DE102014001787B4

DE102014001787B4 - Filterelement mit einem hohlzylindrischen Filtermediumkörper

Info

Publication number: DE102014001787B4
Application number: DE102014001787.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wildermuth
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: DE102014001787A1

Abstract

Filterelement mit einem hohlzylindrischen, radial durchströmbaren Filtermediumkörper (3), der an mindestens einer Stirnseite ein elastisches Folienmaterial (8) aufweist, wobei das Folienmaterial (8) den Filtermediumkörper (3) radial überragt und eine radial außen liegende Dichtfläche zur dichtenden Anlage an die Gehäuseinnenwand eines das Filterelement (1) aufnehmenden Filtergehäuses bildet, wobei an der Stirnseite des hohlzylindrischen Filtermediumkörpers (3) ein Trägerkörper (6) angeordnet ist, der Träger des Folienmaterials (8) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (6) die Stirnseite des Filtermediumkörpers (3) übergreift und dass der Trägerkörper (6) an einem Stützgerüst (4) des Filtermediumkörpers (3) gehalten und einteilig mit dem Stützgerüst (4) ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement mit einem hohlzylindrischen, radial durchströmbaren Filtermediumkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 103 54 315 A1 wird ein hohlzylindrisches Filterelement mit einem radial durchströmbaren Filtermediumkörper beschrieben, der als zickzackförmig gefaltete Filterpapier ausgeführt ist, wobei an den Stirnseiten des Filtermediumkörpers jeweils eine Endscheibe aufgebracht ist. Die Endscheiben sind mithilfe eines Folienmaterials, das als Kleber dient, mit dem Filtermediumkörper verbunden. Das Folienmaterial wird im erwärmten Zustand als elastische Masse aus Nitrilkautschuk und Phenolharz auf die Stirnseiten des Filtermediumkörpers aufgebracht und dringt axial in die Falten des Filtermediumkörpers ein. Nach dem Aushärten ist die auf das Folienmaterial aufgesetzte Endscheibe fest mit dem Filtermediumkörper verbunden. Die Endscheibe ist abgewinkelt ausgeführt, sie umgreift die Stirnseite des Filtermediumkörpers und erstreckt sich axial ein Stück entlang der Außenfläche des Filtermediumkörpers. Mit dem Einsetzen in ein Filtergehäuse gelangt der Außenrand der Endscheibe in Kontakt mit der Gehäuseinnenwand, so dass der Außenmantel des Filtermediumkörpers radial auf Abstand zur Gehäuseinnenwand liegt.
In DE 42 06 519 A1 ist ein Ringfilterelement beschrieben, dessen Stirnseiten mit Dichtmaterial abgedeckt sind. Das Dichtmaterial ist verformbar und überragt das Filterelement nach radial innen und/oder außen. Der ringförmige Überstand des Dichtmaterials wird beim Einsetzen des Filterelements in ein Gehäuse verformt, so dass eine dichte Verbindung erzeugt wird.
DE 10 2011 106 382 A1 offenbart ein hohlzylindrisches Filterelement mit einem in dessen Innenraum angeordneten Stützkörper, welcher aus zwei fest miteinander verbundenen Stützkörperteilen besteht.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Filterelement mit einem hohlzylindrischen Filtermediumkörper so auszubilden, dass die Reinseite mit einfachen konstruktiven Maßnahmen von der Rohseite strömungsdicht separiert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Filterelement weist einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper auf, der von einem Fluid in Radialrichtung - üblicherweise radial von außen nach innen - durchströmt wird. Das Filterelement kann für eine Filtereinrichtung verwendet werden, bei der das Filterelement in ein Filtergehäuse eingesetzt ist. Bei der Filtereinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Abscheider, über den eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, aus einem Fluid, wie z.B. Öl, Kraftstoff oder ggf. auch Luft, abgeschieden wird. Im Falle eines Abscheiders ist der Filtermediumkörper als Abscheideelement ausgeführt, vorzugsweise als ein Coalescer.
Es kommt aber auch eine Ausführung des Filterelements bzw. der Filtereinrichtung zur Filtration eines Fluids in Betracht, beispielsweise zur Filtration eines flüssigen Fluids wie Kraftstoff oder Öl oder eines gasförmigen Fluids wie Luft. Gegebenenfalls wird die Abscheidung von Wasser mit der Filtration des Fluids kombiniert. Im Falle einer Filtration ist der Filtermediumkörper beispielsweise faltenförmig ausgeführt.
Der hohlzylindrische Filtermediumkörper weist an zumindest einer Stirnseite ein elastisches Folienmaterial auf, das direkt oder indirekt mit dem Filtermediumkörper verbunden ist und den Filtermediumkörper in Radialrichtung überragt. Die radiale Außenseite des Folienmaterials bildet eine Dichtfläche, mit der das Filterelement an der Innenwand des aufnehmenden Filtergehäuses dichtend anliegt. Das Folienmaterial übernimmt somit eine Abdichtungsfunktion zwischen der Roh- und der Reinseite des Filtermediumkörpers, so dass Fehlströme zwischen der Roh- und der Reinseite entlang der Gehäuseinnenwand verhindert werden. Zugleich dichtet das Folienmaterial den Filtermediumkörper an der Stirnseite ab, so dass auch an dieser Stelle ein unerwünschter, unmittelbarer Übertritt zwischen Roh- und Reinseite ausgeschlossen ist. Auf Grund der Elastizität kann das Folienmaterial wie ein Dichtungselement komprimiert werden, was das Einsetzen in das Filtergehäuse erleichtert, wobei zugleich eine ausreichende, die Dichtwirkung unterstützende Klemmkraft gegeben ist, mit der sich das Folienmaterial an der Gehäuseinnenwand abstützt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung bildet das Folienmaterial die stirnseitige Endscheibe an dem Filtermediumkörper. Eine zusätzliche, separat ausgeführte Endscheibe ist nicht erforderlich, so dass das Folienmaterial an dieser Stirnseite den Filtermediumkörper axial abschließt und die axiale Stirnseite des Folienmaterials eine zusätzliche Abstützfläche bildet.
Auf Grund des radialen Überstands des Folienmaterials ist im eingesetzten, montierten Zustand des Filterelements in das Filtergehäuse ein ausreichender Strömungsringraum zwischen der Gehäuseinnenwand und der Außenseite des Filtermediumkörpers gegeben, wobei im Falle einer radialen Durchströmung von außen nach innen der Ringraum für die Anströmung der Außenseite des Filtermediumkörpers dient. Der radial außen liegende Ringraum zwischen Gehäuseinnenwand und Außenseite des Filtermediumkörpers bildet somit die Rohseite, der zylindrische Innenraum im Filtermediumkörper die Reinseite, aus der das gereinigte Fluid axial abgeführt wird.
Erfindungsgemäß ist an der Stirnseite des Filtermediumkörpers ein Trägerkörper angeordnet, der Träger des Folienmaterials ist. Der Trägerkörper stützt sich an einem Stützgerüst des Filtermediumkörpers ab, das insbesondere in den Innenraum des Filtermediumkörpers eingesetzt ist. Der Trägerkörper ist einteilig mit dem Stützgerüst ausgebildet. In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung erfolgt die Abstützung des Trägerkörpers unabhängig von einem Stützgerüst, beispielsweise unmittelbar an der Stirnseite des Filtermediumkörpers.
Der Trägerkörper nimmt das Folienmaterial auf und verleiht diesem eine ausreichende Stabilität, so dass im montierten Zustand ausreichende Stützkräfte übertragen werden können, die zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Folienmaterial in Radialrichtung und ggf. auch in Achsrichtung wirken. Das Folienmaterial liegt hierbei zumindest an der radialen Außenfläche des Trägerkörpers an, ggf. zusätzlich auch an der axialen Stirnfläche des Trägerkörpers.
Für eine feste Verbindung zwischen dem Folienmaterial und dem Trägerkörper weist letzterer vorteilhafterweise über den Umfang verteilt mehrere Ausnehmungen auf, die zur Aufnahme des Folienmaterials dienen. Zur Herstellung wird das Folienmaterial bevorzugt in einem weichen Zustand auf den Trägerkörper aufgebracht und kann dort aushärten. Hierzu kann das Folienmaterial zunächst erwärmt werden, um einen weichelastischen, ggf. flüssigen Zustand zu erreichen, in welchem das Folienmaterial auf den Trägerkörper aufgebracht wird. Mit dem Abkühlen härtet das Folienmaterial aus, es bleibt jedoch elastisch, so dass die Dichtfunktion an der radialen Außenseite unterstützt wird. Das Aufbringen des Folienmaterials auf den Trägerkörper erfolgt somit im Wege des Vulkanisierens.
Als Material für das Folienmaterial kommt beispielsweise eine Mischung von Nitrilkautschuk und Phenolharz in Betracht, wobei das Mischungsverhältnis z.B. in einem Bereich von 1 : 0.8 bis 1 : 1.5 liegen kann. Diese Mischung wird zum Aufbringen des Folienmaterials auf den Trägerkörper zunächst erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur von 190° C, und verfestigt sich beim anschließenden Abkühlungsprozess.
Der Trägerkörper ist so ausgebildet, dass der Außenrand des Trägerkörpers die Außenseite des Filtermediumkörpers radial überragt. Zusätzlich befindet sich am Außenrand des Trägerkörpers das Folienmaterial, dessen Außenseite somit einen größeren radialen Überstand gegenüber der Außenfläche des Filtermediumkörpers aufweist als der Trägerkörper. Die Dicke des Folienmaterials auf dem Trägerkörper beträgt beispielsweise 1 mm.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befindet sich am Stützgerüst mit axialem Abstand zu dessen Stirnseite ein umlaufender, radial nach außen gerichteter Vorsprung bzw. Steg, der in den Filtermediumkörper einragt. Der Vorsprung bzw. Steg ist vorzugsweise einteilig mit dem Stützgerüst ausgebildet. Aufgrund des Einragens in das Material des Filtermediumkörpers wird dieser im Bereich des Vorsprunges komprimiert und erfährt eine radiale Dichtwirkung. Hierdurch wird sichergestellt, dass Fehlströme durch den Filtermediumkörper in der Nachbarschaft zu dem stirnseitig aufgebrachten Folienmaterial vermieden werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist im Bereich beider axialen Stirnseiten des Filtermediumkörpers jeweils ein elastisches Folienmaterial aufgebracht, wobei ein Folienmaterial wie vorbeschrieben eine stirnseitige Endscheibe am Filtermediumkörper bildet und das axial gegenüberliegende Folienmaterial Träger einer zusätzlichen, separat ausgebildeten Endscheibe ist, die über das Folienmaterial mit dem Filtermediumkörper verklebt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 einen Schnitt längs durch ein Filterelement mit einem hohlzylindrischen Filtermediumkörper und einem stirnseitig am Filtermediumkörper angeordneten, elastischen Folienmaterial, welches an einer Stirnseite des Filtermediumkörpers eine Endscheibe bildet,
2 einen Schnitt längs durch ein Stützgerüst, welches in den Filtermediumkörper eingesetzt ist, wobei benachbart zu einer Stirnseite am Stützgerüst ein radial überstehender Trägerkörper angeformt ist,
3 das Stützgerüst einschließlich stirnseitigem Trägerkörper in perspektivischer Ansicht.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
Das in 1 dargestellte Filterelement 1 ist Teil einer Filtereinrichtung, die beispielsweise als Abscheider ausgeführt ist, um Wassertröpfchen in einer Flüssigkeit wie z.B. Öl oder Kraftstoff abzuscheiden. Das Filterelement 1 ist in ein Filtergehäuse einsetzbar, dessen Gehäusewandung mit dem Bezugszeichen 2 angedeutet ist. Das Filterelement 1 weist einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper 3 auf, der im Falle eines Abscheiders beispielsweise als Coalescer-Element ausgeführt ist und radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Der Filtermediumkörper 3 weist an der Innenseite ein Stützgerüst 4 auf, das dem Filtermediumkörper 3 eine ausreichende Stabilität verleiht. Die Außenseite des Filtermediumkörpers 3 bildet die Rohseite, der zylindrische Innenraum die Reinseite, aus der das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
In den Innenraum des Filtermediumkörpers 3 ist ein zylindrischer Siebfilter 5 eingesetzt, dessen Außenwand mit radialem Abstand zum Stützgerüst 4 liegt, welches an der Innenseite des Filtermediumkörpers 3 angeordnet ist. Am Siebfilter 5 können zusätzlich Wassertröpfchen abgeschieden werden.
Wie 1 in Verbindung mit den 2 und 3 zu entnehmen ist, weist das Stützgerüst 4 im Bereich einer axialen Stirnseite einen sich radial nach außen erstreckenden Trägerkörper 6 auf, der einteilig mit dem Stützgerüst 4 ausgebildet ist. Der radial nach außen weisende Trägerkörper 6 umgreift die Stirnseite des Filtermediumkörpers 3 und ragt geringfügig radial über die Außenseite des Filtermediumkörpers 3 hinaus. In den Trägerkörper 6 sind, wie 3 zu entnehmen, über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Ausnehmungen 7 eingebracht. Im montierten Zustand befinden sich die Ausnehmungen 7 radial in Höhe der Stirnseite des Filtermediumkörpers 3.
Auf den Trägerkörper 6 ist, wie 1 zu entnehmen, ein elastisches Folienmaterial 8 aufgebracht, das eine Folienendscheibe bildet und den Trägerkörper 6 sowie den Filtermediumkörper 3 axial stirnseitig abschließt. Das Folienmaterial 8 erstreckt sich an der freien axialen Stirnseite des Trägerkörpers 6 sowie an der radial außen liegenden Seite des Trägerkörpers. Hierdurch ist ein zusätzlicher radialer Überstand gegeben, so dass die radial außen liegende Seite des Folienmaterials 8 eine Dichtfläche bildet, die zur dichtenden Anlage an die Gehäuseinnenwand der Gehäusewandung 2 dient. Der Trägerkörper 6 ist somit sowohl an seiner axialen Stirnseite als auch an der radialen Außenseite von dem elastischen Folienmaterial 8 bedeckt.
Die Ausnehmungen 7, die in den Trägerkörper 6 eingebracht sind, ermöglichen eine feste Verbindung zwischen dem Folienmaterial 8 und dem Trägerkörper 6. Das Folienmaterial 8 wird auf den Trägerkörper 6 aufvulkanisiert, indem das Folienmaterial zunächst so weit erhitzt wird, bis ein weichelastischer Zustand erreicht ist, in welchem das Folienmaterial auf den Trägerkörper 6 aufgebracht wird. Im weichelastischen Zustand kann das Folienmaterial 8 in die Ausnehmungen 7 im Trägerkörper 6 eindringen, wodurch nach dem Abkühlen und teilweisen Aushärten des Folienmaterials eine feste Verbindung erreicht wird. Das Folienmaterial 8 besteht beispielsweise aus einer Mischung von Nitrilkautschuk und Phenolharz mit einem Mischungsverhältnis im Bereich zwischen 1 : 0.8 bis 1 : 1.5.
Benachbart zum Trägerkörper 6, jedoch axial zu diesem beabstandet, ist einteilig am Stützgerüst 4 ein radial nach außen gerichteter, umlaufender Vorsprung bzw. Steg 9 angeformt, der im montierten Zustand (1) in das Material des Filtermediumkörpers 3 radial einragt. Der Vorsprung 9 bewirkt hierdurch eine Verdichtung des Materials des Filtermediumkörpers 3, wodurch der Filtermediumkörper im Bereich des Vorsprungs 9 für eine zusätzliche Dichtwirkung erfährt, so dass Fehlströme unmittelbar oberhalb des Folienmaterials 8 durch das Material des Filtermediumkörpers 3 verhindert werden.
Wie 1 des Weiteren zu entnehmen, ist an der Stirnseite des Filtermediumkörpers 3, welche dem Folienmaterial 8 gegenüber liegt, eine Endscheibe 10 auf den Filtermediumkörper 3 aufgesetzt. Die Endscheibe 10 stützt sich hierbei an dem Stützgerüst 4 ab. Die Endscheibe 10 kann ebenfalls über ein Folienmaterial angeklebt werden, wobei das Folienmaterial an dieser Seite im Bereich der Stirnseite auf den Filtermediumkörper 3 und ggf. auf die Stirnseite des Stützgerüstes 4 aufgebracht ist.

Claims

Filterelement mit einem hohlzylindrischen, radial durchströmbaren Filtermediumkörper (3), der an mindestens einer Stirnseite ein elastisches Folienmaterial (8) aufweist, wobei das Folienmaterial (8) den Filtermediumkörper (3) radial überragt und eine radial außen liegende Dichtfläche zur dichtenden Anlage an die Gehäuseinnenwand eines das Filterelement (1) aufnehmenden Filtergehäuses bildet, wobei an der Stirnseite des hohlzylindrischen Filtermediumkörpers (3) ein Trägerkörper (6) angeordnet ist, der Träger des Folienmaterials (8) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (6) die Stirnseite des Filtermediumkörpers (3) übergreift und dass der Trägerkörper (6) an einem Stützgerüst (4) des Filtermediumkörpers (3) gehalten und einteilig mit dem Stützgerüst (4) ausgebildet ist.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial (8) eine stirnseitige Endscheibe am Filtermediumkörper (3) bildet.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt Ausnehmungen (7) in den Trägerkörper (6) eingebracht sind.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial (8) den radial außen liegenden Rand des Trägerkörpers (6) bedeckt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial (8) auf einen Trägerkörper (6) an der Stirnseite des hohlzylindrischen Filtermediumkörpers (3) aufvulkanisiert ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial aus Nitrilkautschuk und Phenolharz besteht.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützgerüst (4) mit axialem Abstand zur Stirnseite ein umlaufender, radial nach außen gerichteter Vorsprung (9) angeordnet ist, der in den Filtermediumkörper (3) einragt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich beider Stirnseiten des Filtermediumkörpers (3) jeweils ein elastisches Folienmaterial (8) angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial (8) an einer Stirnseite Träger einer Endscheibe (10) ist.
Filtereinrichtung mit einem Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Filtergehäuse zur Aufnahme des Filterelements.
Filtereinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Flüssigkeitsabscheider.