DE102016008502A1 - Filter element and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Ein Filterelement (1) zum Filtern eines Fluids umfasst ein Filtermedium (2), welches um eine Längsachse (L) des Filterelements (1) herum angeordnet ist, und mindestens eine materialeinstückige Endscheibe (4), welche stirnseitig an das Filtermedium (2) angebracht ist. Die Endscheibe (4) ist aus einem Endscheibenmaterial gefertigt, welches eine sich in radialer Richtung (R) verändernde Steifigkeit, Härte und/oder Elastizität hat.A filter element (1) for filtering a fluid comprises a filter medium (2), which is arranged around a longitudinal axis (L) of the filter element (1), and at least one material integral end plate (4), which frontally attached to the filter medium (2) is. The end plate (4) is made of a Endscheibenmaterial which has a in the radial direction (R) changing stiffness, hardness and / or elasticity.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Filterelements, beispielsweise zum Filtern von Öl für Motoren in Kraftfahrzeugen.The present invention relates to a filter element and a method for producing such a filter element, for example for filtering oil for engines in motor vehicles.
Stand der TechnikState of the art
Filterelemente, wie beispielsweise Ölfilterelemente, weisen meist einen sternförmig gefalteten Endlosfaltenbalg auf, der zwischen zwei Endscheiben angeordnet ist. Um einen derartigen Endlosfaltenbalg zu bilden, sind ein erster Endabschnitt eines Filtermediums und ein zweiter Endabschnitt des Filtermediums miteinander verbunden.Filter elements, such as oil filter elements, usually have a star-shaped folded endless bellows, which is arranged between two end plates. To form such a continuous bellows, a first end portion of a filter medium and a second end portion of the filter medium are connected to each other.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Filterelement anzugeben.Against this background, the present invention has for its object to provide an improved filter element.
Demgemäß wird ein Filterelement zum Filtern eines Fluids mit einem Filtermedium, welches um eine Längsachse des Filterelements herum angeordnet ist, und mit mindestens einer materialeinstückigen Endscheibe vorgeschlagen. Die materialeinstückige Endscheibe ist stirnseitig an das Filtermedium angebracht, und die Endscheibe ist aus einem Endscheibenmaterial gefertigt, welches eine sich in radialer Richtung verändernde mechanische Eigenschaft, insbesondere eine verändernde Steifigkeit, Härte und/oder Elastizität, aufweist.Accordingly, a filter element for filtering a fluid with a filter medium disposed about a longitudinal axis of the filter element and having at least one integral material end plate is proposed. The material integral end plate is attached to the end face of the filter medium, and the end plate is made of a Endscheibenmaterial which has a changing in the radial direction of mechanical property, in particular a changing stiffness, hardness and / or elasticity.
Beispielsweise verändert sich die mechanische Eigenschaft des Endscheibenmaterials vom äußeren Rand her hin zu einem inneren Bereich der Endscheibe. Man kann sagen, dass die Endscheibe radial von innen nach außen einen Gradienten hinsichtlich ihrer Härte, Steifigkeit oder Elastizität hat. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise auf Grund von an das Filterelement anzukoppelnden Stutzen, Rohren oder Anschlusselementen eine auf diese Ankopplung abgestimmte Festigkeit vorliegt. Beispielsweise kann beim Vorliegen einer Durchtrittsöffnung in der Endscheibe auf weitere Dichtungen, beispielsweise gegenüber einem Mittelrohr, verzichtet werden.For example, the mechanical property of the end plate material changes from the outer edge to an inner region of the end plate. It can be said that the end disk has a gradient from the inside to the outside in terms of its hardness, rigidity or elasticity. This has the advantage that, for example, due to be coupled to the filter element nozzle, tubes or connecting elements matched to this coupling strength. For example, in the presence of a passage opening in the end plate, further seals, for example with respect to a central tube, are dispensed with.
Die sich in radialer Richtung verändernde Materialeigenschaft kann beispielsweise von einem Vernetzungsgrad eines Polymere aufweisenden Endscheibenmaterials abhängen.The material property which changes in the radial direction may depend, for example, on a degree of crosslinking of a polymer end plate material.
Vorzugsweise nimmt eine Steifigkeit, Härte und/oder Elastizität des Endscheibenmaterials in radialer Richtung nach außen hin zu. Insbesondere nimmt eine Härte von innen nach außen hin zu. Insofern kann in einem inneren Bereich eine ausreichende Flexibilität oder Elastizität der Endscheibe erzielt werden, um beispielsweise Dichtfunktionen zu vollziehen.Preferably, a stiffness, hardness and / or elasticity of the Endscheibenmaterials increases in the radial direction to the outside. In particular, a hardness increases from the inside to the outside. In this respect, a sufficient flexibility or elasticity of the end plate can be achieved in an inner region, for example, to perform sealing functions.
In Ausführungsformen des Filterelements ist die Endscheibe wenigstens teilweise aus einem Endscheibenmaterial gefertigt, welches mit Hilfe eines Energieeintrags, insbesondere durch eine Wärmewirkung, aushärtbar ist. Zum Beispiel kann das Endscheibenmaterial ein vernetzbares Polymer aufweisen, wie beispielsweise ein PUR-Material. Durch eine Wärmeeinwirkung vernetzen die Polymere des Ausgangsendscheibenmaterials und verfestigen sich. Dadurch erfährt mit zunehmender Aushärtung, durch beispielsweise Wärmeeinwirkung, das Endscheibenmaterial eine veränderbare Härte.In embodiments of the filter element, the end plate is at least partially made of a Endscheibenmaterial, which is curable by means of an energy input, in particular by a heating effect. For example, the endplate material may comprise a crosslinkable polymer, such as a PUR material. Upon exposure to heat, the polymers of the starting end-plate material crosslink and solidify. As a result, with increasing hardening, for example due to the effect of heat, the end disk material experiences a variable hardness.
Hinsichtlich der Bestimmung einer sich ändernden Elastizität der Endscheibe von einem inneren zu einem äußeren Bereich kann ein Elastizitätsmodul verwendet werden. Man spricht auch von einem Young-Modul. Die Materialhärte der Endscheibe kann mittels bekannter Härteprüfverfahren ermittelt werden. Denkbar ist die Bestimmung einer Brinellhärte nach
Grundsätzlich ist gewünscht, dass sich die Materialeigenschaft, also Steifigkeit, Härte und/oder Elastizität relativ entlang radialer Richtung verändert. Das heißt, die Endscheibe hat, beispielsweise bei einer zylindrischen Geometrie des Filterelements, im Bereich der Längs- oder Symmetrieachse eine andere Steifigkeit, Härte und/oder Elastizität im Vergleich zu einem Endscheibenbereich, der an die Mantelfläche des Zylinders angrenzt.In principle, it is desired that the material property, ie stiffness, hardness and / or elasticity changes relatively along the radial direction. That is, the end plate, for example, in a cylindrical geometry of the filter element, in the region of the longitudinal or symmetry axis, a different stiffness, hardness and / or elasticity compared to a Endscheibenbereich, which adjoins the lateral surface of the cylinder.
Vorzugsweise ist die Härte mit einer geeigneten Einheit, wie die Shore-A-Härte, innen um wenigstens 2% geringer, vorzugsweise 5% und noch bevorzugter 10% geringer als außen. Preferably, the hardness with a suitable unit, such as the Shore A hardness, is at least 2% lower inside, preferably 5%, and more preferably 10% lower than the outside.
In Ausführungsformen sind die Endscheibe und das Filtermedium fest miteinander verbunden. Insbesondere sind Endscheibe und Filtermedium fluiddicht miteinander verbunden und lassen sich nicht zerstörungsfrei voneinander entfernen.In embodiments, the end plate and the filter medium are firmly connected. In particular, the end plate and the filter medium are connected to one another in a fluid-tight manner and can not be removed from one another in a non-destructive way.
In Ausführungsformen umfasst die Endscheibe eine Öffnung zum axialen Einführen eines Mittelrohrs. Das Mittelrohr dient beispielsweise zur Fluidzuführung oder -abfuhr. Dadurch, dass beispielsweise im Bereich der Öffnung die Endscheibe eine höhere Elastizität oder geringere Steifigkeit oder Härte umfasst als im äußeren Bereich, lässt sich das Mittelrohr dann leicht einfügen und radial sicher abdichten. Ferner ist eine verbesserte Robustheit gegenüber Vibrationen gegeben als bei durchgängig starren Endscheiben. In Ausführungsformen umfasst das Filterelement ein Mittelrohr, und die Endscheibe umfasst oder umgreift direkt mit einem gegenüber einem äußeren Randbereich elastischeren, weicheren und/oder flexibleren Materialabschnitt das Mittelrohr. Dadurch wird eine besonders günstige Dichtwirkung gegenüber dem Mittelrohr erzielt.In embodiments, the end plate includes an opening for axially inserting a center tube. The central tube is used for example for fluid supply or removal. The fact that, for example, in the region of the opening, the end plate has a higher elasticity or lower stiffness or hardness than in the outer region, the center tube can then easily insert and seal radially secure. Furthermore, an improved robustness against vibrations is given as with consistently rigid end plates. In embodiments, the filter element comprises a central tube, and the end plate directly surrounds or encompasses the central tube with a softer and / or more flexible material section which is more elastic than an outer edge region. As a result, a particularly favorable sealing effect is achieved with respect to the central tube.
Es wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Filterelements mit einer Längsachse vorgeschlagen, bei dem ein Filtermedium und mindestens eine aus einem Endscheibenmaterial gefertigte Endscheibe axial zusammengefügt werden, und wobei das Endscheibenmaterial derart gewählt und/oder behandelt wird, dass die Endscheibe eine sich in radialer Richtung verändernde Steifigkeit, Härte und/oder Elastizität hat.There is also proposed a method of manufacturing a filter element having a longitudinal axis in which a filter medium and at least one end plate made of a Endscheibenmaterial are axially assembled, and wherein the Endscheibenmaterial is selected and / or treated so that the end plate in the radial direction has changing stiffness, hardness and / or elasticity.
In einer Verfahrensvariante wird ein an eine Stirnseite des Filtermediums angebrachtes Ausgangsendscheibenmaterial von einem äußeren Rand zu einem inneren Bereich zu dem Endscheibenmaterial unterschiedlich ausgehärtet. Eine Aushärtung erfolgt beispielsweise durch einen Energieeintrag, der von innen nach außen unterschiedlich erzeugt wird. Dadurch erhält man einen Aushärtegradienten, beispielsweise von innen nach außen zum Umfang der Endscheibe. Das Ausgangsendscheibenmaterial ist insofern vorzugsweise ein Elastomer, das aufschäumbar und/oder aushärtbar ist. Als geeignet haben sich PUR-Materialien und PUR-Schäume für das Endscheibenmaterial erwiesen, die ausgehärtet werden können.In a variant of the method, an output end disk material attached to an end face of the filter medium is hardened differently from an outer edge to an inner region to the end disk material. Curing takes place for example by an energy input, which is generated differently from the inside out. This results in a Aushärtegradienten, for example, from the inside out to the periphery of the end plate. The Ausgangsendscheibenmaterial is so far preferably an elastomer which is foamable and / or curable. PUR materials and PUR foams have proven suitable for the end disk material which can be cured.
In Ausführungsformen des Verfahrens wird die Endscheibe ferner mit einer Öffnung versehen. Beispielsweise verändert sich die mechanische Eigenschaft des Endscheibenmaterials vom äußeren Rand hin zur Öffnung.In embodiments of the method, the end plate is further provided with an opening. For example, the mechanical property of the Endscheibenmaterials changed from the outer edge to the opening.
Bei weiteren Ausführungsformen ist das Filtermedium gefaltet. In Ausführungsformen ist das Filtermedium als Faltenbalg aus einer zickzackförmig gefalteten Filtermedienbahn ausgestaltet. Das Filtermedium ist insbesondere so angeordnet, dass der Faltenbalg sternförmig ausgebildet ist. Insbesondere bildet das Filtermedium einen geschlossenen Ring. Alternativ kann das Filtermedium auch ungefaltet und somit glatt sein.In further embodiments, the filter medium is folded. In embodiments, the filter medium is designed as a bellows made of a zigzag folded filter media web. The filter medium is in particular arranged so that the bellows is formed star-shaped. In particular, the filter medium forms a closed ring. Alternatively, the filter medium may also be unfolded and thus smooth.
Das Filterelement findet vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen, Baufahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen beziehungsweise Fahrzeugen oder Luftfahrzeugen Anwendung. Das Filterelement kann dazu eingerichtet sein, Wasser, Luft, Harnstofflösung, Öl oder Kraftstoffe, wie Dieselkraftstoff, Kerosin oder Benzin zu filtern. Das Filterelement kann beispielsweise ein Ölfilter, ein Kraftstofffilter oder dergleichen sein.The filter element is preferably used in motor vehicles, trucks, construction vehicles, watercraft, rail vehicles, agricultural machinery or vehicles or aircraft application. The filter element may be configured to filter water, air, urea solution, oil or fuels, such as diesel fuel, kerosene or gasoline. The filter element may be, for example, an oil filter, a fuel filter or the like.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Verfahrensschritte. Dabei wird der Fachmann auch einzelne Aspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or method steps described above or below with regard to the exemplary embodiments. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
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.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the embodiments of the invention described below. Furthermore, the invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigt dabei:It shows:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures, identical or functionally identical elements, unless otherwise indicated, have been given the same reference numerals.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die
Das Filterelement
Häufig werden Kunststoffvliesmaterialien zickzackförmig gefaltet als Filtermaterialien verwendet. Das Filtermedium
An den stirnseitigen Faltenprofilen des gefalteten Filtermediums
Eine Anschlussöffnung
Im Betrieb, beispielsweise als Ölfilter, durchströmt das zu filternde Fluid, wie beispielsweise Öl, das plissierte Filtermedium
Die Materialeigenschaften der in der
In der
In der Querschnittsansicht der
In der
In der
Zum Beispiel wird nun bei einem Herstellungsverfahren zunächst ein Ausgangsendscheibenmaterial in der Art eines nicht vernetzten PUR-Schaums oder anderen Elastomerschaums verwendet. Das Ausgangsendscheibenmaterial kann auch als flache Folie oder als Kreisstreifen vorliegen und anschließend expandiert Werden. Dazu kann eine Form verwendet werden. In der
Um nun eine sich radial verändernde Materialeigenschaft, insbesondere eine sich ändernde Härte, der Endscheibe zu erzielen, wird, nachdem das Ausgangsendscheibenmaterial in die Form
In der
Zum Beispiel kann sich ein Härteverlauf in Einheiten von Shore-A ergeben, wie es in der
Die Anmelderin hat nun Untersuchungen an möglichen Endscheibenmaterialien durchgeführt. In der
Man kann davon ausgehen, dass bei 100% Anteil polymerisierte Folienendscheibe alle Polymere miteinander vernetzt sind. Man erkennt nun, dass mit einem zunehmenden Aushärtegrad auch die Shore-A Härte des Endscheibenmaterials zunimmt. Das heißt, bei der Herstellung einer entsprechenden Endscheibe
Insofern ermöglichen die vorgeschlagenen Herstellungsverfahren und die Filterelemente, dass einerseits auf zusätzliche Dichtelemente im Bereich der Öffnung verzichtet werden kann, und andererseits, dass eine an die jeweilige Betriebs- oder Anwendungssituation angepasste Endscheibenhärte erzielt werden kann. Dadurch, dass beispielsweise die Endscheibe nach innen hin weicher oder elastischer beziehungsweise weniger hart wird, können auch Vibrationen, die durch Anschlusselemente wie beispielsweise Mittelrohre oder Anschlussstutzen, die in eine Öffnung in der Endscheibe reichen, verursacht werden, besser kompensiert werden. Die mechanische Beanspruchung des gesamten Filterelements wird somit reduziert. Man kann insofern eine einstellbare Gradierung hinsichtlich der Steifigkeit, der Härte oder Elastizität des Endscheibenmaterials in der Endscheibe erzielen.In this respect, the proposed manufacturing method and the filter elements allow on the one hand can be dispensed with additional sealing elements in the region of the opening, and on the other hand, that adapted to the respective operating or application situation Endscheibenhärte can be achieved. By virtue of the fact that, for example, the end disk becomes softer or more elastic or less hard inwardly, it is also possible to compensate better for vibrations which are caused by connection elements, such as center pipes or connecting pieces, which extend into an opening in the end disk. The mechanical stress of the entire filter element is thus reduced. It is thus possible to achieve an adjustable degree of stiffness, hardness or elasticity of the end disk material in the end disk.
Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie auch modifizierbar. Beispielsweise können auch andere Mechanismen als Aushärtegrade eine sich verändernde Steifigkeit in radialer Richtung schaffen. Denkbar ist eine Bestrahlung oder eine graduale Veränderung der Zusammensetzung des Endscheibenmaterials von innen nach außen. Unter materialeinstückig ist insofern zu verstehen, dass die jeweilige Endscheibe nicht aus mehrteiligen oder zusammengefügten Elementen besteht. Wenigstens ein zusammenhängender Materialbereich der eingesetzten Endscheibe hat eine sich in radialer Richtung verändernde Materialeigenschaft wie Steifigkeit, Härte oder Elastizität.Although the invention has been described in terms of preferred embodiments, it is also modifiable. For example, mechanisms other than degrees of cure can create varying stiffness in the radial direction. It is conceivable irradiation or a gradual change in the composition of the Endscheibenmaterials from the inside out. Under material einstückig is to be understood that the respective end plate does not consist of multi-part or assembled elements. At least one contiguous material region of the inserted end plate has a material property changing in the radial direction, such as rigidity, hardness or elasticity.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 101, 10
- Filterelementfilter element
- 22
- Filtermediumfilter media
- 33
- Faltenbalgbellow
- 44
- Endscheibeend disk
- 55
- Endscheibeend disk
- 66
- Innenrauminner space
- 77
- Anschlussöffnungport opening
- 88th
- Kappecap
- 99
- Halteelementretaining element
- 1111
- Mittelrohrcenter tube
- 1212
- Auskragungprojection
- 1313
- Heizformheating form
- 3131
- Außenfalteouter fold
- 3232
- InnenfaltentalInnenfaltental
- 3333
- Faltabschnittfolding section
- 4141
- innerer Bereichinner area
- 4242
- äußerer Bereichouter area
- 4343
- Außenkanteouter edge
- 4444
- Innenkanteinner edge
- AA
- axiale Richtungaxial direction
- dd
- EndscheibendurchmesserEndscheibendurchmesser
- Ee
- Energieeintragenergy input
- LL
- Längsachselongitudinal axis
- RR
- radiale Richtungradial direction
- RERE
- Reinfluidclean fluid
- RORO
- Rohfluidunfiltered
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005010437 A1 [0003] DE 102005010437 A1 [0003]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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