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Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Abreinigen von insbesondere partikulären Verschmutzungen aus Fluiden mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Filtervorrichtung mit einem solchen Filterelement.
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Dahingehende Filterelemente zum Abreinigen von Partikelverschmutzungen aus Hydrauliköl sind handelsüblich und verfügen regelmäßig über einen mehrlagigen Aufbau und zur Erhöhung der wirksamen Filterfläche sind sie vorzugsweise plissiert ausgebildet. In Verbindung mit Fluidanlagen verschiedenster Art finden solche Filterelemente verbreitet Anwendung für die Filterung von Fluiden wie Verfahrensflüssigkeiten, Druckflüssigkeiten einschließlich Hydraulikölen sowie flüssigen Kraft- und Schmierstoffen etc.
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Neben dem Abreinigen von insbesondere partikulären Verschmutzungen aus dem Fluidstrom übernehmen moderne Filterelemente zusehends weitere Aufgaben. Eine große Herausforderung der sich die Filtrationstechnik in jüngster Zeit stellen musste, ist die Tatsache, dass die vorrangig mit solchen Filterelementen abzureinigenden Hydraulikflüssigkeiten aufgrund von Umweltschutzvorgaben keine metallischen Additive, insbesondere keine umweltschädigenden Zinkzusätze mehr aufweisen dürfen, wodurch jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Hydraulikflüssigkeit herabgesetzt ist. Um zu vermeiden, dass es hierdurch bedingt zu das Filtermedium schädigenden Entladungsvorgängen kommt, ist im Stand der Technik (
DE 10 2004 005 202 A1 ) bereits vorgeschlagen worden, bei einem Filterelement mit mehrlagig plissiertem Filtermedium, das sich zwischen zwei Endkappen erstreckt und das sich zumindest an einer Seite an einem perforierten Stützrohr als Stützeinrichtung abstützt, mindestens eine der genannten Komponenten mit einer Kontaktierungseinrichtung zu versehen, die eine elektrische Ableitung für das Filterelement ermöglicht.
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Die
DE 31 24 602 A1 beschreibt ein Filterelement mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 zum Abreinigen von insbesondere partikulären Verschmutzungen aus Fluiden, wie Hydrauliköl, die Gase, wie Luft, beinhalten, mit mindestens einer Filterlage, die eine Reinseite von einer Rohseite trennt, wobei mindestens eine Medienlage mit Koaleszenzeigenschaft vorhanden ist, die beim Durchströmen mit dem Fluid das im Fluid befindliche Gas für einen verbesserten Austrag aus dem Fluid zu größeren Gasblasen zusammenführt.
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Ein Koaleszenzfilter mit einer Gradientenstruktur wird beschrieben in AGRAWAL, Swarna: Nonoskalig strukturierte Textilfiltermedien für die Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen. Stuttgart, Universität, Dissertation, 2012.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den genannten Stand der Technik dahingehend weiter zu verbessern, dass zusätzliche Lösungen geschaffen sind, die im Rahmen der Fluidbehandlung und Fluidpflege weitere Anwendungsgebiete eröffnen. Die dahingehende Aufgabe löst ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Filtervorrichtung nach Anspruch 5.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist bei einem erfindungsgemäßen Filterelement vorgesehen, dass die jeweilige koaleszierende Medienlage ebenso plissiert ist wie die jeweilige Filterlage und deren Faltenverlauf nachfolgt; und dass die Medienlage aus einem voluminösen Vlies gebildet ist, das einen gerichteten Porengrößengradienten von fein nach grob aufweist.
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Innerhalb des Fluids feinst verteilte Luftblasen mit geringer Auftriebsneigung werden ausgehend von einem feinen Porengradienten des Vlieses in Richtung eines groben Porengradienten transportiert, so dass mit Koaleszenz der Luftblasen innerhalb der Medienlage große Luftblasen mit hoher Auftriebsneigung generiert werden, die dann die Medienlage in Richtung der Umgebung verlassen. Durch die angesprochene Abstufung von fein nach grob bekommt die Medienlage im Querschnitt gesehen eine Art trichterförmige V-Struktur, wobei der sich nach außen hin erweiternde Trichter der auf triebsgemäßen Abgabe großer Luftblasen nach der vorangehenden Koaleszenz dient.
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Es ist vorgesehen, dass neben den üblichen filtrierenden Lagen oder Schichten für die Partikelfiltration mindestens eine Medienlage mit Koaleszenzeigenschaft vorhanden ist, die beim Durchströmen mit dem zu behandelnden Fluid das im Fluid befindliche Gas für einen verbesserten Austrag aus diesem Fluid zu größeren Gasblasen zusammenführt.
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Beim Durchströmen des Filterelementes wird dabei mittels der jeweiligen Filterlage nicht nur das von der Rohseite auf die Reinseite strömende Unfiltrat, insbesondere in Form von Hydrauliköl von partikulärer Verschmutzung abgereinigt, sondern vielmehr erlaubt die mindestens eine zusätzliche Medienlage innerhalb des Lagenverbundes des Filterelementes mit Koaleszenzeigenschaft, dass die zunächst im Fluidstrom feinst dispergiert vorliegenden Luftblasen zu zusehends größeren Einheiten zusammengefasst werden, so dass sich das Luftblasenvolumen vergrößert mit der Folge, dass die nun größeren Luftblasen einen größeren Auftrieb, sprich eine schnellere Aufstiegsgeschwindigkeit besitzen und dergestalt die Luft schneller aus dem Fluid abgeführt, sprich dass das Fluid schneller und besser entgast werden kann, als dies sonst der Fall ist.
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Die jeweiligen Medienlage mit Koaleszenzeigenschaft ist bevorzugt bei allen Durchströmungsrichtungen mit dem Fluid auf der Abströmseite des Filterelementes angeordnet. Dergestalt wird verhindert, dass die von der Koaleszenzlage vergrößerten Luftblasen gegebenenfalls von einem in Durchströmungsrichtung nachgeschalteten feineren Filtermaterial wieder zerkleinert werden.
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Bevorzugt ist dabei die Medienlage aus einem voluminösen Vlies oder Vliesstoff gebildet und weist insbesondere einen faserigen Aufbau auf. Insgesamt entsteht dabei eine faserige 3D-Matrix, und es hat sich als günstig erwiesen, in eine Grundstruktur eingewebte Polyesterfasern (PET) einzusetzen. Besonders bevorzugt wird das Vlies mit überwiegender Faser-Längsorientierung durch eine einseitige, flächendeckende Maschenbildung bei gleichzeitiger Ausformung von senkrecht zur Mattenbahn angeordneten Polfasern erreicht; ein Herstellverfahren, das unter der Handelsbezeichnung Kunit Eingang in die Fachwelt gefunden hat. Ähnliche Vliese oder Vliesstoffe werden unter den Bezeichnungen Maliwatt, Malivlies, Multikunit oder Hycoknit im Markt angeboten. Ganz allgemein können aber eben solche Vliese und Vliesstoffe zum Einsatz gebracht werden nebst gegebenenfalls anderen Austauschmaterialien und Austauschgeweben, die im Rahmen des Fluid- oder Medientransports für eingetragene Gase die angesprochene Koaleszenz zu größeren Einheiten ermöglicht.
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Die angesprochene Medienlage kann auch isoliert zum Einsatz im Rahmen von Fluid-Behandlungsgeräten und Fluid-Pflegegeräten kommen, wobei die Durchströmungsrichtung des Fluids durch die Medienlage vorzugsweise entlang der aufgespannten Anströmfläche erfolgt.
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Eine besonders bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung im Rahmen einer Filtervorrichtung ergibt sich dann, wenn ein konventionelles Filterelement unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialabstandes und unter Bildung eines Fluidströmungsraumes von einer Gehäusewand eines Vorrichtungsgehäuses umgeben ist, die mehrere Durchlassstellen aufweist, und man den dahingehenden Fluidströmungsraum mit der koaleszierenden Medienlage zumindest teilweise ausfüllt. Ist die dahingehende Filtervorrichtung dann in einem Fluid-Vorratstank eingebaut und sieht man vor, dass die von der koaleszierenden Medienlage abgedeckten Durchlassstellen in der Gehäusewand vorzugsweise oberhalb und unterhalb des jeweiligen veränderbaren Fluidniveaus im Vorratstank abgedeckt sind, ergibt sich neben einer sehr guten Abreinigung des Fluids eine sehr gute Möglichkeit, in das Fluid eingetragene Gasblasen während einer Bevorratung im Tank an die Umgebung wieder abzugeben.
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Gerade in Verbindung mit dem sogenannten „Downsizing“ von Antriebsmotoren zwecks Verbrauchsminimierung kommt es zu immer schnelleren Umlaufzeiten des Fluids zwischen der Tankbevorratung und dem Einsatz am Motor bei gleichzeitig aus Platzgründen heraus gewünschten, immer geringer werdenden Umlaufmengen, so dass die sonst üblicherweise vorgesehene Bevorratungszeit des Fluids im Tank nicht mehr ausreicht, um eine zufriedenstellende Entgasung gewährleisten zu können. Mit der erfindungsgemäßen Filtervorrichtungslösung, insbesondere wenn es sich um eine sogenannten Intank-Lösung handelt, ist auch bei den beschriebenen erschwerten Betriebszuständen eine sichere und umfangreiche Entgasung des Fluids ermöglicht, auch wenn es sich um eine stark aufgeschäumte Hydraulikflüssigkeit im Tank handeln sollte.
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Anstelle der angesprochenen koaleszierenden Medienlage im Bereich des Fluidströmungsraumes zwischen üblichem Filterelement und Gehäusewand mit den Durchlassstellen kann auch ein Filterelement mit koaleszierender Medienlage treten. Weiter verbesserte Entgasungsergebnisse lassen sich insbesondere dadurch erreichen, dass man die fensterartigen Durchlassstellen im Vorrichtungsgehäuse mit einem Netz oder Gitter abdeckt, um dergestalt weitere Ansammelpunkte für Luftblasen zu erhalten, die dann in noch größerem Verbund aus dem Fluid in die Umgebung und/oder in das Tankinnere abgeschieden werden können.
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Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Lösungen anhand von Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 bis 4 perspektivisch gezeichnete Teilansichten eines Filterelements ohne End- oder Abschlusskappe;
- 5 und 6 in vergleichbarer Darstellung, wie bei den 1 bis 4 aufgezeigt, ein Koaleszenzelement;
- 7 eine Prinzipdarstellung einer Medienlage mit Koaleszenzeigenschaft;
- 8 einen Längsschnitt durch eine Filtervorrichtung mit eingebautem Filterelement; und
- 9 eine perspektivische Außenansicht der Filtervorrichtung nach der 8.
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Die Ausführungsformen der 5 und 6 dienen lediglich der Erläuterung des Hintergrundes der Erfindung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht den oberen Teil eines Filterelements, welches beispielsweise in hydraulischen Anlagen mobiler Arbeitsmaschinen oder in stationären hydraulischen Anlagen zum Abreinigen strömungsfähiger Fluide, wie Hydrauliköle, von Schmutzpartikeln eingesetzt ist. Das dahingehende Filterelement ist regelmäßig als Austauschelement konzipiert und weist endseitig Endkappen (in 1 nicht dargestellt) auf, von denen zumindest eine je nach Anströmrichtung des Fluids regelmäßig mit einem Fluideinlass oder Fluidauslass versehen ist. Das Filterelement ist regelmäßig zylindrisch und rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel nach der 1 wird das gezeigte Filterelement von außen nach innen mit dem Fluid durchströmt, so dass im Inneren als Stützeinrichtung ein perforiertes, zylindrisches Stützrohr 10 angeordnet ist, an dem sich indirekt die inneren Filterfalten des Filtermediums 12 abstützen können. Das Stützrohr 10 kann aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Metallwerkstoff bestehen.
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Das plissierte Filtermedium 12 weist mindestens eine Filterlage 14 auf, wobei regelmäßig mehrere Filterlagen vorhanden sind, die in üblicher Weise Vorfilter- und Hauptfilterlagen ausbilden, die sich zwischen Draht- oder Kunststoffgeweben erstrecken, die die Stützlagen für die genannten Filterlagen ausbilden. So kann im Lagenverbund des Filtermediums 12 eine erste Filterlage aus einem Schutzvlies, vorzugsweise aus einem Kunststoffvlies, bestehen und eine zweite Filterlage aus einem Filtermaterial, wie Glasfasern, Papier, Zellulosepapier, synthetischen Filtermaterialien oder sog. Meltblown-Fasern. Ferner können die Filterlagen auch aus sog. Komposite-Materialien mit mehreren Filtermaterialien unterschiedlicher Art aufgebaut sein. Insbesondere über das Filtermedium 12 und die ausgewählten Filterlagen lassen sich die Filtereigenschaften für das in 1 teilweise dargestellte Filterelement vorgeben. In 1 ist zur besseren Unterscheidung das Filtermedium 12 stirnseitig als schwarzer, durchgezogener Strich wiedergegeben.
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Der bisher beschriebene Filterelementaufbau ist üblich und Stand der Technik. Das erfindungsgemäße Filterelement unterscheidet sich jedoch gegenüber den bekannten Lösungen dadurch, dass mindestens eine Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft vorhanden ist, die beim Durchströmen mit dem abzureinigenden Fluid das im Fluid befindliche Gas für einen verbesserten Austrag aus dem Fluid zu größeren Gasblasen zusammenführt.
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Hierfür ist die angesprochene jeweilige Medienlage 16 in das gefaltete oder plissierte Filtermedium 12 mit eingefaltet und die Falten der jeweiligen Medienlage 16 folgen den Falten des Filtermediums 12 nach, insbesondere liegt die benachbart zu dem Filtermedium 12 angeordnete Medienlage 16 flächig am Filtermedium 12 entlang jeder Filterfalte an und folgt deren Verlauf auch über die gesamte Einbaulänge des Filterelements nach. Insoweit ist diese Medienlage 16 oder eine weitere, nach innen hin nachfolgende weitere Medienlage 16 auf der Abströmseite (Reinseite) des Fluids angeordnet, wohingegen das Filtermedium 12 auf dem anströmseitigen Teil des Filtermediums 12 angeordnet ist, dessen Faltentäler an die Täler der Medienlage 16 angrenzen. Insoweit ist also die Medienlage 16 zwischen Stützrohr 10 und Filtermedium 12 durchgehend angeordnet.
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Die jeweilige Filterlage 14 und die jeweilige Medienlage 16 umfassen mithin plissiert gemeinsam einen Hohlraum 18, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel die sog. Reinseite des Elements bildet, über den das abgereinigte Fluid aus dem Filterelement für dessen Weiterverwendung abführbar ist. Die jeweilige Filterlage 14 und die jeweilige Medienlage 16 trennen mithin die Reinseite des Filterelements überwiegend gebildet durch den Hohlraum 18 von einer Roh- oder Unfiltratseite ab, die in Blickrichtung auf die 1 gesehen sich außenumfangsseitig an die Filterlage 14 anschließt und im Übrigen auch die Zwischenräume zwischen der jeweils zuäußerst angeordneten Filterlage 14 mit einschließt.
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Als für die angesprochene Anwendung geeignete Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft kommt eine solche in Frage, wie sie vom prinzipiellen Aufbau her beispielhaft in der 7 näher dargestellt ist. Die Medienlage 16 besteht bevorzugt aus einem Vlies, das einen mit Pfeil X gekennzeichneten, gerichteten Porengrößengradienten aufweist, wobei entlang des Pfeiles X in Blickrichtung auf die 7 gesehen rechts auf der Anströmseite der Medienlage 16 die Feinstruktur beginnt und nach außen hin in Richtung der links angeordneten Abströmseite zusehends in eine Grobstruktur übergeführt wird. Die in 7 aufgezeigte Medienlage 16 als Vlies oder Vliesstoff ist zur Vereinfachung der darzustellenden Koaleszenzvorgänge als Mehrschichtsystem aufgebaut, was in der Praxis so nicht zwingend realisiert sein muss. Die in Blickrichtung auf die 7 rechts dargestellte Grundschicht 21 dient beim Durchströmen des Fluids 20 dazu, in dem Fluid 20 regelmäßig feinst dispergierte Blasen 22 aufgrund der Koaleszenzeigenschaft der Grundschicht 21 zu volumetrisch größeren Einheiten zusammenzuführen. Die dahingehende Grundschicht 21 kann aus einem Faser- oder Fadengrundgewebe bestehen als Bestandteil des angesprochenen Vlieses oder Vliesstoffes.
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In der Strömungsrichtung des Fluids gesehen ist der Grundschicht 21 nachgeordnet eine Mittel- oder Faserschicht 24 vorhanden, die prinzipiell zeigt, wie die rechts in die Schicht 21 eingebrachten Luftblasen 22 mit kleinerem Durchmesser zu größeren Luftblasen 22 zusammengefasst werden, mithin zu größeren Einheiten koalisieren. Insbesondere ist die angesprochene Mittel- oder Faserschicht 24 aus in die Grundschicht 21 oder Grundstruktur eingewebten Polyesterfasern (PET) gebildet. Nach Austritt aus der Mittel- oder Faserschicht 24 sind die Luftblasen 22 zu einem großen Volumen zusammengefasst und verlassen die freien Endbereiche der Fasern oder deren Enden selbst über die in Blickrichtung auf die 7 links angeordnete Außenschicht 26. Wie die 7 weiter zeigt, kommt es aufgrund der angesprochenen Abstufung von fein nach grob für die Medienlage 16 im Querschnitt gesehen zu einer Art trichterförmigen V-Struktur (nicht dargestellt), wobei, wie erläutert, der sich nach außen hin erweiternde Trichter der Abgabe der großen Luftblasen 22 über die Außenschicht 26 nach der vorangehenden Koaleszenz, insbesondere in der Mittel- oder Faserschicht 24, dient. Die zu großen Einheiten zusammengefassten Blasen 22 verlassen dann die Medienlage 16 zur Umgebung (Abströmseite) hin, indem sie auftriebsbedingt den mit 27 bezeichneten Fluidraum verlassen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Vlies mit einer überwiegenden Faser-Längsorientierung durch eine einseitige, flächendeckende Maschenbildung bei gleichzeitiger Ausformung von senkrecht zur Mattenbahn von der Grundschicht 21 angeordneten Polfasern auszubilden; ein Herstellverfahren, das unter der Handelsbezeichnung Kunit für technische Gewebe Eingang in die Fachwelt gefunden hat. Grundsätzlich ist aber auch jede anders geartete Medienlage für die Bildung großer Luftblasen geeignet, sofern eine voluminöse, insbesondere eine voluminöse faserige 3D-Matrix, geschaffen wird. Durch die Bildung der großen Luftblasen 22 durch die Mittel- sowie die Außenschicht 24 bzw. 26 verfügen diese innerhalb des Fluids über bessere Auftriebseigenschaften und können aufgrund dessen das Fluid erleichtert verlassen, wozu noch mit beitragen kann, dass aufgrund des Druckgradienten zwischen Anströmseite und Abströmseite des Fluids (Rohseite bzw. Reinseite) die zunächst im Fluid feinst verteilten Luftblasen wegen Druckverlust 22 sich leichter entspannen und das Fluidmedium verlassen können. Die in 7 gewählte Darstellung eines Dreischichtsystems für die Medienlage 16 ist nur prinzipieller Natur und dient der besseren Erläuterung.
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Überträgt man die 3D-Matrix nach der 7 auf die Detaillösung nach der 1 und unterstellt, es ist nur eine Medienlage 16 vorhanden, ist dann die Außenschicht 26 in flächiger Anlage, insbesondere über ihre Faserenden mit der Außenseite der benachbart zugeordneten Stützeinrichtung in Form des Stützrohres 10 und die Grundschicht 21 ist nach außen hin unter Zwischenschaltung des Filtermediums 12 der Umgebung, respektive der Rohseite des Fluids zugewandt. Durch die dahingehend in die Filterfalten eingefaltete Medienlage 16 ist ein besonders stabiler, druckresistenter Aufbau erreicht und die Medienlage 16 ist vor Druckwechselbeanspruchungen weitestgehend geschützt.
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Die nachfolgenden Ausführungsformen betreffend ein Filter- und/oder Koaleszenzelement gemäß den Darstellungen nach den 2 bis 6 werden nur noch insoweit erläutert, als sie sich wesentlich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel nach der 1 unterscheiden und die bisher eingesetzten Bezugszeichen werden insoweit auch für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele verwendet, wobei die bisher hierzu getroffenen Ausführungen auch insoweit dann für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sinngemäß gelten.
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Die Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich insoweit von der Ausführungsform nach der 1, als die Durchströmung mit dem Unfiltrat (Fluid mit Partikelverschmutzung) von innen nach außen erfolgt, so dass insoweit die Abstützung mittels des Stützrohres 10 auf der Außenumfangsseite vorgenommen ist. In das plissierte Filtermedium 12 mit seiner jeweiligen Filterlage 14 ist wiederum die jeweilige Medienlage 16 eingefaltet, wobei die jeweilige Medienlage 16 nunmehr nach außen und dem Hohlraum 18 abgewandt ist, der beim Ausführungsbeispiel nach der 2 nunmehr die Roh- oder Unfiltratseite darstellt. In Durchströmungsrichtung des Fluids gesehen kommt also zunächst das Filtermedium 12, dann die jeweilige Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft auf der Abströmseite und dann das Stützrohr 10.
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Bei der Ausführungsform nach der 3 erfolgt die Durchströmung analog dem Ausführungsbeispiel nach der 1, wobei nunmehr die in 7 prinzipiell dargestellte Medienlage 16 außenumfangsseitig und vollflächig um das Stützrohr 10 herumgeführt ist. Insoweit stützen sich also die einzelnen Filterfalten des Filtermediums 12 grund- oder bodenseitig an der Außenumfangsseite der insoweit zylindrisch ausgebildeten Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft ab. Ein dahingehend aufgebautes Filterelement lässt sich kostengünstig realisieren. Dem Filtermedium 12 zugewandt ist die Grundschicht 21 und dem Stützrohr 10 die Außenschicht 26, so dass die Medienlage 16 wiederum auf der Abströmseite der gesamten eingesetzten Lagen 14 angeordnet ist.
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Bei der Ausführungsform nach der 4 ist wiederum das Filterelement von der Durchströmungsrichtung her, vergleichbar der Lösung nach der 2, ausgebildet, so dass sich das Stützrohr 10 nach außen zur Umgebung hin erstreckt. Zwischen dem Filtermedium 12 und dem Stützrohr 10 ist wiederum die jeweilige Medienlage 16 in hohlzylindrischer Weise eingebracht und die zuerst angeordnete Filterfaltenanordnung stützt sich mit ihren äußeren Faltenrücken auf der Innenseite der benachbart angeordneten Medienlage 16 ab, die wiederum zur Abströmseite hin orientiert ist.
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Bei der Ausführungsform nach der 5 ist nun ein reines Koaleszenzelement dargestellt, das von außen nach innen von dem Fluidstrom passierbar ist. Auch wenn gegebenenfalls das in 5 dargestellte Koaleszenzelement zumindest teilweise eine Partikelverunreinigung des Fluids mit beseitigen kann, liegt das Hauptaugenmerk der Medienlage 16 auf ihrer Koaleszenzeigenschaft. Insoweit ist also die in 7 im Querschnitt dargestellte Medienlage 16, wie in 5 dargestellt, zu plissieren und um das Stützrohr 10 abstandsfrei entlang dessen Außenumfang herum anzuordnen. Insoweit kann sich das empfindliche Medienlagenmaterial entlang der Außenschicht 26 innenumfangsseitig mit dem inneren Faltenrücken direkt am Außenumfang des Stützrohres 10 abstützen. Die Grundschicht 21 ist dabei wiederum auf der Zuströmseite des Fluids nach außen hin angeordnet. Anstelle einer einzelnen Medienlage 16 können wiederum mehrere Medienlagen im Verbund auftreten, wobei gegebenenfalls zwischen einzelnen Medienlagen 16 auch Filterlagen 14 und/oder Stützlagen eingebracht werden können (nicht dargestellt). Die Ausführungsform nach der 6 entspricht der Lösung nach der 5, wobei die dortige Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaften nunmehr von innen nach außen durchströmt wird, wobei die Grundschicht 21 der Medienlage 16 der Roh- oder Innenseite des hohlzylindrischen Elementes zugewandt ist und die Außenlage 26 (vgl. 7) wiederum in Anlage ist mit der Innenseite des äußeren Stützrohres 10.
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Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung können auch zwei voneinander separate Stützrohre eingesetzt werden, wobei ein Stützrohr hierbei die Partikelfilterlagen abstützen kann und ein zweites Stützrohr stützt das Vlies mit Koaleszenzeigenschaften ab. Die separate Abstützung verhindert, dass das Vlies mit Koaleszenzeigenschaft bei Differenzdruckerhöhung nicht durch die Partikelfilterlagen zusammengedrückt wird. Das Vlies könnte ansonsten durch die angesprochene Pressung seine dreidimensionale Struktur und somit zumindest teilweise die vorteilhaften, beschriebenen Entgasungseigenschaften verlieren. Die Medienlage mit Koaleszenzeigenschaft, respektive Koaleszervlies können mit wasserabscheidenden Materialien, wie sie unter der Markenbezeichnung Aquamicron® bekannt geworden sind, kombiniert werden. Ferner besteht die Möglichkeit, das Koaleszerelement oder das Filterelement selbst mit Materialien auszustatten, wie sie unter der Markenbezeichnung Statfree® auf dem Markt einschlägig bekannt sind und die eine elektrische Ableitung im Betrieb des jeweiligen Elementes ermöglichen.
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In aufwendiger konzipierten Filtervorrichtungen und Filteranlagen lassen sich gegebenenfalls auch Filterelemente mit Koaleszenzelementen miteinander kombinieren, was anhand der nachfolgend beschriebenen Filtervorrichtung nach den 8 und 9 noch näher erläutert werden wird.
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Die in der
8 gezeigte Filtervorrichtung dient dem Einbau in einen behälterartigen Fluidvorratstank
30, vergleichbar zu der Einbausituation nach der
EP 1 419 807 B1 . Von dem Fluidvorratstank
30 gemäß der Darstellung nach der
8 ist nur die obere Tankwand
32 eingezeichnet sowie eine zugehörige Aufnahmewand
34 zum Festlegen der Filtervorrichtung in dem genannten Einbautank. Zwischen diesen Wänden
32,
34 verläuft ein Einlaufkanal
36 für verschmutztes Fluid (Rohseite), wie es beispielsweise aus dem Hydraulikkreis einer nicht näher dargestellten Arbeitshydraulik einer Baumaschine oder dergleichen stammt.
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Die Filtervorrichtung weist des Weiteren ein Filterelement 38 auf mit vorzugsweise plissierter Filtermatte oder plissiertem Filtermedium 12 gemäß den früheren Erläuterungen im Umfang der Ausführungsbeispiele nach den 1 bis 4. Das Filtermedium 12 ist zwischen einer oberen Endkappe 42 und einer unteren Endkappe 44 als Teile des Filterelements 38 ausgeführt. Die untere Endkappe 44 weist mittig und koaxial zur Längsachse 46 der Filtervorrichtung verlaufend ein übliches Bypassventil 48 auf, das bei von Partikelverschmutzungen zugesetztem Filtermedium 12 öffnet und unter Umgehung des Filtermediums 12 das Fluid ungereinigt über eine untere Bypassöffnung 50 in den Vorratstank abströmen lässt. Wie bereits beschrieben ist das Filtermedium 12 nach außen von dem Stützrohr 10 oder Stützmantel als Stützeinrichtung umfasst und stützt vergleichbar den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 6 das jeweilige Element nach außen hin ab. Der Fluideintritt des ungereinigten Fluids erfolgt vom Einlaufkanal 36 kommend über die obere Eintrittsöffnung 52 der Endkappe 42 des Filterelements, tritt in den Hohlraum 18 ein und durchquert das Filterelement 38, in Blickrichtung auf die 8 gesehen, vom Hohlraum 18 aus, also von innen nach außen, zum Tankinneren 54 hin gerichtet.
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Das Filterelement 18 ist in einem als Ganzes mit 60 bezeichneten Gehäuse aufgenommen, das an seiner Oberseite eine flanschartige Verbreiterung 62 aufweist, die die Filtervorrichtung in diesem Bereich an der Oberseite der oberen Tankwand 32 abstützt. An die genannte Verbreiterung 62 schließt sich nach unten hin eine zylindrische Gehäusewand 64 an, die zu ihrer Unterseite 66 hin bis auf die Bypassöffnung 50 geschlossen ist. Vorzugsweise bildet die dahingehende Unterseite 66 der Gehäusewand 64 ein eigenständiges Bodenteil aus und die Gehäusewand 64 stützt sich mit ihrem jeweils freien Ende an einer absatzartigen Stufe des Bodenteils 66 ab sowie an der flanschartigen Verbreiterung 62. Damit der beschriebene Verbund des Gehäuses 60 in der in 8 gezeigten Zusammenbaulage verbleibt, sind außenumfangsseitig zum Filtermedium 12 mit Stützrohr 10 Haltestäbe 68 angeordnet, von denen in der 8 nur ein Haltestab 68 gezeigt ist und von den beiden anderen dahingehend vorzugsweise eingesetzten Haltestäben 68 ist in der 8 ein weiterer Stab 68 der Einfachheit halber nur mit seinem unteren Abschlussende gezeigt, das insoweit unter die Unterseite des Bodenteils 66 hervorragt. In diesem Bereich ist der jeweilige Haltestab 68 über eine Gewindemutter 70 verschraubt. Dergestalt kann unter einer vorgegebenen Vorspannung die Gehäusewand 64 zwischen Verbreiterung 62 und Bodenteil 66 festgelegt werden.
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Damit das Gehäuse 60 in die obere Tankwand 32 einsetzbar ist, ist in dieser eine entsprechende kreiszylindrische Ausnehmung eingebracht, deren Durchmesser jedenfalls größer ist als der Außendurchmesser im Bereich des Übergangs zwischen der flanschartigen Verbreiterung 62 und dem Außenumfang der Gehäusewand 64. Ferner ist ein Deckelteil 74 als Teil der Filtervorrichtung vorhanden mit einem Handgriff 76 für den erleichterten Ein- und Ausbau der Filtervorrichtung in den gezeigten Tank 30. Das Deckelteil 74 weist eine absatzartige Verbreiterung auf, die auf der Oberseite der Aufnahmewand 34 aufsteht, und ein Absatz der Verbreiterung greift in den freien Innendurchmesser der Aufnahmewand 34 unter Anlage an dieselbe ein. Zur Fluidabdichtung dient in diesem Bereich ein ringförmiges Dichtelement 80 üblicher Bauart. Wie insbesondere die 9 zeigt, sind diametral zur Längsachse 26 der Vorrichtung einander gegenüberliegende Festlegeschrauben 82 vorhanden, die dem Festlegen des Deckelteils 74 an der Aufnahmewand 34 dienen. Nach Lösen dieser Schrauben 82 lässt sich die Filtervorrichtung aus dem Tank 30 ausbauen und in umgekehrter Montageabfolge wieder einbauen. Die dahingehenden Montagevorgänge sind insbesondere dann notwendig, sofern ein verbrauchtes Filterelement 18 gegen ein Neuelement zu tauschen ist.
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Konzentrisch zur angesprochenen Längsachse 46 verläuft ein Magnetstab 84, der insbesondere die Funktion eines Permanentmagneten hat und der in Blickrichtung auf die 8 gesehen mit seinem oberen Ende im Deckelteil 74 festgelegt, insbesondere dort eingeschraubt ist und mit seinem anderen gegenüberliegenden freien Ende durchgreift er die Innenseite des Filterelements 38 in Form des Hohlraumes 18. Der dahingehende Magnetstab 84 erlaubt eine Abscheidung von magnetisierbaren Metallbestandteilen als weitere Komponente der Partikelverschmutzung im zu filternden Fluid. Sowohl der Magnetstab 84 als auch das Bypassventil 48 sind optional und für die Funktion der Filtervorrichtung als Ganzes nicht zwingend vorzusehen.
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Wie die 8 des Weiteren zeigt, nimmt die zylindrische Gehäusewand 64 einen vorgebbaren Radialabstand zu der Außenumfangsfläche des Filterelements 38 ein, so dass insoweit ein Fluidströmungsraum 86 gebildet ist. Der dahingehende Fluidströmungsraum 86 erstreckt sich parallel zur Außenumfangsfläche des Filterelements 38, insbesondere erstreckt er sich in axialer Längsrichtung parallel zur Längsachse 26 der Vorrichtung zwischen der Oberseite des Bodenteils und der Unterseite der flanschartigen Verbreiterung 62. Ferner ist der Fluidströmungsraum 86 nach außen hin im Wesentlichen von der Gehäusewand 44 begrenzt und nach innen hin von der Außenumfangsfläche des plissierten Filtermediums 12. Sofern ein Stützmantel oder ein Stützrohr 10 für das plissierte Filtermedium 12 dort zum Einsatz kommt, bildet die dahingehende Außenumfangsfläche die Begrenzung für den Fluidströmungsraum 86 zur Innenseite der Vorrichtung hin.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der 8 ist ein mögliches Fluidniveau 88 innerhalb des Vorratstanks 30 beispielhaft eingezeichnet, wobei die Unterseite des symbolhaft angegebenen Dreiecks die Oberseite des Fluidniveaus 88 wiedergibt. Das Filterelement 38 und mithin der Fluidströmungsraum 86 liegen teilweise unter dem genannten Niveau 88 und teilweise oberhalb desselben. In Abhängigkeit von der zuströmenden Fluidmenge über den Einlaufkanal 36 oder die abströmende, für die Arbeitshydraulik benötigte Fluidmenge, ändert sich das Fluidniveau 88 gegenüber der gezeigten Momentanposition in der 8.
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Wie insbesondere die 9 zeigt, die eine Außenansicht der Filtervorrichtung nach der 8 betrifft, sind in der Gehäusewand 64 fensterartige Durchlassöffnungen 90 vorhanden, die ringartig übereinanderliegende und umfangsseitig umlaufende Gruppen ausbilden, wobei die beiden benachbarten Gruppen einen gleichen Axialabstand zueinander aufweisen und die einzelnen Durchlassöffnungen 90 innerhalb einer Gruppe weisen, in radialer Richtung gesehen, ebenfalls gleiche Abstandsmaße zueinander auf. Wie die Darstellung nach den 8 und 9 zeigt, ist bei gegebenem Fluidniveau 88 die untere Gruppe an Durchlassöffnungen 90 vom Fluidniveau 88 noch abgedeckt und die darüberliegende Gruppe an Durchlassöffnungen 90 endet oberhalb der Niveauoberseite ins Innere des Tanks 30 aus.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Filtervorrichtungsanordnung strömt das in den Fluidströmungsraum 86 eintretende, vom jeweiligen Filterelement 38 gereinigte Fluid im Bereich des jeweiligen Fluidniveaus 88 und oberhalb desselben in laminarer Weise über die zuordenbaren Durchlassstellen 90 in den Vorratstank 30 ein und die unerwünschte Spritz- oder Schaumbildung beim austretenden Fluid ist derart mit Sicherheit vermieden. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen einströmendem, nicht gereinigtem Fluid und abströmendem, gereinigten Fluid kann letzteres im Fluidströmungsraum 86 über das Fluidniveau 88 im Tank 30 angehoben werden bei gleichmäßiger Verteilung entlang der Innenseite der Gehäusewand 64 mit den Durchlassstellen oder Durchlassöffnungen 90, wozu auch Kapillareffekte mit beitragen können, und der derart entstehende gleichmäßige Fluidfilm ermöglicht dann den spritz- und schaumfreien Austritt aus den genannten Durchlassfenstern 90 quer zu der Gehäusewand 64.
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Sofern das im Fluidströmungsraum 86 befindliche, gereinigte Fluid etwaige Gasblasen, wie Luftblasen, aufweist, werden diese an die jeweilige Durchlassstelle 90 mit abgegeben, die für eine fluidniveaunahe Abgabe innerhalb des Vorratstanks 30 die Blasen sammelt und vorzugsweise für eine erleichterte Abgabe in ihrem Volumen vergrößert. Dergestalt erhalten die Gasblasen einen höheren Auftrieb und separieren sich leichter von der austretenden, gereinigten Fluidmenge, insbesondere derart, dass kein Schaum und keine Spritzbildung entstehen, die ansonsten wiederum die Einbindung von Gas oder Luft in die austretende Fluidmenge begünstigen würden. Sofern die Fluidmenge innerhalb des Vorratstanks 30 im Wesentlichen entgast ist, kann bei einer entsprechenden Fluidentnahme und Weitergabe an die Arbeitshydraulik es zu keinen Gasblasen bedingten Ausfällen kommen und Schädigungen der Arbeitshydraulik im Betrieb sind vermieden. Durch das homogene Austrittsverhalten werden auch gegebenenfalls noch in dem Tank 30 befindliche Schadstoffteile nicht aufgewirbelt und auf aufwendige Vorruhekammern im Tank 30, die im Übrigen auch Bauraum einnehmen können, kann vollständig verzichtet werden. Zusätzlich kann das Abscheideverhalten von Luft begünstigt werden, sofern die fensterartigen Durchlassstellen oder Durchlassöffnungen 90 mit einem Gitter, Sieb oder Netz (nicht dargestellt) überdeckt sind. Auch kann anstelle der fensterartigen Durchlassöffnungen 90 ein perforiertes oder teilperforiertes Rohr als Gehäusewand 64 der Vorrichtung treten.
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Besonders hervorragende Koaleszenzeigenschaften lassen sich aber dadurch erreichen, dass man das konventionelle Filterelement 38 durch ein Filterelement mit mindestens einer Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft ersetzt, vorzugsweise mit einem zuäußerst angeordneten Stützrohr 10 gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 4, die ebenfalls den Fall der Durchströmung von innen nach außen betreffen. Sollte bei einem nicht näher dargestellten Filtervorrichtungsbeispiel sich die Anströmung ändern, insbesondere von außen nach innen, wären bevorzugt die Lösungen nach den 1 und 3 vorzusehen.
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Anstelle des Filterelements 38 könnte auch unter Berücksichtigung der angezogenen Fluiddurchströmungsrichtung von innen nach außen ausschließlich ein Koaleszenzelement gemäß der Ausgestaltung nach der 6 zum Einsatz kommen. Obwohl zu erwarten steht, dass das Koaleszenzelement nach der 6 auch eine teilfiltrierende Wirkung entfaltet, steht hier der Entgasungsaspekt unter Bildung großer Luftblasen 22 im Vordergrund und die in den 8 und 9 als Filtervorrichtung beschriebene Systemanordnung wäre dann vorrangig eine reine Koaleszenzeinrichtung.
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Unabhängig davon, ob man ein klassisches Filterelement 38 zum Einsatz bringt oder ein Filterelement mit einer Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft, vorzugsweise gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 4, oder ein reines Koaleszenzelement gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 5 und 6, könnte man jedenfalls in den Fluidströmungsraum 86 noch zusätzlich eine Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft einbringen, wie sie beispielhaft in der 7 in prinzipieller Weise aufgezeigt ist. Da die Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft aus einem Vlies oder einem Vliesstoff besteht, ist die dahingehende Medienlage 16 nachgiebig und kann in den Fluidströmungsraum 86 ohne weiteres eingebracht werden trotz der diesen Fluidströmungsraum 86 mit durchgreifenden Haltestäbe 68. Insbesondere für einen sicheren funktionsfähigen Gebrauch der Medienlage 16 ist dafür Sorge zu tragen, dass die einzelnen fensterartigen Durchlassöffnungen 90 von der Medienlage 16 mit Koaleszenzeigenschaft vollständig abgedeckt sind.
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Entgegen der Darstellung nach der 8 kann sich die Medienlage 16 als hohlzylindrisches Element auch über die gesamte Einbauhöhe des jeweils eingesetzten Filterelements 38 oder Koaleszenzelements erstrecken. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Optimum für die Luftabscheidung aus Fluiden, wie Hydraulikflüssigkeiten erreicht, sofern das Koaleszenzelement oder Koaleszenzmedium auf der Abströmseite des Fluids angeordnet ist. Die vorstehend aufgezeigten erfindungsgemäßen Lösungen haben so keine Entsprechung im Stand der Technik.
