DE102014207252A1

DE102014207252A1 - Filterelement

Info

Publication number: DE102014207252A1
Application number: DE102014207252.2A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Harr
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2015-10-15
Also published as: WO2015158581A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement (1) zur Reinigung eines Fluides, mit einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial (2). Erfindungswesentlich ist dabei, dass ein zur Faltenstabilisierung dienendes ausgehärtetes Kunststoffnetz (3) mit einer Vielzahl ungerichteter Stege (4) vorgesehen ist, wobei die Stege (4) in ungerichteter Weise über und zwischen einzelnen Faltenrücken (5) verlaufen und an Kontaktpunkten (6) mit dem Filtermaterial (2) mit diesem verklebt sind. Hierdurch kann eine deutlich vereinfachte und zugleich verbesserte Faltenstabilisierung erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement zur Reinigung eines Fluides gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes.
Bei modernen Filterelementen für insbesondere Flüssigfiltration im Automobilbereich herrschen hohe Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten, die vom jeweiligen Filterelement aufgenommen werden müssen, bzw. gegen welches das jeweilige Filterelement beständig sein muss. Die hohen Drücke bzw. Strömungsgeschwindigkeiten können beim Filterelement unter anderem zur sogenannten Faltenblockbildung an außen umliegenden Falten führen. Sofern Falten auf Block gestaucht werden, d.h. also direkt aneinander anliegen, gibt es in diesem Bereich keine Durchströmung und damit auch keine Filtration mehr. Hierdurch wird die gesamte Filterleistung deutlich reduziert, wobei zudem die Gefahr der Überdehnung des Filtermaterials besteht, was im schlimmsten Fall zur Zerstörung desselben führen kann.
Aus diesem Grund werden moderne Filterelemente mittels eines Zusatzbauteils insoweit stabilisiert, dass die Falten auf der außenliegenden Seite nicht auf Block zusammengestaucht werden können.
Aus der DE 20 2004 003 326 U1 ist ein erfindungsgemäßes Filterelement zur Reinigung eines Fluides bekannt, bestehend aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial und einem Stützgitter, welches mit dem Filtermaterial vollflächig in Kontakt steht. An den Stirnseiten sind dabei Endscheiben vorgesehen, wobei die Verbindung zwischen Endscheibe und Filterelement durch Einschmelzen oder Einschäumen erfolgt. Längs des Umfangs ist dabei zur Faltenstabilisierung ein mit Klebstoff benetzter Faden vorgesehen, wobei der Klebstoff eine Verklebung zwischen den Faltenspitzen und dem Faden bewirkt und wobei sich der Faden von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckt und im Wesentlichen parallel verläuft. Nachteilig dabei ist jedoch, dass sowohl der Faden also auch das Filterelement gegeneinander geführt werden müssen, was für die Herstellung einen erheblichen Koordinationsaufwand bedeutet. Zudem gibt es bei dieser Variante der Faltenstabilisierung nur wenige Kontaktpunkte zwischen der stabilisierenden Kunststoffraupe und den Faltenrücken, welche eine stabilisierende Wirkung haben.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Filterelement der gattungsgemäßen Art eine Verbesserung oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einfach und kostengünstig zu fertigen ist und zudem hohe Drücke aushält.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial eines Filterelements mit einem aushärtbaren Kunststoffnetz zur Faltenstabilisierung zu überziehen, wobei dieses Kunststoffnetz eine Vielzahl ungerichteter Stege aufweist, die über und zwischen einzelnen Faltenrücken des Filtermaterials verlaufen und an Kontaktpunkten mit dem Filtermaterial mit diesem verklebt sind. Im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Filterelement, bei welchem aufwendig ein mit Klebstoff benetzter Faden um die Außenmantelfläche des Ringfilterelements geklebt wurde, ist die Herstellung des erfindungsgemäß vorgesehenen Kunststoffnetzes deutlich einfacher möglich, da insbesondere eine aufwendige Führung des Filterelements und des Fadens gegeneinander nicht mehr erforderlich ist. Durch die völlig ungerichteten Stege des Kunststoffnetzes, welches sich beispielsweise auch in die Zwischenräume der einzelnen Falten erstrecken können, kann eine bezüglich Kraftableitung nahezu homogene Struktur geschaffen werden, die die einzelnen Falten deutlich besser vor einem Kollabieren, d.h. vor einem auf Block schieben, schützt, als dies mit bisher aus dem Stand der Technik bekannten Faltenstabilisierungen möglich war. Das Kunststoffnetz wird dabei beispielsweise mittels einer mit Druckluft beaufschlagten Düse auf die durch die einzelnen Faltenrücken gebildete Ebene aufgesprüht und verklebt beim Aufsprühen mit den Kontaktpunkten mit dem Filtermaterial. Die meisten Kontaktpunkte des Kunststoffnetzes liegen dabei an den Faltenrücken des Filtermaterials, wobei selbstverständlich auch einzelne Kontaktpunkte einzelner Stege in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Falten liegen können, wodurch ein besonders hohes Aussteifungspotenzial erzielbar ist. Generell wird somit eine Struktur, d.h. ein Kunststoffnetz aus Kleber, z.B. Hotmelt oder einem anderen sprühfähigen Kunststoff auf das Filterelement aufgesprüht, wobei sich die dabei entstehende Kunststoffschicht, d.h. das Kunststoffnetz, unkontrolliert und wirr auf das Filterelement legt und dadurch die Faltenrücken des Filterelements bzw. des Filtermaterials miteinander verbindet bzw. stabilisiert. Durch den unkontrollierten Auftrag des Kunststoffs werden viele Kontaktpunkte auch zwischen der zu stabilisierenden Kunststoffschicht und den Faltenrücken erzeugt, wobei diese hohe Anzahl an Kontaktpunkten zu einer deutlichen Erhöhung/Verstärkung der Faltenstabilisierung führt.
Zur Erzeugung des Kunststoffnetzes wird insbesondere ein Einkomponentenkunststoff oder ein Zweikomponentenkunststoff verwendet. Hierunter können insbesondere Polyamide (PA), Polyethersulfone (PES) oder amorphe Polyalphaolefine (APAO) fallen. Amorphe Polyalphaolefine sind im Gegensatz zu anderen Polyolefinen völlig amorph, d.h. nicht kristallisierfähig. Sie werden deshalb insbesondere zur Herstellung von Schmelzklebstoffen (Hotmelts) und Haftschmelzklebstoffen eingesetzt. Das Hauptmonomer für diese amorphen Polyalphaolefine ist Polypropylen. APAOs haben dabei gute Klebeeigenschaften insbesondere auch auf unpolaren Oberflächen und sind darüber hinaus resistent gegenüber hohen und tiefen Temperaturen sowie dem Einfluss von Feuchte. Polyamide (PA) hingegen eignen sich aufgrund ihrer hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit für die Verwendung in dem zuvor beschriebenen Kunststoffnetz, da sie die für das Kunststoffnetz wichtige Aussteifungsfunktion übernehmen können. Polyamide besitzen darüber hinaus eine gute chemische Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmittels. Polyethersulfon (PES) ist transparent und chemisch beständig und besitzt insbesondere eine hohe thermische Beständigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien. Selbstverständlich sind dabei die aufgezählten Kunststoffe lediglich rein exemplarisch zu betrachten, so dass selbstverständlich auch andere für diesen Einsatzzweck geeignete Kunststoffe zur Erzeugung des die faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes eingesetzt werden können.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Herstellung eines faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes auf einem Filterelement anzugeben, wobei bei diesem Verfahren Kunststoff mittels einer mit Druckluft beaufschlagten Düse auf eine durch die einzelnen Faltenrücken gebildete Ebene des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials gesprüht wird und dabei an den Kontaktpunkten mit dem Filtermaterial verklebt und anschließend aushärtet. Im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten aufgewickelten und verklebten Faden, ermöglicht das Aufsprühen des Kunststoffnetzes eine deutlich vereinfachte Herstellung und zugleich eine deutlich verbesserte Faltenstabilisierung, da das Netz nicht nur wie der Faden Kräfte entlang seiner Längsrichtung aufnehmen kann, sondern bezüglich der Kraftaufnahme nahezu homogen ausgebildet ist. Durch die deutlich erhöhte Anzahl der Kontakt- und damit auch der Klebepunkte mit dem Filtermaterial, werden die einzelnen Faltenrücken an deutlich mehr Punkten gehalten, wodurch die Faltenstabilität deutlich erhöht werden kann. Dies wird weiter dadurch unterstützt, dass die einzelnen Stege des Kunststoffnetzes auch in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Falten reichen und dort mit dem Filtermaterial verklebt sind, wodurch das aufgesprühte Kunststoffnetz nicht nur zweidimensional, sondern tatsächlich dreidimensional ausgebildet ist. Das Aufbringen bzw. Aufsprühen des flüssigen Kunststofffadens zum Kunststoffnetz ist dabei fertigungstechnisch einfach, wobei das anschließend ausgehärtete Kunststoffnetz eine optimale Faltenstabilisierung gewährleistet.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelements,
2 eine Detaildarstellung einer Außenmantelfläche des Filterelements gemäß der 1,
3 eine Detaildarstellung des gemäß der 2 dargestellten Kunststoffnetzes.
Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßes Filterelement 1, welches im vorliegenden Fall als Ringfilterelement ausgebildet ist, jedoch ebenso gut auch eine andere Form aufweisen kann, ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial 2 auf. Zur Faltenstabilisierung ist dabei an einer Außenmantelfläche des Filterelements 1 ein ausgehärtetes Kunststoffnetz 3 mit einer Vielzahl ungerichteter Stege 4 aufgebracht, wobei die Stege 4 in ungerichteter Weise über und zwischen einzelnen Faltenrücken 5 verlaufen und über Kontaktpunkte 6 mit dem Filtermaterial 2 verklebt sind. Die Faltenrücken 5 und die Kontaktpunkte 6 sind zwar in der 1 eingezeichnet, jedoch deutlich besser in den 2 und 3 erkennbar.
Das Kunststoffnetz 3 erstreckt sich dabei im Wesentlich über eine durch die einzelnen Faltenrücken 5 gebildete Ebene, die bei einer Ausbildung des Filterelements 1 als Ringfilterelement eine gekrümmte Ebene darstellt. Einzelne Stege 4 des Kunststoffnetzes 3 können dabei auch in Zwischenräume 7 der einzelnen Falten, d.h. zwischen die einzelnen Faltenrücken 5 reichen und dort mit dem Filtermaterial 2 verklebt sein. Hierdurch ist insbesondere eine sogar dreidimensionale Aussteifung möglich. Für das Kunststoffnetz 3 werden insbesondere Einkomponenten- und Zweikomponentenkunststoffe verwendet, insbesondere beispielsweise Polyamid (PA), Polyethersulfon (PES) oder ein amorphes Polyalphaolefin (APAO).
Betrachtet man nochmals das Filterelement 1 gemäß der 1, so kann man erkennen, dass dies in gewohnter Weise aufgebaut ist und zwei Endscheiben 8, 9 aufweist, die das Filtermaterial 2 stirnseitig abschließen, indem sie mit dem Filtermaterial 2 stirnseitig verklebt oder das Filtermaterial 2 in die Endscheiben 8, 9 eingeschäumt ist.
Durch den ungerichteten Auftrag des Kunststoffs in Form des ungerichteten Kunststoffnetzes 3 kann eine im Vergleich zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Faltenstabilisierungen deutlich verbesserte Aussteifung der einzelnen Faltenrücken 5 gegeneinander erreicht werden, wodurch insbesondere das Risiko eines auf Block Zusammenschiebens der einzelnen Faltenrücken 5 und damit eine Reduzierung der Filterleistung reduziert werden kann.
Die Herstellung des faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes 3 auf dem Filterelement 1 erfolgt dabei wie folgt: Zunächst wird das Filterelement 1 in gewohnter Weise hergestellt, wobei dieses an einer Innenmantelfläche beispielsweise eine nicht näher beschriebene aber seit langem bekannte Innenzarge aufweisen kann. Auf der Außenmantelfläche wird nun mittels einer mit Druckluft beaufschlagten Düse Kunststoff (Hotmelt) aufgesprüht, der sich in eine durch die einzelnen Faltenrücken 5 gebildete Ebene des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials 2 legt und dabei an den zuvor beschriebenen Kontaktpunkten 6 mit dem Filtermaterial 2 verklebt und aushärtet. Nach dem Aushärten des Kunststoffs ist eine effektive und homogene Aussteifung in Form eines Kunststoffnetzes 3 an der Außenmantelfläche des Filterelements 1 gegeben. Zur Herstellung des Kunststoffnetzes 3 muss dabei das Filterelement 1 lediglich vor der entsprechenden Düse gedreht werden, wodurch der Fertigungsprozess im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten faltenstabilisierenden Faden deutlich vereinfacht werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Kunststoffnetz 3, welches mit seinen ungerichteten Stegen 4 eine Aussteifung der einzelnen Falten des Filtermaterials 2 bewirkt, kann insbesondere auch bei hohen Drücken gewährleistet werden, dass das Filtermaterial 2 nicht zusammengeschoben und dadurch dessen Filterleistung reduziert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202004003326 U1 [0004]

Claims

Filterelement (1) zur Reinigung eines Fluides, mit einem zickzackförmig gefalteten Filtermaterial (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Faltenstabilisierung dienendes ausgehärtetes Kunststoffnetz (3) mit einer Vielzahl ungerichteter Stege (4) vorgesehen ist, wobei die Stege (4) in ungerichteter Weise über und zwischen einzelnen Faltenrücken (5) verlaufen und an Kontaktpunkten (6) mit dem Filtermaterial (2) mit diesem verklebt sind.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kunststoffnetz (3) im Wesentlichen über eine durch die einzelnen Faltenrücken (5) gebildete Ebene erstreckt.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Stege (4) des Kunststoffnetzes (3) in Zwischenräume (7) der Falten reichen und dort mit dem Filtermaterial (2) verklebt sind.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für das Kunststoffnetz (3) verwendete Kunststoff ein Einkomponenten-Kunststoff oder ein Zweikomponenten-Kunststoff ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der für das Kunststoffnetz (3) verwendete Kunststoff ein Polyamid (PA), ein Polyethersulfon (PES) oder ein amorphes Polyalphaolefin (APAO) ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (1) ein Ringfilterelement mit zwei Endscheiben (8, 9) ist und sich das Kunststoffnetz (3) über die Mantelfläche erstreckt.
Verfahren zur Herstellung eines faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes (3) auf einem Filterelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Kunststoff mittels einer mit Druckluft beaufschlagten Düse auf eine durch die einzelnen Faltenrücken (5) gebildete Ebene des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials (2) gesprüht wird und dabei an Kontaktpunkten (6) mit dem Filtermaterial (2) verklebt und aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes (3) ein Einkomponenten-Kunststoff oder ein Zweikomponenten-Kunststoff auf die durch die einzelnen Faltenrücken (5) gebildete Ebene des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials (2) gesprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des faltenstabilisierenden Kunststoffnetzes (3) ein Polyamid (PA), ein Polyethersulfon (PES) oder ein amorphes Polyalphaolefin (APAO) auf die durch die einzelnen Faltenrücken (5) gebildete Ebene des zickzackförmig gefalteten Filtermaterials (2) gesprüht wird.