DE102018118482A1

DE102018118482A1 - Filterelement, Verfahren zur Herstellung eines Filterelements und eine Verwendung eines Filterelements

Info

Publication number: DE102018118482A1
Application number: DE102018118482.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Krauss; Heiko Wyhler
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06
Also published as: WO2020025477A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement (1, 10, 20), umfassend einen Filterkörper (5) aus einem Filtermedium, wobei das Filterelement (1, 10, 20) einen durchströmbaren Schrumpfschlauch (9, 19, 29) aufweist, welcher anströmseitig oder abströmseitig bereichsweise am Filterkörper (5) anliegt, wobei der durchströmbare Schrumpfschlauch (9, 19, 29) ein antimikrobielles Material umfasst. Ferner werden ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verwendung des Filterelements in einem Wassereinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine offenbart.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement zur Filtration einer Flüssigkeit, insbesondere zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verwendung des Filterelements.
Stand der Technik
Im Anwendungsbereich der Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei der Filtration von Flüssigkeiten wie Wasser, kann es oftmals zur Ausbildung von Biofilmen kommen. Grund hierfür ist, dass das üblichlicherweise verwendete entionisierte Wasser zwar hinsichtlich seines Ionengehalts, allerdings nicht hinsichtlich des Gehalts an biologischen Verunreinigungen überwacht wird.
Es ist einerseits bekannt, antimikrobielle Wirkstoffe direkt in das Filtermedium einzuarbeiten. Weiterhin ist der Einsatz von Silberfäden im Bereich der medizinischen Filtermedien bekannt.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach herstellbare und auf den Anwendungsbereich abgestimmte Variante eines Filterelements mit einem antimikrobiellen Wirkstoff zu versehen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Filterelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Filterelement umfasst einen Filterkörper aus einem Filtermedium, wobei das Filterelement einen Schrumpfschlauch aufweist, welcher anströmseitig oder abströmseitig bereichsweise am Filterkörper anliegt, wobei der Schrumpfschlauch ein antimikrobielles Material umfasst.
Das Anliegen des Schrumpfschlauches erfolgt insbesondere an den Faltenspitzen des Filterkörpers, sofern dieser gefaltet ist.
Besonders bevorzugt kann der Filterkörper als ein zylindrischer Faltenbalg mit einem inneren Filterhohlraum ausgebildet sein, insbesondere mit einem sternförmigen Querschnitt. Das Filterelement kann ebenfalls besonders bevorzugt zumindest zwei Endscheiben und ein Stützrohr aufweisen, wobei das Stützrohr innerhalb des Filterhohlraums angeordnet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf vorgenannte zylindrische Filterbälge beschränkt. Vielmehr erfasst diese auch Filterbälge in Flachform, die beispielsweise eine rechteckige Grundform oder eine durch Beschneiden einer rechteckigen Grundform erhaltbare komplexe Grundform haben. Der Filterkörper kann alternativ oder zusätzlich in allen Ausführungsformen als sogenannter Kompaktfilter oder als ein offenporiger poröser Materialkörper, beispielsweise als Metall- oder Kunststoffschaum, ausgebildet sein.
Der Schrumpfschlauch kann als extrudiertes Material, z. B. als Netz oder perforierte Folie, oder als Garngewebe vorliegen.
Mittels des Schrumpfschlauchs kann auf einfache Art das Filterelement mit einem antimikrobiellen Wirkstoff versehen werden. Bei der Anordnung des Schrumpfschlauches umfangsseitig um den Filterkörper wird zugleich eine verbesserte mechanische Stabilität der Filterfalten erreicht. Zudem können die Abstände der Falten besser eingehalten werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Filterkörper kann vorteilhaft zylindrisch, insbesondere als zylindrischer Faltenbalg mit sternförmigem Querschnitt, ausgebildet sein, mit einem Zylinderinnenraum, wobei das Filterelement ein Stützrohr aufweist, welches innerhalb des Zylinderinnenraumes, insbesondere gemeinsam mit dem Filterkörper zwischen zwei Endscheiben, angeordnet ist, wobei der Schrumpfschlauch zwischen dem Stützrohr und dem Filterkörper angeordnet ist und sowohl am Stützrohr als auch am Filterkörper anliegt.
Der Schrumpfschlauch zur Faltenstabilisierung kann vorteilhaft an einem zylindrischen Filterkörper von außen an den Faltenspitzen der Falten angeordnet sein.
Der Schrumpfschlauch kann einen Schlauchmantel aufweisen, welcher zumindest bereichsweise gitter- oder netzförmig, vorzugsweise als Gewebeschlauch, ausgebildet ist, wodurch auf besonders einfache Weise ein Durchleiten des Mediums bei gleichzeitiger antimikrobieller Behandlung des Mediums ermöglicht wird.
Der gitterförmige Schrumpfschlauch kann zur Verhinderung des Aufbaus eines Staudrucks eine durchschnittliche Maschenweite von mehr als 0,3 mm, vorzugsweise mehr als 1,7 mm, besonders bevorzugt mehr als 4 mm, aufweisen.
Das antimikrobielle Material kann vorzugsweise Silber, insbesondere Silberfäden, eine Reaktionsmasse von Titandioxid und Silberchlorid, Kupfer, insbesondere Kupferfäden, Aluminium, insbesondere Aluminiumfäden, Zink, insbesondere Zinkfäden, Zink-Pyrithrion, 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolin, insbesondere Octylisothiazolinon, Benzoesäure oder deren Salze, ein Benzalkoniumhalogenid, ein wasser- und/oder öllösliches Coenzym, ein Pflanzenextrakt, Dimethyltetradecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammoniumchlorid, ein Antibiotikum, ein biozides Metall, eine aliphatische und/oder aromatische Fettsäure und/oder ein quaternäres Tensid umfassen.
Der Schrumpfschlauch kann ein Garn mit einem Anteil von zumindest 20 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 50 Gew.-%, an Polymermaterial aufweisen. Eine Vielzahl von Polymeren tendiert anders als natürliches Textilmaterial zu einer geringen Quellung bei einer Vielzahl von Medien. Insbesondere kann das Garn aus einem Polymermaterial bestehen. Besonders bevorzugt für eine gute Stabilität des Schrumpfschlauches kann das Garn als ein monofiles Garn ausgebildet sein.
Der Schrumpfschlauch kann zumindest zu 20 Gew.-%, bevorzugt zumindest zu 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest zu 80 Gew.-%, ein Polyester-, Polyethylenterephthalat-, Polyethersulfon-, Polybutylenterephthalat- und/oder Polyamidmaterial umfassen.
Das Material des Filtermediums kann zumindest zu 50 Gew.-%, vorzugsweise zumindest zu 80 Gew.-%, ein Glasfasermaterial und/oder ein vollsynthetisches Material, insbesondere ein Polyamid-, Polyester-, Polypropylen- und ein Polybutylenterephthalatfasermaterial, aufweisen. Durch den Schrumpfschlauch können insbesondere auch schwer faltbare Filtermedien mit kurzen Fasern eingefasst und stabilisiert werden.
Der Schrumpfschlauch kann insbesondere zumindest zwei Filamentarten aufweisen, wobei eine erste Filamentart im Wesentlichen parallel zur Längsachse A des Filterkörpers ausgerichtet ist und eine zweite Filamentart im Wesentlichen schräg, insbesondere senkrecht bzw. normal, zur Längsachse A des Filterkörpers ausgerichtet ist, wobei die erste Filamentart eine geringere Materialschrumpfung unter Wärmeentwicklung aufweist als die zweite Filamentart. Die wesentlich geringere Schrumpfung in Längsrichtung verringert vorteilhaft die Materialspannungen auf den Filterkörper, welche während des Schrumpfvorgangs auftreten können, und ermöglicht eine in Längsrichtung gesehen möglichst großflächige Anlage des Schrumpfschlauchmaterials.
Die erste Filamentart weist insbesondere eine um 25 % geringere Schrumpfung als die zweite Filamentart auf. Die Schrumpfung von Fasern kann analog zur ISO 18066:2015:04 ermittelt werden.
Die erste Filamentart kann als Garnfäden, insbesondere als Kettfäden, und die zweite Filamentart ebenfalls als Garnfäden, insbesondere als Schussfäden, ausgebildet sein, wobei der mittlere Durchmesser der Garnfäden sowohl der ersten als auch der zweiten Filamentart zwischen 0,1 bis 0,7 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,25 bis 0,45 mm, beträgt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filterelements weist die folgenden Schritte auf:

A Bereitstellen eines Filterelements, umfassend einen Filterkörper aus einem Filtermaterial;
B Bereitstellen eines Schrumpfschlauches, umfassend einen gitter- und/oder netzförmigen Schlauchmantel mit einem antimikrobiellen Material;
C Aufstreifen des Schrumpfschlauchs über den Filterkörper oder Einfädeln des Schrumpfschlauches in einen Filterhohlraum des Filterkörpers; und
D Wärmebehandlung unter Verformung des Schrumpfschlauches.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist von Vorteil, wenn der Schrumpfschlauch als Gewebe und/oder als Folie ausgebildet ist, wobei das Bereitstellen gemäß Schritt B bei einem Gewebe ein Verweben von Kettfäden und Schussfäden oder ein Extrudieren umfasst.
Nach dem Verweben von Kettfäden und Schussfäden kann ein Beschichten des Gewebes mit dem antimikrobiellen Material, insbesondere in einem Sprühverfahren oder Tauchverfahren, erfolgen.
Weiterhin erfindungsgemäß ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Filterelements in einem Wassereinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine.
Optional kann der Schrumpfschlauch auch einen vorbestimmten Anteil Schmelzfasern umfassen, deren Schmelztemperatur unter der zur Schrumpfung eingesetzten Temperatur liegt, sodass die Faltenspitzen zusätzlich durch das Anschmelzen stabilisiert werden können. Der Schrumpfschlauch weist in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest zwei Faserarten mit unterschiedlichen Schmelzpunkten auf.
Figurenliste
Nachfolgend wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und unter Zuhilfenahme der beiliegenden Figuren näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind besonders vorteilhaft, jedoch keinesfalls beschränkend für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Einzelne Merkmale können dabei auf verschiedene nicht dargestellte Varianten eines Filterelements übertragen werden.
Es zeigen:

1 Eine perspektivische Schnittansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Filterelements;
2 eine perspektivische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Filterelements; und
3 eine perspektivische Schnittansicht einer dritten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Filterelements.

Ausführungsform(en) der Erfindung
1 - 3 zeigen unterschiedliche Ausführungsvarianten der Erfindung, wobei identische Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen wurden.
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Filterelements 1. Dieses kann zur Filtration von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, insbesondere Wasser und/oder wässrigen Lösungen oder Kraftstoff, beispielsweise Diesel, oder Öl eingesetzt werden. Es ist dabei Bestandteil, insbesondere ein auswechselbarer Bestandteil, eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Verbrennungskraftmaschine. Beispielsweise kann das Filterelement als Partikelfilter z. B. in Wassereinspritzsystemen von Verbrennungsmotoren und/oder zur Abscheidung von Wasser aus Kraftstoff und/oder aus einem Öl eingesetzt werden.
Das Filterelement 1 weist einen Filterkörper 5 aus einem gefalteten Filtermedium auf. Der Filterkörper 5 ist dabei als zylindrischer Faltenbalg mit einer Längsachse A und mit sternförmigem Querschnitt ausgebildet. Der Filterkörper 5 weist mehrere Falten mit Faltenspitzen 6 auf, welche sich parallel zur Längsachse A des Filterkörpers 5 erstrecken.
Der Filterkörper 5 kann vorteilhaft als hohlzylindrischer Faltenbalg mit Sternfaltung ausgebildet sein, sodass er einen sternförmigen Querschnitt aufweist.
Als Filtermedium kann besonders bevorzugt ein Glasfaser-Filtermedium eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein vollsynthetisches Material, wie z. B. Polyamid, Polypropylen, Polybutylenterephthalat (PBT) oder ein Polyestermaterial, eingesetzt werden.
Der Filterkörper 5 ist zwischen zwei Endscheiben 2 und 4 des Filterelements 1 angeordnet. Die Endscheiben 2, 4 können Anschlussstutzen 3 aufweisen, wie dieser beispielsweise in 1 dargestellt ist. Im Dichtbereich des Anschlussstutzens 3 ist ein O-förmiger Dichtring 8 angeordnet.
Die Endscheiben 2, 4 können abgestuft ausgebildet sein mit einer Stufe oder einer umlaufenden Rille, in welcher ein Kleber zur Festlegung des Filterkörpers angeordnet sein kann.
Alternativ oder zusätzlich können die Endscheiben 2, 4 verschlossen sein oder Öffnungen aufweisen. Sie können alternativ zur verklebten Variante auch am Filterkörper verschweißt oder an diesen angeschäumt sein.
Der Filterkörper 5 weist einen Filterhohlraum auf. Innerhalb des Filterhohlraums ist ein Stützrohr 7 angeordnet, das einen fluiddurchlässigen, insbesondere gitterförmigen, Rohrmantel aufweist.
An den außenseitigen Filterspitzen 6 des Filterkörpers 5 liegt ein durchströmbarer Schrumpfschlauch 9 an. Je nach Durchströmungskonzept kann der Filterkörper 5 von radial innen nach radial außen oder vice versa durchströmt werden, wobei eine Durchströmung von innen nach außen bevorzugt wird, d. h. der Schrumpfschlauch 9 liegt in diesem Fall auf der Reinseite vor. Der Schrumpfschlauch 9 kann vorzugsweise zumindest bereichsweise einen netz- oder gitterförmigen Schlauchmantel aufweisen und ermöglicht eine Stabilisierung der Falten des Filtermediums 5 und hält vorteilhaft die Falten bzw. Faltenspitzen 6 auf gleichmäßigem Abstand.
Der gitterförmige oder netzförmige Schlauchmantel bzw. Schrumpfschlauch 9 kann beispielsweise aus einem polymeren Garn gefertigt sein oder zumindest ein solches polymeres Garn umfassen. Bevorzugt kann es sich bei dem polymeren Garn um ein Polyestergarn handeln.
Die Flachbreite des Schrumpfschlauches in geschrumpftem Zustand gegenüber der Flachbreite des ungeschrumpften Schrumpfschlauches kann vorteilhaft zumindest 4 % geringer sein, besonders bevorzugt jedoch zumindest 5,5 % geringer.
Zum besseren Überzug bei der Herstellung kann der Schrumpfschlauch 9 einen trichterförmigen Endbereich aufweisen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Schrumpfschlauch um ein Gewebe aus Kunststoffgarn, in welchem vorzugsweise Kettfäden und Schussfäden miteinander verwoben sind. Im Weiteren wird auf die Anordnung der Kett- und Schussfäden im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels näher Bezug genommen, wobei der Schrumpfschlauch jedoch auch mit anderen, insbesondere schnelleren Webverfahren realisierbar ist.
Bevorzugt handelt es sich bei den Kettfäden und bei den Schussfäden um ein monofiles Garn, beispielsweise aus Polyester, Polyamid oder PBT.
Das Aufschrumpfen des Schrumpfschlauches 9 funktioniert so, dass das monofile Garn in Umfangsrichtung als Garnfäden, vorzugsweise als Schussfäden 209, mit einer Hochschrumpftype ausgebildet ist, die in freiem Schrumpf bis zu 25 % schrumpfen kann.
In Längsrichtung erstreckt sich ein Garn, insbesondere ein monofiles Garn, wie z. B. Kettfäden 109. Hier wird eine schrumpfarme Type eingesetzt, da eine Schrumpfung an dieser Stelle zu unnötigen Materialspannungen führen würde.
Der Schrumpfschlauch 9 wird insbesondere in Axialrichtung von radial außen über den Filterkörper 5 oder, wie in 3, von radial außen über das Stützrohr 7 gestülpt. Selbstverständlich sind auch beide Varianten miteinander kombinierbar.
Nach dem Überstreifen des Schrumpfschlauches über das Filterelement, insbesondere über den Filterkörper, soll eine Schrumpfung initiiert werden. Dies erfolgt typischerweise durch Temperaturerhöhung.
Die bevorzugte benötigte Temperatur für die Schrumpfung kann vorzugsweise bei einem Wert von mehr als 90 °C, vorzugsweise zwischen 110 °C bis 180 °C, insbesondere 150 °C bis 170 °C, erfolgen.
Die Ausdehnung des Schrumpfschlauches ist bevorzugt so zu wählen, dass mehr als 50 % der Längserstreckung des Filterkörpers 5, besonders bevorzugt mehr als 60 % der Längserstreckung, von dem Schrumpfschlauch 9 eingefasst sind.
Da es sich um bevorzugt um einen Schrumpfschlauch mit gitter- oder netzförmigem Schlauchmantel handelt, weist der Schrumpfschlauch 9 auch Maschen 309 auf. Diese Maschen 309 ermöglichen eine möglichst ungehinderte Durchströmbarkeit und damit einen problemlosen Zufluss/Abfluss von Medium zum/vom Filterkörper.
Die Maschen weisen eine durchschnittliche Maschenweite von mehr als 0,3 mm, vorzugsweise mehr als 1,7 mm, besonders bevorzugt mehr als 4 mm, auf. Da die Maschenweiten in Längs- und Querrichtung durch Verschiebung der Garnfäden variieren können, bietet es sich an, den Durchschnitt aus einer größeren Anzahl oder allen Maschen zu nehmen. Besonders bevorzugt sollte jedoch die durchschnittliche Maschenweite nicht größer als 30 mm sein.
Um eine für die Anwendung hinreichende Stabilität aufzuweisen, bietet es sich an, wenn die Garnfäden des Schrumpfschlauches 5 einen mittleren Durchmesser von mehr als 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 bis 0,7 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,25 bis 0,45 mm, aufweisen.
Der Schrumpfschlauch weist ein antimikrobielles Material bzw. einen antimikrobiellen Wirkstoff auf. Als antimikrobielles Material oder antimikrobieller Wirkstoff kommt insbesondere Silber, insbesondere Silberfäden, eine Reaktionsmasse von Titandioxid und Silberchlorid, Kupfer, insbesondere Kupferfäden, Aluminium, insbesondere Aluminiumfäden, Zink, insbesondere Zinkfäden, Zink-Pyrithrion, 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolin, insbesondere Octylisothiazolinon, Benzoesäure oder deren Salze, ein Benzalkoniumhalogenid, ein wasser- und/oder öllösliches Coenzym, ein Pflanzenextrakt, Dimethyltetradecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammoniumchlorid, ein Antibiotikum, ein biozides Metall, eine aliphatische und/oder aromatische Fettsäure, und/oder ein quaternäres Tensid in Betracht.
Der antimikrobielle Wirkstoff verhindert die Ausbildung und Vermehrung von pathogenen oder biologischen Ablagerungsfilmen auf der Filteroberfläche und/oder dem hydrophoben Sieb. Im Anwendungsbereich der Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei der Filtration von Flüssigkeiten wie Wasser, sind u. a. Ralstonia picketti, Delftia a-cidovorans, Herbaspirillum huttiense, Pseudomonas aeruginsoa, Stenotrophomonas maltophilia, Micorbacterium trichotecenolyticum, Aquabacterium olei in Wasser auffindbar. Grund hierfür ist u. a., dass das käuflich zu erwerbende Wasser in Form von entionisiertem Wasser zwar hinsichtlich des Ionengehalts, allerdings nicht hinsichtlich des Gehalts an biologischen Verunreinigungen überwacht wird. Weiter kommt es auch vor, dass vereinzelt ungeeignetes Wasser, z. B. Regenwasser, genutzt wird.
Zur Einbringung eines antimikrobiellen Wirkstoffs in das Garn gibt es vielfältige Möglichkeiten.
Eine Möglichkeit ist, den Wirkstoff bereits bei der Garnherstellung, z. B. als Beimengung in ein Monomer-, Oligomer- oder Polymergemisch vor der Ausformung des Garns zuzugeben. Dieser Wirkstoff kann sodann im Polymermaterial des Garns eingebunden sein und sich nicht mehr auswaschen.
Unabhängig von der Herstellung des Garns kann auch der Schrumpfschlauch als gesamtes Element extrudiert werden, wobei der antimikrobielle Wirkstoff ins Granulat eines Masterbatches bei der Extrusion eingearbeitet wird.
Idealerweise sollte die Zusammensetzung des Schrumpfschlauches beständig gegenüber den zu filternden Medien sein. Sowohl das Filtermedium als auch der Schrumpfschlauch sollten idealerweise nur eine geringe chemisch induzierte Schrumpfung gegenüber dem zu filternden Medium aufweisen.
Alternativ und mit höherer Wirksamkeit, da auf der Oberfläche angeordnet, ist die Möglichkeit, im Rahmen einer Beschichtung, z. B. einer Sprüh- oder Tauchbeschichtung, den Wirkstoff oberflächlich auf das Garn aufzubringen. Beispielsweise kann der Garnfaden vor dem Aufrollen durch ein Tauchbad geführt werden.
Auch galvanische Abscheidungen sind auf diese Weise realisierbar, beispielsweise von Silber.
Besonders bevorzugt kann auch ein Polyamid mit Carbonaußenhaut als monofiles Garn eingesetzt werden. Auch Polyethersulfon-Material ist anstelle von Polyamid für die Anwendung geeignet.
Antimikrobiell heißt im Kontext der vorliegenden Erfindung insbesondere auch wirksam gegen Bakterien und Pilzbefall, z. B. Schimmel. Generell umfasst die antimikrobielle Eigenschaft die Verhinderung der Ausbildung beliebiger Biofilme.
Weiterhin ist es auch möglich, Fasern, z. B. Silberfasern oder partikuläres Silber, in das Garnmaterial einzuarbeiten, beispielsweise einzuspinnen.
Es können auch andere Varianten zur Herstellung angegeben werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist auch nicht auf ein Netz mit Garnfäden beschränkt, sondern es kann z. B. auch eine perforierte Kunststofffolie, also eine Lochfolie, sein. Hier tritt anstelle der Maschenweite der durchschnittliche Querschnitt einer Perforation in der Folie. Auch Vliesmaterialien mit entsprechenden Perforationen können genutzt werden.
Auch poröse Werkstoffe sind grundsätzlich zur Verwendung als Material für den Schrumpfschlauch denkbar.
Besonders bevorzugt werden als antimikrobieller Wirkstoff im oder am Schrumpfschlauch Materialien, z. B. in einer Beschichtung oder auch als elementare Fasern, eingesetzt, welche Metallionen freisetzen, die möglichst effektiv gegen mikrobielles Wachstum wirken und dabei einen möglichst geringen Ionenaustrag von < 100 µS/cm, bevorzugt 50µS/cm, haben.
Ein typischer Durchsatz an Wasser in einem Filterelement wie es in den 1 - 3 dargestellt ist, beträgt 800 Liter über einen Zeitraum von 2 Jahren. Über diesen Zeitraum sollte optimalerweise die antimikrobielle Wirkung gewährleistet sein. Dies ist jedoch nur ein Beispiel; je nach Filteranwendung können sich deutlich höhere oder deutlich geringere Durchsätze ergeben, wobei bei Vorfilter-Anwendungen das Filterelement für einen Volumendurchsatz von bis zu 5.000 Liter ausgelegt sein kann.
Der Schrumpfschlauch 9 der 1 kann beispielsweise eine Dimension des Querschnitts im zylindrischen Zustand zwischen 39 bis 44 mm aufweisen und eine Stücklängen bzw. Längserstreckung zwischen 22 bis 39 mm. Alternative Durchmesser sind beispielsweise 31 bis 47 mm bei Stücklängen zwischen 45 bis 75 mm oder 38 bis 42 mm bei Stücklängen zwischen 45 bis 70 mm.
Die Erfindung kann auf vielfältige Weise realisiert werden. In 2 und 3 sind zwei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung beschrieben, wobei die vorgenannten Daten zum Schrumpfschlauch, wie z. B. die Art des antimikrobiellen Materials, auch für diese Ausführungsvarianten übernommen werden können.
2 zeigt ein Filterelement 10 mit einem ebenfalls am Außenumfang des Filterkörpers 5 anliegenden Schrumpfschlauch 19, der eine geringere Maschenweite als im vorgenannten Ausführungsbeispiel aufweist, wobei die Maschenweite der Maschen 319 in dieser Variante innerhalb des vorgenannten Spezifikationsbereichs, jedoch unterhalb von 2 mm liegt.
Man erkennt die in Längsrichtung verlaufenden Filamente 119 und die in Querrichtung bzw. Umfangsrichtung verlaufenden Filamente 219.
Auch hier kann alternativ eine Schlauchfolie, z. B. mit gestanzten Löchern, eingesetzt werden, wodurch eine Verschiebung der Filamente und eine variierende Maschenweite ausgeschlossen werden kann.
Nichtsdestotrotz wird es dem zu filternden Medium auch in dieser Variante ermöglicht, ohne besondere Behinderung durch die Maschen 319 des Schrumpfschlauches 19 in Richtung des Filtermediums zu gelangen.
In 3 ist eine weitere Ausführungsvariante mit einem im Filterhohlraum angeordneten Schrumpfschlauch 28 dargestellt. Dieser ist zwischen dem Stützrohr 7 und dem Filterkörper 5 angeordnet. Beispielsweise kann der Schrumpfschlauch 28 zunächst auf das Stützrohr aufgeschrumpft und anschließend zusammen mit dem Stützrohr 7 in dem Filterhohlraum derart angeordnet werden, dass er an den innenliegenden Spitzen der Filterfalten anliegt.
Der innen- und/oder außen am Filterkörper anliegende Schrumpfschlauch hat eine Reihe von Vorteilen. So muss anders als bei Einzellagen der Schrumpfschlauch nicht ausgerichtet werden, sondern aufgrund des Aufschrumpfens bleibt er in Position. Der Schlauch weist eine hohe Flexibilität auf. Er weist eine bevorzugte Wandstärke von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 0,6 mm, auf und ist ebenfalls bevorzugt flach gefaltet lagerbar. Dadurch benötigt der Schrumpfschlauch nur geringen Raumbedarf bei der Lagerhaltung.
Bislang sind im Bereich der Filterelemente nur Möglichkeiten der Festlegung von zylindrischen Gittern bekannt, welche aufwendiger, also mit mehr Arbeitsschritten, am Filterkörper festgelegt werden.

Claims

Filterelement (1, 10, 20), umfassend einen Filterkörper (5) aus einem Filtermedium, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (1, 10, 20) einen durchströmbaren Schrumpfschlauch (9, 19, 29) aufweist, welcher anströmseitig oder abströmseitig bereichsweise am Filterkörper (5) anliegt, wobei der durchströmbare Schrumpfschlauch (9, 19, 29) ein antimikrobielles Material umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (5) zylindrisch ausgebildet ist, insbesondere als zylindrischer Faltenbalg mit sternförmigem Querschnitt, der einen Filterhohlraum aufweist, wobei das Filterelement (1, 10, 20) ein Stützrohr (7) aufweist, welches innerhalb des Filterhohlraumes, insbesondere zwischen zwei Endscheiben (2, 4), angeordnet ist, wobei der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) zwischen dem Stützrohr (7) und dem Filterkörper (5) angeordnet ist und sowohl am Stützrohr (7) als auch am Filterkörper (5) anliegt.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (5) zylindrisch, insbesondere als zylindrischer Faltenbalg, ausgebildet ist, wobei der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) zur Faltenstabilisierung von außen an Faltenspitzen (6) der Falten anliegt.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) einen Schlauchmantel aufweist, welcher zumindest bereichsweise gitter- oder netzförmig, vorzugsweise als Gewebeschlauch, ausgebildet ist.
Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gitterförmige Schrumpfschlauch (9, 19, 29) Maschen (309, 319, 329) mit einer durchschnittlichen Maschenweite von mehr als 0,3 mm, vorzugsweise mehr als 1,7 mm, besonders bevorzugt von mehr als 4 mm, aufweist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das antimikrobielle Material Silber, insbesondere Silberfäden, eine Reaktionsmasse von Titandioxid und Silberchlorid, Kupfer, insbesondere Kupferfäden, Aluminium, insbesondere Aluminiumfäden, Zink, insbesondere Zinkfäden, Zink-Pyrithrion, 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolin, insbesondere Octylisothiazolinon, Benzoesäure oder deren Salze, ein Benzalkoniumhalogenid, ein wasser- und/oder öllösliches Coenzym, ein Pflanzenextrakt, Dimethyltetradecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammoniumchlorid, ein Antibiotikum, ein biozides Metall, eine aliphatische und/oder aromatische Fettsäure und/oder ein quaternäres Tensid umfasst.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) ein Garn mit einem Anteil von zumindest 20 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 50 Gew.-%, an Polymermaterial aufweist.
Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn aus einem Polymermaterial besteht.
Filterelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn als ein monofiles Garn ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) zumindest zu 20 Gew.-%, bevorzugt zumindest zu 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest zu 80 Gew.-%, ein Polyester-, Polyethylenterephthalat-, Polyethersulfon-, Polybutylenterephthalat- und/oder Polyamidmaterial umfasst.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Filtermediums zumindest zu 50 Gew.-%, vorzugsweise zumindest zu 80 Gew.-%, ein Glasfasermaterial und/oder ein vollsynthetisches Material, insbesondere ein Polyamid-, Polyester-, Polypropylen- und ein Polybutylenterephthalatfasermaterial, aufweist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) zumindest zwei Filamentarten aufweist, wobei eine erste Filamentart (109, 119, 129) im Wesentlichen parallel zur Längsachse (A) des Filterkörpers (5) ausgerichtet ist und wobei eine zweite Filamentart (209, 219, 229) im Wesentlichen schräg, insbesondere senkrecht, zur Längsachse (A) des Filterkörpers (5) ausgerichtet ist, wobei die erste Filamentart (109, 119, 129) eine geringere Materialschrumpfung unter Wärmeentwicklung aufweist als die zweite Filamentart (209, 219, 229).
Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filamentart (109, 119, 129) eine um 25 % geringere Schrumpfung als die zweite Filamentart (209, 219, 229) aufweist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filamentart (109, 119, 129) als Garnfäden, insbesondere als Kettfäden, und die zweite Filamentart (209, 219, 229) ebenfalls als Garnfäden, insbesondere als Schussfäden, ausgebildet ist, wobei der mittlere Durchmesser der Garnfäden sowohl der ersten als auch der zweiten Filamentart zwischen 0,1 bis 0,7 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,25 bis 0,45 mm, beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelements (1, 10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: A Bereitstellen eines Filterelements (1, 10, 20), umfassend einen Filterkörper (5) aus einem Filtermaterial; B Bereitstellen eines Schrumpfschlauches (9, 19, 29), umfassend einen gitter- und/oder netzförmigen Schlauchmantel mit einem antimikrobiellen Material; C Aufstreifen des Schrumpfschlauchs (9, 19, 29) über den Filterkörper (5) oder Einfädeln des Schrumpfschlauches (9, 19, 29) in einen Filterhohlraum des Filterkörpers (5); und D Wärmebehandlung unter Verformung des Schrumpfschlauches (9, 19, 29).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfschlauch (9, 19, 29) als Gewebe und/oder als Folie ausgebildet ist, wobei das Bereitstellen gemäß Schritt B ein Verweben von Kettfäden und Schussfäden und/oder ein Extrusionsverfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verweben von Kettfäden und Schussfäden ein Beschichten des Gewebes, insbesondere in einem Sprühverfahren und/oder einem Tauchverfahren, mit dem antimikrobiellen Material erfolgt.
Verwendung des Filterelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Wassereinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine.