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Die Ausnehmungen 45 in der Art von Linien oder Streifen weisen gleichen, axialen Abstand zueinander auf, so dass sie, wie dies die 3b in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer Form 29 zeigt, bei zusammengefahrenen Formhälften 35 eine endlose, umfangsseitige Spiralform bilden. Wird in einem, wie in 2 gezeigtem Herstellungsverfahren ein Filterelement 1 durch Auftrag von Einzelfasern 23 in der beschriebenen Weise hergestellt, so ergibt sich ein Filterelement 1, dessen Außenseite 5 seiner Filterbahn 3 eine Oberfläche 9 aufweist, die eine radial aus seiner Oberfläche 9 herausragende Spirale 55 aufweist. Die dergestalt gebildete Spirale 55 stellt eine abgegrenzte Struktur 11 dar, die in der Lage ist, sowohl zur radialen und/oder axialen Aussteifung des Filterelements 1 als auch zur Fluidführung an seiner Oberfläche 9 beizutragen. Für gleiche Bauteile gelten im übrigen dieselben Bezugszeichen, wie in den vorangegangenen Figuren.
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Die Form kann auch einstückig ausgebildet sein, beispielsweise aus einer hohlzylindrischen Spritzgussform bestehen und das Filterelement kann aufgrund seiner Nachgiebigkeit entsprechend aus der Form entnommen werden. Auch lässt sich eine Entnahme des Filterelementes durch Zerstören der Form erreichen.
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Wie die 4a und 4b zeigen, können zur Herstellung von abgegrenzten Strukturen 11 an der Oberseite 9 eines Filterelements 1 auch in der Art von Rechtecknuten in Wickelform Ausnehmungen 45 in die Oberfläche 43 der Innenseite 41 einer jeden Formhälfte 35 der Form 1 eingebracht sein. Die Ausnehmungen 45, die in den 4a und 4b gezeigt sind, verlaufen jeweils im spitzen Winkel zueinander im Wesentlichen radial zu jeder Formhälfte 35 und schneiden sich hierbei tangential etwa in der Mitte einer jeden Innenseite 41 einer jeden Formhälfte 35, so dass insgesamt, wie 4b zeigt, die Ausnehmungen 45 eine Wickelform bilden. Dementsprechend wird bei Herstellung eines Filterelements in der in 4b gezeigten Form 29 eine Struktur 11 an der Oberfläche 9 der Filterbahn 3 des betreffenden Filterelements 1 gebildet, die sich kreuzende streifenartige Gestalt hat. Eine dahingehende Struktur 11 dient vorrangig der axialen und radialen Aussteifung des Filterelements 1.
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Die 5 zeigt in einer weiteren perspektivischen, schematischen Ansicht einer Formhälfte 35 für eine Form zur Herstellung eines Filterelements 1 eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Oberfläche 43 auf der Innenseite 41 der betreffenden Formhälfte 35. Hierbei sind regelmäßig axial verlaufende Ausnehmungen 45 mit über die axiale Länge gleichbleibendem, rechteckförmigem Querschnitt gezeigt. Diese Longitudinalbahnen 57 stellen eine Negativ-Matrix 33 dar, die nach der Ausformung eines Filterelements in der dahingehenden Form an der Oberfläche des Filterelements Längsstege ausbildet, die mit gleichbleibendem, tangentialen Abstand um den Umfang des Filterelements 1 angeordnet sind. Daraus resultiert insbesondere eine verbesserte Knick- und Biegesteifigkeit des betreffenden Filterelements 1. Zudem bilden sich zwischen den als Längsstege gebildeten Strukturen 11 eines aus der Formhälfte bzw. aus der Form 29 stammenden Filterelements 1 im Querschnitt gesehen rechteckförmige Fluidführungskanäle an der Anströmseite 22 eines dahingehenden Filterelements 1. Somit ist mit einer Gestaltung der Form in der Art, wie sie in 5 gezeigt ist, eine Längsführung des an das Filterelement 1 anströmenden Fluids 13 entlang der Außenseite 5 der Filterbahn 3 unterstützt.
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Wie 6 in einer weiteren perspektivischen, schematischen Ansicht einer Formhälfte 35 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Form 29 zeigt, können die Ausnehmungen 45 an der Oberfläche 43 der Innenseite 41 der betreffenden Formhälfte 35 auch in ihrer Grundrissform S-förmig geschwungen sein. Auch kann es vorteilhaft sein, wie 7 zeigt, die dahingehenden Ausnehmungen 45 in ihrer Grundrissform gezackt auszuführen. Die in 6 gezeigte Ausführungsform einer Formhälfte 35 ergibt eine Oberfläche 9 der Filterbahn 3 eines daraus geformten Filterelements 1, die in der Lage ist, durchströmendes Fluid 13 zu verlangsamen und in seiner Strömungsform laminar an dem Filterelement 1 entlang strömen zu lassen. Die Richtungsänderungen 19 der Strukturen 11, die sich bei der Ausformung eines Filterelements aus der in 7 dargestellten Form bilden, können zu einer Turbulenzbildung und Verlangsamung einer Fluidströmung an der Oberfläche 9 der Filterbahn 3 beitragen.
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In 8 ist in einer weiteren schematischen, perspektivischen Ansicht eine Formhälfte 35 für eine Form 29 zur Bildung eines Filterelements 1 gezeigt, deren Oberfläche 43 linienartig aneinandergereihte, kreisscheibenförmige Ausnehmungen mit einer gleichbleibenden, über die gesamte Fläche der jeweiligen Ausnehmung 45 konstanten Eingriffstiefe aufweisen. Die kreisscheibenförmigen Ausnehmungen 45 weisen gleichbleibende axiale Abstände a zueinander auf, so dass sich bei einer Ausformung eines Filterelements 1 aus der dahingehenden Form 29 Strukturen 11 an der Oberfläche 9 des Filterelements 1 bilden, die Unterbrechungen zueinander aufweisen. Dahingehende kreisscheibenförmige Strukturen sind bevorzugt in der Lage, über den gesamten Umfang eines Filterelements 1 unterschiedliche Druckdifferenzen beim Durchströmen des Filterelements mit Fluid 13 zu generieren.
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Es versteht sich, dass die in allen Figuren gezeigten Ausführungsformen der Matrix 33 nicht nur als Ausnehmungen 45 ausgebildet sein können, sondern teilweise oder ganz in Form von Erhebungen, die aus der Oberfläche 43 der Innenseite 41 einer jeden Formhälfte 35 hervorstehen.
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Während des Herstellvorganges eines Filterelements 1 in der dargestellten Weise können auch in die verschiedenen Filterschichten 25, 25a, 25b zusätzlich Filterhilfsstoffe mit chemischem und/oder physikalischem Wirkmechanismus eingebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005014360 A1 [0003]
- WO 01/37969 [0004]
