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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, welches insbesondere als Flüssigkeitsfilter beispielsweise für Öl, Kraftstoff oder Harnstofflösung im Automobilbereich geeignet ist. Das vorgeschlagene Filterelement dient beispielsweise als in einem Filtergehäuse auswechselbar ansetzbares Filterelement.
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Stand der Technik
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Bekannte Flüssigkeitsfilter umfassen häufig einen zylinderförmigen Endlos-Faltenbalg, der an der jeweiligen Stirnseite von Kunststoff-Endscheiben begrenzt ist. Beispielsweise sind Kraftstofffilter bekannt, bei denen Kraftstoff oder andere Betriebsmittel für Kraftfahrzeuge von außen durch das zickzackförmig gefaltete Filtermedium in den Innenraum des entsprechenden Filterelementes eindringen und als gefiltertes Fluid durch eine Ausströmöffnung in einer der Endscheiben entnommen wird.
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Andere Filterelemente, wie Rückspülfilter, sind aus der
DE 102 44 292 A1 bekannt. Darin ist ein Filterelement zum Filtern von Fluiden mit einem langgestreckten Stützkörper bekannt, der mit einer Filterwand als Filtermedium fest verbunden ist. Bei der
DE 102 44 292 A1 ergibt sich ein Strömungskanal in Längsrichtung zwischen zwei Filterelementöffnungen, wobei sich der Strömungskanalquerschnitt zur Filterelementmitte hin verjüngt, um eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und Reinigungswirkung an den Filterwänden zu erzielen.
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Aus der
US 2005/0077224 A1 ist eine radial durchströmbare Kartusche für lonenaustauschharz bekannt, welches innere und äußere rohrartige Käfige und eine dazwischenliegende, vom Außenkäfig beabstandete, rohrförmige Auskleidung aufweist, welche sich in Richtung Außenkäfig verformen kann.
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Das Patent
US 5,437,387 A beschreibt einen Behälter mit sicherem Verschluss zum Aufbewahren und Transportieren gefährlicher Flüssigkeiten.
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Das Patent
US 4,507,200 A offenbart einen Flüssigkeitsfilter mit einem Einsatz, der zwischen zwei konzentrischen Filterelementen anordenbar ist.
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Aus der
WO 2009/106592 A2 ist ein Filterelement mit optimierter Faltenanordnung bekannt.
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Insbesondere bei Filterelementen einfacherer Geometrie, wie beispielsweise zylinderförmigen Filterelementen, ist es wünschenswert, die Handhabbarkeit beispielsweise durch ein Schutzgitter um das eigentliche Filtermedium herum zu verbessern. Entsprechende Elemente, die stützend wirken, führen jedoch zu einer aufwändigeren Fertigung des eigentlichen Filters.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative oder verbesserte Filterelemente bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein Filterelement mit einem Filtermedium und einem zumindest teilweise fluiddurchlässigen Stützelement vorgeschlagen. Das Stützelement dient zum Aufnehmen und losen Halten des Filtermediums in einem Stützelementinneren, welches sich entlang einer Längsachse zwischen einem ersten und einem zweiten Stützelementrand erstreckt. Dabei verkleinert sich eine Querschnittsfläche des Stützelementinneren von einem Randbereich hin zu einem Mittenbereich zumindest abschnittsweise.
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Das Filterelement dient insbesondere zum Filtern von Betriebsmitteln oder Schmierstoffen für Brennkraftmaschinen. Das Filterelement ist beispielsweise für einen Ölwechselfilter, Ölfilter, Kraftstofffilter oder einen Harnstofflösungsfilter vorgesehen. Das Filterelement kann auch ein Luftfilterelement sein.
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Das Stützelement umschließt das Filtermedium, welches als ein Faltenbalg mit Faltkanten entlang der Längsachse ausgeführt ist. Es ergibt sich ein sternförmiges Filtermedium, welches in das Stützelementinnere bei der Herstellung eingeschoben wird.
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Bei dem Filterelement liegt beispielsweise das Filtermedium auf der Innenseite an dem Stützelement auf. Das Stützelement und das Filtermedium sind dabei beispielsweise aneinander angeschmiegt, aber nicht fest miteinander verbunden oder verklebt. Das Material des Filtermediums und des Stützelements, welches auch als Stützkörper bezeichnet sein kann, sind zum Beispiel in Anlage miteinander.
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Durch die Veränderung der Querschnittsfläche des Stützelementinneren von einem Randbereich, also beispielsweise von einem oberen Rand des Stützelementes, in Richtung zur Längsachse bis einer Mitte des Stützelementinneren kann das Filtermedium besonders leicht ohne Knick- oder Stauchgefahr in das Stützelementinnere eingeführt oder geschoben werden. Insofern dient das Stützelement von einem der Stützelementränder als eine Art Trichter und verjüngt sich hinsichtlich seiner Querschnittsfläche zunächst, so dass das Filtermedium etwas gestaucht wird und leicht in das Stützelementinnere vollständig eingeführt werden kann. In weiteren Herstellungsschritten können zusätzliche Elemente des Filterelementes angefügt oder vorgesehen werden.
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In Ausführungsformen des Filterelements verbinden Längsstreben den ersten und den zweiten Stützelementrand. Der Stützelementrand ist beispielsweise ringförmig, kreisförmig oder oval, so dass die Längsstreben über die Länge oder Höhe des Filterelementes bzw. des Filtermediums eine Art Zylindermantel bilden. Man kann auch von einem Stützgitter um das Filtermedium herum sprechen.
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Das Stützelement bildet außen einen Zylindermantel, und das Stützelementinnere hat einen sich von dem Mittenbereich in Richtung zu den Stützelementrändern vergrößernden Durchmesser oder Radius. Man kann davon sprechen, dass das Stützelementinnere eine Art Doppelkonus ausbildet. Unter einem Randbereich wird beispielsweise verstanden, dass bei einer zylindrischen Geometrie des Stützelements von außen in der Nähe der Deckflächen des Zylinders ein größerer Innendurchmesser besteht als beispielsweise im Mittenbereich, also auf halber Höhe oder Länge des Stützelementinneren, entlang der Längsachse. Das Filterelement ist z.B. rotationssymmetrisch um die Längs- oder Rotationsachse ausgebildet. Die Mitte ist dabei vorzugsweise auf eine Höhe des Zylindermantels bezogen.
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Das Stützelement dient einerseits der einfacheren Handhabbarkeit, so dass beispielsweise beim Austausch nicht das Filtermedium selbst, welches Filtervliesmaterial sein kann, gegriffen wird, sondern das beispielsweise aus einem festen Kunststoff gefertigte Stützelement. Außerdem führt das Stützelement beim Durchströmen des Filterelementes von innen nach außen dazu, dass das Filtermedium nicht geknickt wird, sondern von der Innenseite gegen beispielsweise die Streben des Stützelementes drückt und gehalten werden.
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In Ausführungsformen des Filterelementes umfasst mindestens ein Stützelementrand in Richtung der Längsachse weisende Abstandshalter. Der Stützelementrand, welcher beispielsweise als Ring ausgebildet ist, ist insbesondere mittels der Abstandshalter an zumindest einer Endscheibe des Filterelementes abgestützt, vorzugsweise mittels der Abstandshalter mit zumindest einer Endscheibe verbunden. Zum Verbinden können die Abstandshalter unterschiedlich tief in die Endscheibe eintauchen, so dass Fertigungstoleranzen des Abstandes zwischen den Endscheiben, die an gegenüberliegenden Seiten des Stützelementes angeordnet sind, ausgeglichen werden können.
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Das Filtermedium ist insbesondere zwischen einer ersten und einer zweiten Endscheibe angeordnet. Die Endscheiben sind mit dem Filtermedium fest verbunden, so dass eine fluiddichte Abdichtung beispielsweise an den Faltenprofilen des zickzackförmigen und balgförmig gefalteten Filtermediums vorliegt. Das Filtermedium kann mit dem Endscheibenmaterial verklebt oder verschweißt sein.
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Eine der Endscheiben hat beispielsweise eine Einströmöffnung für zu filterndes Fluid. Ferner kann die Einströmöffnung mit einer Dichtung, insbesondere einer Radialdichtung, versehen sein. Es ist denkbar, dass die Einströmöffnung mit einem Einströmstutzen oder Anschluss versehen ist. Der Anschluss kann dabei Rastnasen oder Wulste umfassen, um an ein Anschlussrohr befestigt zu werden.
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Das Filterelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass zu filterndes Fluid, wie beispielsweise Kraftstoff oder andere Betriebsmittel für Brennkraftmaschinen durch die Einströmöffnung in einen Innenraum des Filtermediums gelangt, das Filtermedium im Wesentlichen radial durchströmt und gereinigtes Fluid nach außen durch das Stützelement austritt.
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In Ausführungsformen ist das Filtermedium ein selbsttragendes Filtermedium. Selbsttragende Filtermedien behalten beispielsweise im Wesentlichen ihre Form auch ohne Stützmittel bei. Als ein selbsttragendes Filtermedium kann beispielsweise zickzackförmig gefaltetes und optional versteiftes Filtervliesmaterial gelten.
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Durch die Geometrie und den sich von einer Stirnseite verjüngende Innenquerschnitt des Stützelementes ist eine besonders günstige Produktion des Filterelementes möglich. Ist das Stützelement in konventioneller Weise in der Art eines Stützgitters mit Längsstreben und Ringen um einen Zylindermantel herum angeordnet und hat einen Zylinder als Stützelementinneres, kann der Balg beim Hineinschieben in ein entsprechendes Stützelementinnere an den Ringen anstoßen, verkanten und verknicken oder in irgendeiner Weise beschädigt werden. Bei dem vorgeschlagenen Stützelement hingegen dient die sich von der Mitte oder beispielsweise halber Höhe verkleinernde Querschnittsfläche des Stützelementinneren als eine Einführhilfe.
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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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Figurenliste
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Es zeigen dabei:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Stützelements für ein Filterelement;
- 2: eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Filterelements mit einem Stützelement gemäß 1;
- 3: eine Querschnittsansicht der Ausführungsform eines Filterelements gemäß 2;
- 4: eine Querschnittsansicht von Details von Ausführungsformen für Stützelemente; und
- 5: mögliche Profile von Stützstreben in Stützelementen.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Stützelements für ein Filterelement. Man erkennt in der 1 das Stützelement 2, welches von außen in der Art eines Zylindermantels aus einem oberen Rand 5 und einem unteren Rand 5, welche jeweils ringförmig ausgebildet sind, aufgebaut ist. Zwischen dem oberen Rand 5 und dem unteren Rand 5 sind Längsstreben 8 vorgesehen. Ferner sind weitere ringförmige Mittelstreben 6 und zwei näher beieinander liegende Mittenstreben 7 vorgesehen. Die Mittenstreben 7 sind etwa auf halber Höhe des Stützkörpers oder Stützelements 2 angeordnet. Man kann auch von einem gitterförmigen Stützkörper sprechen. Der Stützkörper 2 ist dabei mit Öffnungen 12 versehen, durch die zu filterndes Fluid, wie Kraftstoff oder Öl, treten kann. In den Stützelementinnenraum oder das Stützelementinnere 20 wird beim Herstellen eines Filterelementes ein Filtermedium eingesetzt. Das Filtermedium hat dabei häufig eine zylindrische Geometrie, wie beispielsweise ein Endlosfaltenbalg, der in der Sicht der 1 von oben sternförmige Kantenprofile hat.
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In der 2 ist ein Filterelement 1 mit einem entsprechenden Stützelement 2, wie es in der 1 dargestellt ist, angegeben. An den ringförmigen Rändern 5 des Stützelementes 2 entlang der Längsachse 11 sind Abstandshalter 9 vorgesehen. Man erkennt insbesondere in der 2, wie ein Endlosfaltenbalg als Filtermedium 3 in das Stützelementinnere 20 eingeführt ist.
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Auf die untere Stirnseite des Filtermediums 3 ist eine untere Endscheibe 4 fluiddicht angebracht. Die Endscheibe 4 kann mit den Faltprofilen fest verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben. Auf die obere Stirnseite des Filtermediums 3 ist eine obere Endscheibe oder Deckscheibe 14 fluiddicht angeordnet. Die Endscheibe 14 hat eine Einströmöffnung 10, die durch einen Anschlussstutzen 17 gebildet ist, der eine Rastnase oder Wulst 13, welche umlaufend ist, umfasst. Beim Betrieb des Filterelements 1 strömt Fluid durch die Einströmöffnung 10 in den Innenraum 19 des Filtermediums 3 (vgl. 3) und tritt als gereinigtes Fluid durch das Filtermedium 3 im Wesentlichen radial nach außen durch die Öffnungen 12 im Stützgitter bzw. Stützkörper 2 aus.
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Damit insbesondere eine günstige Kraftverteilung beim Durchströmen, also einem erhöhten Innendruck bzw. einem Druckabfall vom Innenraum 19 des Filtermediums 3 zum Außenraum hin, gut abgestützt wird, sind die Längsstreben 8 derart profiliert, dass der Stützelementinnenraum im Randbereich, also insbesondere zwischen den Mittelstreben 6 und den Rändern 5, eine größere Querschnittsfläche hat als im Mittenbereich, also insbesondere im Bereich der Mittenstreben 7.
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Man erkennt in der 2 und deutlicher in der 3, welche eine Querschnittsansicht des Filterelementes 1 darstellt, dass ein Innenradius oder Innendurchmesser des Stützelementes 2 insbesondere auf halber Höhe H/2, welche entlang der Längsachse 11 gemessen ist, des Filterelements 1 ein Minimum d hat. In der Querschnittsdarstellung der 3 erkennt man, dass zwischen dem Innenradius oder Durchmesser d, der insbesondere in der rotationssymmetrischen Ausführung des Filterelementes 1 ein Maß für die Querschnittsfläche ist, am Rand 5 größer ist als im mittleren Bereich, insbesondere auf halber Höhe. Die Differenz zwischen dem Außendurchmesser D und dem Innendurchmesser d ist mit Δd angegeben. Dies kann beispielsweise erzielt werden, indem die Mittelstreben 8 ein entsprechendes Profil aufweisen.
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In der 4 unten ist ein mögliches Dickenprofil von Längsstreben 8 angedeutet. Ferner ist in der 5 ein entsprechendes Profil angedeutet. In der 5 ist auf der horizontalen Achse h die Höhe oder Länge des entsprechenden Filterelementes 1 angedeutet. Die gestrichelte Kurve d zeigt den Innendurchmesser im Verlauf der Höhe oder Länge des Filterelements. Mit der durchgezogenen Linie D ist der Außendurchmesser des Stützkörpers bezeichnet. Man erkennt, dass Δd, also die Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser, bei etwa halber Höhe H/2 ein Maximum hat. Dies erleichtert insbesondere das Einführen des Filtermediums 3 beim Herstellen des Filterelementes. Es erfolgt beispielsweise in der Orientierung der 3 ein Einschieben von oben des zylinderförmigen Filtermediums in den leicht doppelkonisch ausgeführten Stützelementinnenraum 20. Der Stützelementinnenraum 20 ist insofern in der Art eines Trichters als Einführhilfe für das Filtermedium in den Stützkörper 2 ausgeführt. Anschließend können die Endscheiben 4, 14 mit dem Filterelement verklebt oder verschweißt werden. Dabei dienen beispielsweise die in der 1 angedeuteten Abstandshalter 9 zum Fixieren des Stützelementes 2 zwischen den Endscheiben 4, 14.
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Beim Betrieb des Filterelements 1 erfolgt ein Fluiddurchfluss von innen nach außen, wie es durch die Pfeile 18 angedeutet ist. Prinzipiell ist auch eine entgegengesetzte Durchströmrichtung denkbar. Ferner ist an dem Anschlussstutzen 7 eine Radialdichtung 16 vorgesehen, mit Hilfe derer eine fluiddichte Anschlussmöglichkeit, beispielsweise an ein Anschlussrohr, möglich ist.
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In der 4 oben ist eine alternative Möglichkeit dargestellt, wie die Querschnittsfläche des Stützkörperinnenraums entlang der Höhe verändert werden kann. In der 4 oben ist beispielsweise eine Längsstrebe 8 dargestellt, die mit nach innen (in der Orientierung der 4 nach oben) gerichteten Ringelementen 5, 6, 7 unterschiedlicher Dicke ausgestaltet ist. Die 4 zeigt insofern eine Schnittansicht einer Längsstrebe mit ringförmigen Streben. Die Mittenstrebe 7 hat dabei die größte Dicke und die an den Rändern 5 vorliegenden Ringe eine geringere Dicke.
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Vorzugsweise ist bei insbesondere zylinderförmigen und rotationssymmetrischen Filterelementen die Steigung der Querschnittsverjüngung vom Randbereich in Richtung zum Mittenbereich konstant. Man erreicht dadurch beispielsweise einen doppelkonischen Stützelementinnenraum. Eine symmetrische Ausführung des Stützgitters bzw. Stützelementes einerseits rotationssymmetrisch, aber auch spiegelsymmetrisch im Hinblick auf die Mitte, also H/2, erleichtert bei Fallteilen, die insbesondere im Spritzgussverfahren hergestellt werden, die Auswahl und die Orientierung beim Zusammensetzen des Filterelements.
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Vorzugsweise sind insbesondere die Längsstreben 8 mit ihren Seiten, wie sie in der 1 mit 15 bezeichnet sind, parallel orientiert. Insofern lassen sich die Stützelemente einfach in einem Spritzgussverfahren aus einem zweiteiligen Werkzeug mit zusätzlichem Kern fertigen.
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Beispielsweise genügt eine geringe konische Form bzw. Querschnittsänderung entlang der Höhe des Stützelementinnenraums. Denkbar ist beispielsweise ein Innendurchmesser des Stützelementinneren im Mittenbereich von nur 62,2 mm und ein Innendurchmesser im Randbereich von 64,2 mm. Denkbar sind selbstverständlich auch andere Bema-ßungen und Formen für Stützelemente.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
