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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Filterelement-Kassette, insbesondere zur Filterung von Arbeitsflüssigkeiten in Funkenerodiermaschinen.
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Stand der Technik
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In verschiedenen Bereichen der Technik werden Partikel aus Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, abgeschieden. Die Notwendigkeit hierfür ist technologiespezifisch. Beispielsweise werden bei Erodierverfahren die mit Hilfe einer elektrischen Spannung zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und einer Elektrode abgetragen Bestandteile vom Werkstück durch eine nicht leitende Arbeitsflüssigkeit, z. B. ein Öl oder auch entionisiertes Wasser, weggespült. Die abgetragenen Bestandteile müssen aus der Flüssigkeit abgeschieden werden, um die Qualität, d. h. Reinheit, der Flüssigkeit zu erhalten. Hierzu werden bevorzugt Filterelemente mit entsprechenden Filtermedien verwendet.
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Das Dokument
DE 196 08 589 offenbart ein Filterelement für gasförmige oder flüssige Medien, welches in ein Filtergehäuse einsetzbar ist. Das Filterelement verfügt über ein zickzackförmig gefaltetes, ringförmig geschlossenes Filtermedium. An den Stirnseiten des Filtermediums sind Endscheiben angeordnet. Das Filterelement wird von innen nach außen von Flüssigkeit durchströmt, wobei sich die auf das Filterelement auftreffenden Partikel sich auf der Oberfläche des Filterelementes als Belag anlagern.
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Aus der US-Offenlegungsschrift
US 2003/038093 ist eine Filtereinheit bekannt, welche zwei zylindrische und konzentrisch angeordnete Filtermedien aufweist, welche jeweils an einem Ende mit einer Einlassplatte und am anderen Ende mit einer geschlossenen Auslassplatte verbunden sind. Aus der Offenlegungsschrift
DE 30 46 179 A1 ist ein Filter bekannt, in welchem innerhalb eines zylindrischen Filterelements ein weiterer Filterzylinder angeordnet ist, wobei die Filterzylinder zwischen ihren Lochblechen einen Ringspaltraum ausbilden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Filterungsanordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Filterelement-Kassette und einem Filtermodul mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Demgemäß ist eine Filterelement-Kassette zur Filterung von Flüssigkeiten in Werkzeugmaschinen, insbesondere Arbeitsflüssigkeiten in Funkenerodiermaschinen, vorgeschlagen, welche ein Gehäuse und ein in das Gehäuse eingesetztes zickzackförmig gefaltetes Filtermedium aufweist, wobei das Filtermedium mindestens zwei sich eben erstreckende Faltenbalge umfasst.
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Gegenüber zickzackförmig gefalteten, ringförmig geschlossenen Filtermedien ergibt sich der Vorteil, dass durch die flache Grundgeometrie des Filtermediums eine symmetrische Filterflächenanordnung ermöglicht wird und eine besonders günstige Filterflächenanströmung durch die Flüssigkeit entsteht. Die Filteroberfläche des Filtermediums kann dadurch gut genutzt werden.
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Eine Filterelement-Kassette zur Filterung von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten in Werkzeugmaschinen, weist wenigstens zum Beispiel ein Filtermedium auf, das eine Rohseite zum Einströmen von Fluid in das Filtermedium und Ablagern von Partikeln und eine Reinseite, an der das gefilterte Fluid aus dem Filtermedium austritt, aufweist. Ferner ist ein Gehäuse mit einem Innenraum, in das das Filtermedium den Innenraum bevorzugt dicht begrenzend eingesetzt ist, und das eine Öffnung zum Einströmen von zu filterndem Fluid oder Ausströmen von gefiltertem Fluid in bzw. aus dem Innenraum aufweist, wobei das Filtermedium als sich eben erstreckender Faltenbalg gefaltet ist, vorgesehen.
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Bei einer Ausführungsform sind die gegenüberliegenden Filtermedien mit ihren Rohseiten aufeinander zu ausgerichtet. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die gegenüberliegenden Filtermedien mit ihren Reinseiten aufeinander zu ausgerichtet Das zu reinigende Fluid strömt entweder durch die Öffnung in den Innenraum des Gehäuses und durch das Filtermedium aus dem Gehäuse aus oder es strömt durch das Filtermedium in den Innenraum des Gehäuses ein und verlässt dieses dann durch die Öffnung. Beim Durchtritt durch das Filtermedium wird das Fluid von Partikeln gefiltert.
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Bevorzugt wird das Filtermedium in Richtung vom Innenraum des Gehäuses nach außen durchströmt. Dadurch werden die am Filtermedium abgeschiedenen Partikel im Innenraum des Gehäuses gehalten und es wird ein Kontakt mit den abgeschiedenen Partikeln vermieden. Es ergibt sich dadurch eine besonders praktische Handhabung der Filterelement-Kassette insgesamt. Ein Bediener kann ohne eine Gefahr der Verschmutzung der Flüssigkeit, wie destilliertes oder entionisiertes Wasser, beim Wechseln des Filtermediums vorgehen.
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Das Filtermedium ist zum Beispiel als sich eben erstreckender Faltenbalg gestaltet. Es erstreckt sich somit zickzackförmig gefaltet im Wesentlichen in einer Ebene, wobei die Faltkanten auf einer Ebene aufliegen können. Zum Beispiel liegen die Faltkanten eines jeweiligen Faltenbalgs an der Gehäusewand. Dadurch wird eine symmetrische Filterflächenanordnung und gleichmäßige Filterflächenanströmung durch das Fluid ermöglicht. Die Filteroberfläche des Filtermediums kann dadurch optimal genutzt werden.
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Bevorzugt ist das Filtermedium so lösbar im Gehäuse angeordnet, dass es ausgetauscht werden kann. Damit kann die Filterelement-Kassette flexibel an geänderte Einsatzbedingungen angepasst werden und verbrauchte Filtermedien können ausgetauscht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Filtermedium mit Hilfe eines formstabilen Stützkörpers, der bevorzugt zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt ist, in das Gehäuse eingesetzt, der das Filtermedium randseitig einfasst. Mit Hilfe des Stützkörpers kann das Filtermedium in seiner Form stabilisiert werden, was die Handhabung und das Einsetzen in das Gehäuse erleichtert. Das Filtermedium erhält durch den Stützkörper eine definierte Form. Der formstabile Stützkörper erlaubt ferner eine besonders stabile Befestigung am Gehäuse. Bevorzugt verläuft der Stützkörper dabei auch zwischen dem Filtermedium und dem Gehäuse, so dass ein formgenaues Einsetzen des Filtermediums unterstützt wird. Es ist ebenso möglich, dass das Filtermedium direkt am Gehäuse anliegt und lediglich seitlich vom Stützkörper zur Versteifung abgestützt wird. Dadurch ist dann keine Abdichtung zwischen Stützkörper und Gehäuse erforderlich.
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Das Filtermedium kann auch selbstragend sein. Das Filtermedium ist beispielsweise derart starr, dass keine wesentliche Verformung bei einem Durchfluss von zu reinigendem Fluid erfolgt. Vorzugsweise sind die Faltenbalge geeignet, einem Filtrationsdruck bis zu 5 bar zwischen einer Rohfluidseite und einer Reinfluidseite zu widerstehen. Maschinenspezifische Vorgaben können auch andere Filtrationsdrücke bedingen.
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Die Filterelement-Kassette kann an die verschiedensten Einsatzgebiete angepasst werden. Die Faltenhöhe des Filtermediums beträgt bevorzugt zwischen 10 und 400 mm. Besonders bevorzugt liegt die Faltenhöhe zwischen 20 und 200 mm. Als Faltenhöhe wird hier beim zickzackförmig gefalteten Filtermedium der Abstand von zwei Flächen verstanden, die jeweils an jeder zweiten Knickstelle der zickzackförmigen Faltung anliegen. Die erste Fläche liegt demnach an der ersten, dritten, fünften, ... Knickstelle und die zweite Fläche an der zweiten, vierten, sechsten, ... Knickstelle an. Die Faltenhöhe ist dabei für die zur Verfügung stehende Filtermediumsoberfläche bei einer begrenzten Abmessung der Filterelement-Kassette relevant.
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Bei einer weiteren Ausführungsform variiert die Faltenhöhe innerhalb des Filtermediums um wenigstens 20%. Es ergibt sich dadurch eine gleichmäßigere Partikelablagerung über die Oberfläche des Filtermediums. Dies liegt daran, dass die Bereiche der Falten des Filtermediums mit einer höheren Faltenhöhe, die weitere von den Knickstellen entfernt liegen, von den Partikeln durch die benachbarten Falten mit geringerer Faltenhöhe besser erreicht werden.
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Ferner erlaubt die vorgeschlagene Filterelement-Kassette, dass eine Fertigungstoleranz insbesondere im Hinblick auf eine gleichmäßige Faltenhöhe herabgesetzt werden kann. Insofern ist das Filterelement einfacher herzustellen.
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Es ist auch denkbar, beispielsweise zur weiteren Verbesserung der Durchströmeigenschaften, abwechselnd unterschiedliche Faltenhöhen vorzusehen. Man spricht auch von einer W-Faltung, bei der abwechselnd zwei gleich kurze Faltabschnitte einer ersten Breite an zwei gleich lange oder gleich breite Faltabschnitte einer zweiten Breite aufeinander folgen. Ein Faltabschnitt ist dabei durch Faltungen oder Faltkanten entgegen gesetzter Faltorientierung begrenzt. Unter dem Faltabschnitt versteht man das Filtermedium zwischen zwei direkt benachbarten parallelen Faltungen.
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Die Filtermedien sind vorzugsweise derart in dem Gehäuse angeordnet, dass Faltkanten von unterschiedlichen Faltenbalgen in einem vorgegebenen Abstand voneinander gegenüber liegen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform sind wenigstens zwei Filtermedien einander gegen über liegend, insbesondere parallel zu einander und sich überlappend, angeordnet. Am Filtermedium liegt im Betrieb ein Druckunterschied zwischen Rohseite und Reinseite an. Dieser Differenzdruck führt dazu, dass Flüssigkeit durch das Filtermedium durchtritt. Durch die paarweise Anordnung der Filtermedien, können die aus dem Druckunterschied resultierenden Kräfte an den Filtermedien gegeneinander gerichtet werden, so dass sich diese neutralisieren und keine resultierende Kraft abgestützt werden muss. Beispielsweise sind die gegenüber liegenden Filtermedien so nahe aneinander angeordnet sind, dass sie aneinander anliegen oder dass die Falten der Filtermedien ineinander greifen. Durch diese nahe Anordnung der Falten der Filtermedien wird das zu filternde Fluid gezwungen, sehr nahe an den Filtermedien entlang und hindurch zu strömen. Dadurch wird eine sehr effiziente Filterung und gute Partikelverteilung auf der Filtermediumsoberfläche erzielt. Schon vor dem Durchtreten des zu filternden Fluids durch das Filtermedium werden dabei Partikel verstärkt auf der Filtermediumsoberfläche abgelagert. Bevorzugt werden dabei die gegenüberliegenden Filtermedien mit ihren Rohseiten aufeinander zu ausgerichtet. Dadurch sammeln sich die Partikel im Filterinnenraum.
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Gemäß noch einer Ausführungsform ist das zickzackförmige Filtermedium derart ausgestaltet, dass die Faltenkanten einer ersten Seite eines Faltenbalgs eine glatte Fläche bilden und die zweite Seite des Faltenbalgs eine gebogene oder eine gewinkelte Fläche bilden. Insbesondere umfassen die Faltenbalge jeweils mindestens einen ersten Bereich mit ersten Faltenhöhen und einen zweiten Bereich mit zweiten Faltenhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Filterelement-Kassette eine im Wesentlichen quaderförmige Außenkontur auf. Die quaderförmige Außenkontur ermöglicht eine kompakte Anordnung mehrer Filterelement-Kassetten zusammen auf dichtem Raum. Ferner wird eine einfache Stapelbarkeit und ein schubladenförmiges Einschieben von mehreren Filtereinheiten in ein gemeinsames System ermöglicht.
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Es wird ferner ein Filtermodul beschrieben. Ein Filtermodul weist mehrere Filterelement-Kassetten auf, die in einem gemeinsamen Modulgehäuse angeordnet und parallel oder hintereinander geschaltet sind.
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Bei einer parallelen Anordnung werden die Filterelement-Kassetten parallel durchströmt, das heißt das zu reinigende Fluid strömt parallel in bevorzugt alle Filterelement-Kassetten ein. Dadurch kann die Filterdurchströmungskapazität der Filterelement-Kassetten summiert werden, was einen großen Fluiddurchsatz ermöglicht.
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Außerdem ermöglicht die modulare Ausgestaltung mit einzelnen Filterelementkassetten, dass belegte Filtermedien ausgetauscht werden können, ohne dass der Betrieb des Filtermoduls unterbrochen werden muss. Es kann ferner flexibel durch Auswahl der Anzahl der parallel eingesetzten Filterelement-Kassetten die gesamte Filterfläche an den Bedarf angepasst werden.
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Bei einer Hintereinanderschaltung der Filterelement-Kassetten werden diese hintereinander von demselben Fluid durchströmt. Das zu reinigende Fluid strömt dabei durch eine Filterelement-Kassette, wird dabei gefiltert und das gefilterte Fluid strömt anschließend in die nächste Filterelement-Kassette. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Filterleistung erzielen.
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Die Hintereinanderschaltung erlaubt eine gestufte Filterung. Bei einer Ausführungsform sind Filterelement-Kassetten mit verschiedenen Filtermedien eingesetzt. Zum Beispiel erfolgt eine Vorfilterung mit einer Filterelement-Kassette, welche eine grobe Filterung vollzieht, und anschließend fluidstromabwärts eine Sekundär- oder Endfilterung mit einer Filterelement-Kassette, welche eine feine Filterung vollzieht.
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Ferner können unterschiedliche Filtermedien hintereinander gestaffelt werden, wodurch die Filterleistung weiter verbessert werden kann. Bevorzugt werden die Filterelement-Kassetten mittels eines Schlauchsystems miteinander gekoppelt. Ebenso ist es möglich, dass die Filterelement-Kassetten mittels eines Kanalsystems im Modulgehäuse in ein Fluidströmungssystem zusammengeschaltet sind. Das Kanalsystem übernimmt dabei die Funktion des Schlauchsystems.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Filtermodul als Schubladencontainer mit ausziehbaren Filterelement-Kassetten gebildet. Dadurch können die einzelnen Filterelement-Kassetten besonders schnell und einfach ausgetauscht werden. Bevorzugt ist der Schubladencontainer verfahrbar gestaltet. Dazu sind beispielsweise mehrere Rollen unten am Schubladencontainer angebracht. Dies ermöglicht es ungeachtet des Gewichts des Schubladencontainers, den Schubladencontainer schnell an einen gewünschten Einsatzort zu bewegen. Dies ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz des Schubladencontainers.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen dabei:
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1: zwei perspektivische Ansichten einer Filterelement-Kassette gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2: eine perspektivische Schnittdarstellung mehrerer Filterelement-Kassetten gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3: eine perspektivische schematische Darstellung eines Filtermoduls gemäß einer Ausführungsform.
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4: eine schematische Darstellung von zickzackförmigem Filtermedium gemäß einer Ausführungsform; und
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5: eine schematische Querschnittsdarstellung einer Filterelement-Kassette gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt zwei perspektivische Ansichten einer Filterelement-Kassette 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Filterelement-Kassette 1 ist quaderförmig als eine Art Schublade mit einem Handgriff 15 ausgestaltet. Das Gehäuse 5 der Filterelement-Kassette 1 wird an einer Seite durch Ausströmöffnungen 14, die bei dieser Ausführungsform in einem Lochblech 16 vorgesehen sind, begrenzt. Eine Öffnung 6 ist in der linken Darstellung zu Erkennen, die bei dieser Ausführungsform ein Einströmen von Fluid 9 in einen Innenraum 7 des Gehäuses 5 der Filterelement-Kassette 1 ermöglicht. In der rechten perspektivischen Darstellung ist das Ausströmen des Fluids 9 aus dem Gehäuse 5 durch das Lochblech 16 ebenfalls in Pfeilform dargestellt. Im Gehäuse 5 wird das Fluid 9 beim Durchtritt durch einzickzackförmig gefaltetes Filtermedium 2 gefiltert. Das Gehäuse 5 ist bei dieser Ausführungsform schubladenartig mit einem Griff 15 zum herausziehen bzw. Einschieben gestaltet.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung mehrerer Filterelement-Kassetten 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Auf der rechten Darstellung erkennt man ein Filtermodul als Wagen ausgebildet. Dabei sind Einschübe für die Filterelement-Kassetten 1 vorgesehen. Das Gehäuse 5 weist wie bei der ersten Ausführungsform eine Öffnung 6 für eine Fluidzuführung in das Gehäuse 5 der Filterelement-Kassetten 1 und mehrere Austrittsöffnungen 14 zum Herausleiten des Fluids aus dem Gehäuse 5 auf. Zwei Filtermedien 2, die sich jeweils in Zickzackform gefaltet, eben erstrecken, sind einander gegenüberliegend einen Innenraum 7 des Gehäuses abgenzend angeordnet. Die Filtermedien 2 sind beispielsweise mit Hilfe eines Stützkörpern 8 in das Gehäuse 5 eingesetzt. Die Filtermedien weisen eine Faltenhöhe h senkrecht zu ihrere Längserstreckungsrichtung auf, die hier mit einem Doppelpfeil dargestellt ist, und als Abstand zwischen parallelen Ebenen zu verstehen ist, die jeweils durch die Knickstellen des Filtermediums 2 auf einer seiner Seiten verlaufen.
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Auf der rechten Seite der 2 ist dargestellt, wie zu reinigendes Fluid duch eine Pumpe 11 über Schläuche 13 den jeweiligen Eintritssöffnungen 6 zugeführt wird. Unterhalb der Filterelement-Kassetten 1 ist ein Sammelraum 15 für das gefilterte Fluid, wie zum Beispiel ein verunreinigtes Medium für EDM-Einrichtungen (EDM = electrical discharge machines). An einem Ab- oder Auslauf 17 tritt das gereinigte Fluid z. B. als sauberes Dielektrikum aus.
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3 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines Filtermoduls 10 gemäß einer Ausführungsform. Das Filtermodul weist mehere Filterelement-Kassetten 1 auf, die in einem Modulgehäuse 12 angeordnet sind. Man kannauhc von einem DFilterschrank sprechen Die Filterelemnte 10 sind bei dieser Ausführungsform parallelgeschaltet. Dadurch summiert sich die Filterkapazität der einzelnen Filterelement-Kassetten 1 im Filtermodul 10. Dargestellt ist hier die Rückseite des Filtermoduls 10 mit dem Anschluss der einzelnen Filterelement-Kassetten 1 an eine gemeinsamen Verteiler über Schläche 13 Der verteiler kann mit einre Pumpe 11 ausgestattet sein. Die Filterelement-Kassetten 1 werden schubladenartig im Bild aus der Bildebene heraus in das Filtermodul 10 eingeschoben und in umgekehrter Richtung wieder entfernt. Durch das schubladenartige System von im wesentlichen quaderförmig gestalteteten Filterelement-Kassetten 1 im Filtermodul 10 ergibt sich eine dichte und damit platzsparende Ansordnung von Filterelement-Kassetten 1, die leicht ausgetauscht werden können.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung von zickzackförmigem Filtermedium im Querschnitt. Das zickzackförmige Filtermedium 2 ist als Faltenbalg mit einer W-Faltung ausgebildet. Das Profil der Faltungen entspricht dabei eines aneinandergesetzten Ws. In der Orientierung der 4 unten bilden die Faltkanten 18 eine ebene Fläche. Die oberen Faltkanten 19, 20 ergeben abwechselnd eine unterschiedliche Höhe der Faltungen. Man erkennt enge Faltabschnitte 2A und breite Faltabschnitte 2B, die paarweise aneinander durch eine Faltkante getrennt sind. Zwei aneinander anschließende enge Faltabschnitte 2A grenzen jeweils an zwei aneinander anschließende breite Faltabschnitte 2B.
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Die Figur zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Filterelement-Kassette 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Es sind zwei flache Faltenbalge 2 in dem Gehäuse 5 einander gegenüber angeordnet. In dem Gehäuse 5 ist eine Öffnung 6 zum Einleiten des zu filternden Fluids in den Innenraum 7 zwischen den Rohseiten der Faltenbalge 2 angeordnet. Die Faltungen der Faltenbalge 2 sind derart ausgestaltet, dass die nach innen gerichteten Faltkanten einer Kontur 23 folgen, welche in der 5 gestrichelt angedeutet ist. Es ergeben sind dadurch Bereiche 21 mit einer ersten Faltenhöhe und einen oder mehrere Bereiche 22 mit einer zweiten Faltenhöhe. Durch eine Modulation der Faltamplituden kann die Strömung des Fluids beeinflusst werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19608589 [0003]
- US 2003/038093 [0004]
- DE 3046179 A1 [0004]
