DE102018129695A1

DE102018129695A1 - Filterelement, Verwendung des Filterelements und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102018129695A1
Application number: DE102018129695.9A
Authority: DE
Inventors: Herbert Jainek; Manuel Bentlohner
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Ein Filterelement (1) umfassend einen Faltenbalg (2), wobei der Faltenbalg (2) zur Stabilisierung der Falten (5) mit einem dem Filterelement (1) zugeordneten Verstärkungsband (10) umwickelt ist, wobei zumindest eine Materiallage des Verstärkungsbandes (10) aus einem im Temperaturbereich zwischen -40 °C und 160 °C nicht-schmelzbaren Polymermaterial besteht, welches in die Falten (5) des Faltenbalgs (2) expandiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Verwendung des Filterelements und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bei gefalteten Filterelementen, insbesondere bei hohlzylindrischen Faltenbalgen, kann es aufgrund von hoher Belastung des Filtermediums zu einem Zusammenklappen einzelner Falten kommen. Daher müssen die Falten abgestützt werden, um den Faltenabstand beizubehalten.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2009 015 631 A1 , aus der EP 2 663 379 A2 , aus der DE 20 2006 008 596 U1 und aus der DE 10 2005 036 366 A1 sind Filterelemente bekannt, welche als sogenannte Fadenwickel ausgebildet sind. Dieser Faden kann mit einem Haftvermittler getränkt und um das Filterelement gewickelt werden. Diese Nutzung eines Fadenwickels hat sich vielfach bewährt. Nachteilig ist dabei, dass der Faden aufgrund geringer Kontaktoberfläche lediglich mit den Spitzen des Faltenbalgs heruntergerissen werden kann.
Die DE 10 2011 110 759 A1 greift dieses Problem auf und bietet zu dessen Lösung ein Außenband an, welches auf der zum Filtermedium gekehrten Seite mit Haken oder Noppen versehen ist, um somit dem Außenband auf dem Filtermedium mehr Halt zu verleihen.
Die EP 1 948 347 A1 schlägt eine Verbindung zwischen einem Außenband und den Spitzen des Faltenbalgs durch ein Laserschweißen vor. Dies erfordert allerdings eine hohe Fertigungspräzision, einen erhöhten Fertigungszeitaufwand und Kosten bei der Anschaffung entsprechender Geräte.
Die EP 1 349 633 A1 und die EP 1 572 317 B1 schlagen zur Faltenstabilisation vor, ein Außenband aus einem extrudierten thermoplastischen Elastomer zu nutzen.
Die meisten der vorgenannten Varianten der Faltenstabilisation weisen eine vergleichsweise kleine Kontaktfläche zwischen dem Außenband oder Außenfaden und dem Filtermedium auf. Meist handelt es sich lediglich bei den Lösungsvorschlägen um Varianten die geringe Oberfläche der Faltenspitzen und das Außenband noch fester miteinander zu verbinden, z. B. durch Laserschweißen.
Weiterhin ist die Einsatztemperatur einiger der vorgenannten Varianten von Filterelementen limitiert.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung sowohl ein Filterelement als auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, bei welchem die Stabilisierung der Filterfalten noch zuverlässiger erfolgt.
Anders als bei den bisherigen Lösungen wird bei dem erfindungsgemäßen Filterelement eine innige Verbindung des Außenbands mit den Faltenflächen durch ein vernetzendes, optional aufschäumendes und später nicht mehr aufschmelzbares Kunststoffmaterial hergestellt.
Das erfindungsgemäße Filterelement umfasst einen Faltenbalg. Bevorzugt weist der Faltenbalg ein Zick-Zack-gefaltetes Filtermedium, beispielsweise aus Filtervlies, auf. Der Faltenbalg kann eine Längsachse aufweisen. Ein Querschnitt senkrecht zu dieser Längsachse ist sternförmig ausgebildet.
Im Inneren des Faltenbalgs kann optional ein Stützrohr, vorzugsweise ein gitterförmiges Stützrohr, angeordnet sein.
Das Filterelement weist zur Stabilisierung der Falten mindestens ein Verstärkungsband auf, welches um den Faltenbalg umwickelt ist bzw. um den Faltenbalg herum angeordnet ist.
Das Verstärkungsband kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Zumindest eine Materiallage des Verstärkungsbandes ist aus einem nicht-schmelzbaren Polymermaterial gebildet, welches im Temperaturbereich zwischen -40 °C und 160 °C thermisch stabil ist, und welches in die Falten des Faltenbalgs expandiert ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Expandieren sowohl eine selbstständige Ausdehnung umfassen als auch ein mechanisches Eindrücken des weichen Materials in die Falten bei anschließendem Aushärten.
Das Umwickeln kann bereichsweise oder vollumfänglich erfolgen. Auch ein Überstreifen ist als Umwickeln im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
Anders als bei Verwendung von thermoplastischen Materialien wird der Abstand der Falten auch bei höheren Anwendungstemperaturen gewährleistet.
Ein solches Polymermaterial kann vorzugsweise ein nicht-schmelzbares Elastomer oder Duromer sein. Bevorzugt kann das Polymer- bzw. Kunststoffmaterial ein Kautschuk sein. Das Material schmilzt dabei vorzugsweise gar nicht, sondern zersetzt sich bei höheren Temperaturen (> 250 °C) thermisch.
Ein Vorteil der vorliegen<den Erfindung ist dabei eine bessere Anbindung des Verstärkungsbandes an das Filtermedium des Faltenbalgs, insbesondere bei höheren Temperaturen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist von Vorteil, wenn weniger als 15 %, vorzugsweise weniger als 8 %, der Filterfläche des Faltenbalgs mit dem Verstärkungsband bedeckt ist. Insgesamt sollte das Verstärkungsband sich nur über einen möglichst geringen Bereich des Faltenbalgs erstrecken, um eine möglichst große Filterfläche bereitzustellen.
Das nicht-schmelzbare Polymermaterial kann durchschnittlich zumindest über 15 % der Faltenhöhe der Falten des Faltenbalgs, vorzugsweise zumindest über 25 % der Faltenhöhe der Falten des Faltenbalgs, in die Falten expandieren. Die Faltenhöhe soll nachfolgend kurz definiert werden. Bei Zick-Zack-Faltung weist eine Falte zwei Schenkel auf. Der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt der Falte und dem Schnittpunkt zwischen der Winkelhalbierenden und der Verbindungsgeraden zwischen den Schenkelendpunkten wird allgemein als Faltenhöhe bezeichnet.
Dadurch wird eine bessere Fixierung durch eine hohe Kontaktfläche erreicht. Zudem gewährt das Material vorteilhaft einen vorbestimmten Mindestabstand zwischen den Falten des Filterelements.
Das nicht-schmelzbare Polymermaterial kann als ein aufgequollenes und/oder aufgeschäumtes Polymermaterial ausgebildet sein. Dieses Material kann temperaturausgehärtet und somit formstabil, also nur unter größerer Krafteinwirkung, z. B. 1 bar Überdruck oder mehr, verformbar sein.
Das Polymermaterial ist vorzugsweise im Temperaturbereich von weniger als 160 °C formstabil, d. h., dass sich das Material nicht bei Erhitzung unter Verwendungsbedingungen in eine hochviskose verformbare Masse umwandelt. Auch bei Temperaturen von über 160 °C, vorzugsweise bei Temperaturen zumindest bis zu 250 °C, kann die Formstabilität vorteilhaft erhalten bleiben.
Der Faltenbalg kann vorteilhaft endständig durch Endscheiben eingefasst sein, welche zumindest bereichsweise durch ein Verbindungsmaterial mit den beiden endständigen Bereichen des Faltenbalgs, insbesondere mit den senkrecht zu einer Längsachse des Filterelements und/oder des Faltenbalgs verlaufenden Stirnseiten des Faltenbalgs, verbunden sind, wobei das Verbindungsmaterial ein gleichartiges oder identisches Material zur Materiallage des Verstärkungsbandes ist.
Dabei kann das Verbindungsmaterial und das Material des Verstärkungsbandes günstig in einem einzigen Aushärtungsverfahren ausgehärtet werden.
Das Verstärkungsband kann alternativ zu einer ringfömigen Umfassung auch spiral- oder wendelförmig um das Filterelement angeordnet sein.
Das Verbindungsmaterial kann dabei als Materiallage eines Verbindungsbandes, insbesondere eines ringförmigen Verbindungsbandes, vorliegen. Das Verbindungsband kann lediglich aus der vorgenannten einen Materiallage bestehen oder aus mehreren Materiallagen, z. B. einem Substratmaterial und der Materiallage aus dem Verbindungsmaterial.
Erfindungsgemäß kann die Verwendung eines erfindungsgemäßen Filterelements als auswechselbares Bauteil in einer Filteranordnung, insbesondere in einem Luft- und/oder Ölfilter, vorzugsweise in einem Nutzfahrzeug, erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filterelements weist zumindest die folgenden Schritte auf:

I. Bereitstellung eines Faltenbalgs;

In einer ersten Ausführungsvariante kann beim Bereitstellen gemäß Schritt I der Faltenbalg bereits mit endständigen Endscheiben versehen sein.
In einer zweiten Ausführungsvariante kann der Faltenbalg noch keine endständigen Endscheiben aufweisen oder die Endscheiben weisen noch keine mechanischbelastbare Verbindung mit dem Faltenbalg auf.

II. Umwickeln des Faltenbalgs mit einem Verstärkungsband umfassend eine Materiallage aus vernetzbarem, expansionsfähigem und/oder eindrückbarem, nach dem Vernetzen nicht mehr schmelzbarem Polymermaterial, beispielsweise Kautschukmaterial;

Unter einem Umwickeln des Verstärkungsbandes gemäß Schritt II kann sowohl ein klassisches Umwickeln aber auch ein Überstreifen eines bereits fertig ausgebildeten ringförmigen Bandes verstanden werden. Expansionsfähig bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung eine selbständige Expansion z. B. durch Quellen oder Schaumbildung oder eine mechanisch unterstützte Expansion z. B. durch Eindrücken in die Filterfalten.

III. Verschalung des Verstärkungsbandes

Um eine gerichtete Expansion des Kunststoffes in die Falten des Faltenbalgs zu erreichen, wird in Schritt III eine Verschalung des Verstärkungsbandes z. B. durch eine Metall- oder Kunststoffschale, vorzugsweise eine ringförmige Verschalung mit u-förmigen Querschnitt, vorgenommen.

IV. Expansion/Eindrücken der Materiallage des Verstärkungsbandes-und Aushärtung der Materiallage bei Temperaturen von mehr als 50 °C

Schließlich erfolgt in Schritt IV eine Expansion/Eindrücken der Materiallage des Verstärkungsbandes in die Falten des Faltenfilters hinein und eine Aushärtung der Materiallage bei Temperaturen von mehr als 50 °C, vorzugsweise mehr als 80 °C.
Die Expansion kann beispielsweise durch Quellen oder durch Aufschäumen erfolgen. Der Prozess der Expansion/Vernetzung kann durch die Temperaturerhöhung selbst initiiert werden oder durch eine vorangegangene Initialisierung, z. B. durch Zugabe eines Radikalkettenstarters.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vor dem Schritt IV eine Anordnung des vorgenannten Verbindungsmaterials und der Endscheiben in den beiden endständigen Bereichen des Faltenbalgs erfolgen.
Die Aushärtung, und vorzugsweise auch die Expansion, des Verbindungsmaterials zwischen den Endscheiben und dem Faltenbalg, sowie der Materiallage des Verstärkungsbandes in Schritt IV kann vorteilhaft durch einen einmaligen Erwärmungsschritt bei Temperaturen von mehr als 50 °C erfolgen. Dies ist besonders verfahrensökonomisch.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante in Form eines zylindrischen Filterelementes mit einem zickzackförmig gefalteten Filtermittel, das am Außenumfang mit einem Verstärkungsband umgriffen ist;
2 eine Schnittansicht durch das Filterelement; und
3 eine Seitenansicht des Filterelements der 1 und 2.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist ein Filterelement 1 mit einer Längsachse 100 dargestellt, welches einen Faltenbalg 2, vorzugsweise mit sternförmigem Querschnitt senkrecht zur Längsachse 100, umfasst. Der Faltenbalg 2 ist aus einem zickzackförmig gefalteten Filtermedium gebildet, wobei die Faltenkanten der Falten 5 des Faltenbalgs 2 sich im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Längsachse 100 des Filterelements 1 erstrecken. Auf Grund der zickzackförmigen Faltung des Filtermediums ist der Außenumfang des Filterelementes 1 von den Faltenkanten gebildet, welche im Querschnitt des Faltenbalgs 2, wie in 2 dargestellt, als Faltenspitzen 6, 7 ausgebildet sind. Eine erste Anzahl an Faltenspitzen 6 ist dabei radial außen liegend angeordnet. Jede dieser Faltenspitzen weist zusätzlich eine benachbarte radial innen liegende Faltenspitze 7 einer zweiten Anzahl an Faltenspitzen 7 auf. Bevorzugt können die radial innen liegenden Faltenspitzen 7 zur Längsachse 100 hin gerichtet sein. Zwischen den radial außen liegenden und den radial innen liegenden Faltenspitzen 6 und 7 weist eine jeweilige Falte 5 eine Faltenfilterfläche 8 auf. Das Filterelement 1 kann radial von außen nach innen von einem zu filtrierenden Fluid durchströmt werden, so dass die Außenseite die Rohseite 200 bildet und der Innenraum des Filterelementes 1 die Reinseite 300, über die das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
Das Filterelement 1 weist in den beiden axialen Endabschnitten des Faltenbalgs 2 jeweils eine Endscheibe 3 oder 4 auf, welche den Faltenbalg 2 einfassen, wobei die Endscheiben 3 oder 4 den Faltenbalg 2 in Achsrichtung strömungsdicht verschließen.
Die Falten 5 können einen V- oder Y-förmigen Querschnitt aufweisen.
Das Polymermaterial ist bei Temperatur zunächst niedrig-viskos und dann durch Vernetzung nicht mehr aufschmelzbar und optional aufschäumend.
Am Außenumfang des Filterbalgs 2 ist ein Verstärkungsband 3 angeordnet, das auf den Außenumfang des Faltenbands aufliegt und sich im Bedeckungsbereich des Verstärkungsbandes 3 in dem V oder Y-förmigen Querschnitt der Falte erstreckt.
Die Endscheiben 3 und 4 dienen dabei der Stirnkantenabdichtung.
Das Verstärkungsband ist im vorliegenden Fall aus einem aufschäumenden und/oder aufquellenden Material gefertigt.
Das Aufschäumen und/oder Aufquellen des Materials kann durch eine Temperaturerhöhung initiiert werden
Zunächst wird das Verstärkungsband als Folie, beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 bis 3 mm um den Faltenbalg 2 gewickelt. Sodann erfolgt bei 50 °C zunächst ein temperaturinitiierter Übergang in den niedrig-viskosen Zustand und dann Vernetzen sowie optional Aufquellen und/oder Aufschäumen des Verstärkungsbandes.
Eine um das Verstärkungsband vor dessen Aufschäumen oder Aufquellen angeordnete Kunststoffverschalung ermöglicht die gerichtete Ausdehnung des Materials in die Falten des Faltenbalgs.
Durch die Wärme und die Expansion des Materials wirken sich auf das weitere Aufquellen des Verstärkungsbandes auf. Zugleich verringert sich die Dichte des Verstärkungsbandes, so dass das Material in einer Schnittansicht die V- oder Y-förmige Kontur der Falten, insbesondere im Überdeckungsbereich, zumindest über 15 % der Faltenhöhe, vorzugsweise zumindest über 25 % der Faltenhöhe, die Falten ausfüllt und anschließend aushärtet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Falte des Faltenfilters bereichsweise über die gesamte Faltenhöhe ausgefüllt sein.
Das Vernetzungsprodukt ist temperaturstabil bis zumindest 160 °C sowie elastisch oder nicht verformbar wodurch sich zusätzliche Vorteile für den Einsatz des Filterelements 1 ergeben.
Das Verstärkungsband kann zumindest Kautschuk und ein Additiv zum Vernetzen des Materials enthalten. Die Herstellung wird nach einer der nachfolgend beschriebenen Varianten (I-IV) ausgeführt. Das Vernetzen des Materials wird durch Energieeintrag bewirkt.
Energie kann über eine geeignete Heizvorrichtung eingebracht werden wobei die Materialtemperatur ansteigt. Zum Vernetzen werden Temperaturen von min. 50 °C benötigt. Alternativ kann das Material auch durch elektromagnetische Strahlung wie beispielsweise Infrarot-Strahlung vernetzt werden. Des Weiteren ist eine induktive Erwärmung des Materials möglich sofern entweder das Material selbst elektrisch leitfähig ist, oder eine induktiv aufwärmbare Vorrichtung zum Verschalen des Materials verwendet wird.
Das Material ist so gestaltet, dass bei Energieeintrag die Viskosität zunächst abnimmt und dann durch den Vernetzungsvorgang ansteigt bis schließlich ein nicht mehr schmelzbares Vernetzungsprodukt erhalten wird. Je nach Ausführungsform ist das Vernetzungsprodukt bei Raumtemperatur ein Elastomer oder Duroplast. In bevorzugten Ausführungsformen sind weitere Additive zugesetzt welche zusätzlich zum Aufschäumen des Materials bei Energieeintrag führen.
Folgende Materialien für das Verbindungsmaterial und/oder das Material des Verstärkungsbandes und Herstellungsvarianten zur Bildung des Filterelements werden nachfolgend offenbart:
Material nicht schäumend
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Material Kautschuk, Schwefel sowie optional einen oder mehrere Vulkanisationsbeschleuniger (beispielsweise Mercaptobenzothiazole, Sulfenamide, Dithiocarbamamte), Füllstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel, beispielsweise Weichmacher, jedoch vorzugsweise keine Additive wie Phenolharz oder Treibmittel welche zum Aufschäumen des Materials führen.
Bei Energieeintrag sinkt die Viskosität des Materials zunächst ab, sodass es möglich ist, dieses durch eine geeignete Verschalung in die Filterfalten hineinzudrücken, bevor das Material zu einem unschmelzbaren Produkt vernetzt. Durch Anpassung der Art des Kautschuks und dessen Mooney-Viskosität sowie des Füllstoffanteils und des Schwefel-Beschleuniger-Anteils ist es möglich die Elastizität des Vernetzungsprodukts zu verändern. Ein elastisches Verstärkungsband ist vorteilhaft um beispielsweise abrupte Druckspitzen am Filterbalg (z. B. Kaltstart) zu Puffern, indem der Filterbalg expandieren bzw. kontrahieren kann.
II) Material schäumend (Phenolharz)
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Material zusammengesetzt wie in der Ausführungsform I beschrieben und enthält zusätzlich Phenolharz und einen Formaldehydspender wie Hexamethylentetramin. Bei Energieeintrag vernetzt sowohl der Kautschuk als auch das Phenolharz. Bei der Phenolharz Vernetzung mittels Hexamethylentetramin, werden gasförmige Reaktionsprodukte (Ammoniak, Wasser) freigesetzt, welche das Material aufschäumen. Beim Aufschäumen des Materials erfolgt eine Volumenzunahme zumindest um 10 %, insbesondere um 50 % bis 150 % des Ausgangsvolumens. Durch Verwendung einer geeigneten Verschalung um das Verstärkungsband schäumt das Material in die Filterfalten und vernetzt anschließend zu einem unschmelzbaren Produkt. Insbesondere bei hohen Phenolharz-Anteilen werden formstabile Vernetzungsprodukte erhalten. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform besonders geeignet um Metallteile, wie Metallgitter am Balg mit dem Verstärkungsband zu verkleben.
III) Material schäumend (Treibmittel)
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Material zusammengesetzt wie in der Ausführungsform I oder II beschrieben und enthält zusätzlich Treibmittel (z. B. Carbonate, Sulfonylhydrazide, Azodicarbonamide und/oder Dinitrosopentamethylentetramin). Bei Energieeintrag vernetzt das Material und das/die Treibmittel bilden gasförmige Reaktionsprodukte, welche zum Aufschäumen des Materials führen bzw. beitragen. Beim Aufschäumen des Materials erfolgt eine Volumenzunahme zumindest um 10 %, insbesondere um 50 % bis 500 %, des Ausgangsvolumens. Durch Verwendung einer geeigneten Verschalung um das Verstärkungsband schäumt das Material in die Filterfalten und vernetzt anschließend zu einem unschmelzbaren Produkt.
IV) Material elektrisch und thermisch leitfähig
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Material zusammengesetzt wie in der Ausführungsform I, II oder III beschrieben und enthält zusätzlich elektrisch und/oder thermisch leitfähige Füllstoffe wie Kohlenstoff (Graphit, Ruß), Nitride (Bornitrid, Aluminiumnitrid), Carbide (Siliciumcarbid), Oxide (Aluminiumoxid) und/oder Metallpartikel. Bei Energieeintrag vernetzt das Material und kann je nach Ausführungsform durch eine geeignete Verschalung in den Faltenbalg gedrückt werden bzw. schäumt von selbst in den Faltenbalg und bildet anschließend ein unschmelzbares Produkt. Durch Anwendung der unter IV) genannten Füllstoffe wird die Temperaturleitfähigkeit des Materials gesteigert, was zu einem verbesserten Wärmeeintrag führt und somit die Vernetzung des Verstärkungsbandes erleichtert.
Insbesondere bei Anwendung elektrisch leitfähiger Füllstoffe (Metallpartikel oder Kohlenstoff z. B. in Form von Graphit oder Ruß) können weitere Vorteile entstehen. Beispielsweise ist es möglich, das Material des Verstärkungsbandes induktiv zu erwärmen und so zu vernetzen. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile für das Filterelement, indem es möglich wird elektrische Ströme durch das Verstärkungsband zu führen um beispielsweise elektrische Ladungen abzuleiten oder elektrische Bauteile wie Sensoren elektrisch zu kontaktieren.
Wie anhand der vorhergehenden Ausführungsbeispiele I bis IV ersichtlich kann die Herstellung des erfindungsgemäßen Filterelements auf verschiedene Weise realisiert werden. Eine erste bevorzugte Variante ist die Herstellung durch Polykondensation, wobei ein Teil der Polykondensationsprodukte, insbesondere Ammoniak oder Wasser, beim Aushärten in den gasförmigen Zustand übergehen und einen Volumenzuwachs ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann der Volumenzuwachs auch durch ein Treibmittel, also unter Freisetzung eines Gases, erreicht werden.
Ein Aufschäumen ist jedoch nicht zwingend notwendig, die Herstellung kann auch im Rahmen einer mechanischen Behandlung durch Einpressen von unausgehärtetem Material in die Falten erfolgen.
1 bis 3 zeigen lediglich ein Verstärkungsband 3, es ist allerdings auch möglich, mehrere Verstärkungsbänder vorzusehen.
An dem Verstärkungsband 3 kann vorteilhaft ein Additiv anhaften, welches chemische Wirksubstanzen an das heranströmende Fluid abgibt, um die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Fluids zu verbessern. Das Additiv kann im Material des Verstärkungsbandes vollständig oder teilweise enthalten sein, so dass das Verstärkungsband wie ein Depot das Additiv nach und nach freigibt.
Das Filterelement 1 kann in einer an sich bekannten Filtereinrichtung als Wechselfilter eingesetzt werden.
Nachfolgend wird der Auftrag des Verstärkungsbandes näher erläutert:
Zunächst wird in einem ersten Schritt der Faltenbalg 2 mit dem Verstärkungsband umwickelt.
Die Breite des Verstärkungsbandes kann dabei variabel gewählt werden. Sodann kann in einem zweiten Schritt das Verstärkungsband durch eine Verschalung, wahlweise aus Kunststoff oder Metall, überdeckt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Expansion des Verstärkungsbandes bei dessen Aufquellen oder Aufschäumen in Richtung des Faltenbalgs erfolgt.
Schließlich wird das Filterelement in einem dritten Schritt in einen Ofen zum Aufbacken des Verstärkungsbandes und der Endscheiben überführt.
Die Endscheiben 3, 4 sind durch ein Verbindungsmittel mit dem Faltenbalg 2 verbunden, insbesondere miteinander verklebt. Hierfür wird pro Endscheibe jeweils ein Verbindungsband 9 genutzt. Das Verbindungsband 9 kann ringförmig ausgebildet sein und weist bevorzugt eine Breite auf, die zumindest der Faltenhöhe h oder größer entspricht.
Das Verstärkungsband und die Verbindungsbänder können nur aus einer Materiallage bestehen oder aus mehreren Materiallagen, insbesondere einer Substratlage und zumindest einer aufquell- oder aufschäumbarer Materiallage.
Optional und besonders bevorzugt bestehen die Verbindungsbänder 9 aus einem zum Verstärkungsband gleichartigen oder identischen Material. Gleichartig bedeutet, dass zumindest eine Materiallage der Verbindungsbänder eine Abweichung jeder Komponente um weniger als 10 %, bezogen auf die Gewichtsanteile einer Materiallage des Verstärkungsbandes, aufweist. Die vorgenannte Materiallage des Verstärkungsbandes und der Verbindungsbänder ist dabei nicht die Substratlage, sondern die zumindest eine aufquell- oder aufschäumbarer Materiallage.
Durch die Nutzung eines identischen oder gleichartigen Materials zur Verbindung der Endscheiben am Faltenbalg und zur Festlegung des Verstärkungsbandes können im dritten Schritt alle Elemente zusammengefügt werden. Dadurch wird ein hoher Automatisierungsgrad erreicht.
Das Filterelement 1 kann zur Filtration von Öl, beispielsweise in einem Nutzfahrzeug, verwendet werden. Das Filterelement kann allerdings auch als Luftfilter genutzt werden.
Das Filterelement 1 der 1 bis 3 ist als ein hohlzylindrisches Filterelement ausgebildet. Ein Flachfilterelement kann ein, zu einem Faltenbalg ausgebildetes, zick-zackförmig gefaltetes Filtermedium umfassen. Ein Verstärkungsband kann auf einem Filterbalg in einem Flachfilterelement eingesetzt werden. Typischerweise wird dabei das Filterelement durch einen Rahmen eingefasst. Der Rahmen kann randseitige Dichtleisten aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009015631 A1 [0003]
EP 2663379 A2 [0003]
DE 202006008596 U1 [0003]
DE 102005036366 A1 [0003]
DE 102011110759 A1 [0004]
EP 1948347 A1 [0005]
EP 1349633 A1 [0006]
EP 1572317 B1 [0006]

Claims

Filterelement (1) umfassend einen Faltenbalg (2), wobei der Faltenbalg (2) zur Stabilisierung von Falten (5) des Faltenbalgs (2) mit einem dem Filterelement (1) zugeordneten Verstärkungsband (10) umwickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Materiallage des Verstärkungsbandes (10) aus einem im Temperaturbereich zwischen -40 °C und 160 °C thermisch stabilen Polymermaterial besteht, welches in die Falten (5) des Faltenbalgs (2) expandiert ist, wobei das Polymermaterial ein nicht-schmelzbares Elastomer oder Duromer ist, wobei das Polymermaterial nicht schmilzt, sondern sich bei höheren Temperaturen (> 250 °C) thermisch zersetzt.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als 15 % der Filterfläche des Faltenbalgs (2) mit dem Verstärkungsband (9) bedeckt ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-schmelzbare Kunststoffmaterial durchschnittlich zumindest über 15 % der Faltenhöhe der Falten (5) des Faltenbalgs (2), vorzugsweise zumindest über 25 % der Faltenhöhe der Falten (5) des Faltenbalgs (2), in die Falten (5) expandiert oder eingedrückt ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-schmelzbare Kunststoffmaterial als ein aufgequollenes und/oder aufgeschäumtes Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsband (10) zumindest zu 10 Gew.%, vorzugsweise zumindest zu 40 Gew.%, eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweist: Nitril-Butadien-Kautschuk und/oder Phenolharz.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das duroplastische Kunststoffmaterial bei Temperaturen von weniger als 160 °C formstabil ist.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (2) endständig durch Endscheiben (3, 4) eingefasst ist, welche zumindest bereichsweise durch ein Verbindungsmaterial mit den beiden endständigen Bereichen des Faltenbalgs (2), insbesondere mit den senkrecht zu einer Längsachse des Filterelements (1) verlaufenden Stirnseiten des Faltenbalgs (2), verbunden sind, wobei das Verbindungsmaterial ein gleichartiges oder identisches Material zur Materiallage des Verstärkungsbandes (10) ist.
Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial als Materiallage eines Verbindungsbandes (9), insbesondere eines ringförmigen Verbindungsbandes, vorliegt.
Verwendung eines Filterelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als auswechselbares Bauteil in einer Filteranordnung, insbesondere in einem Luft- und/oder Ölfilter, vorzugsweise in einem Nutzfahrzeug.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Herstellungsverfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: I Bereitstellung eines Faltenbalgs (2); II Umwickeln des Faltenbalgs (2) mit einem Verstärkungsband (10) mit zumindest einer Materiallage aus expansionsfähigem und/oder eindrückbarem, nach dem Vernetzen nicht mehr schmelzbarem Polymermaterial; III. Verschalung des Verstärkungsbandes (10) und IV. Expansion/Eindrücken der Materiallage des Verstärkungsbandes (10) und Aushärtung der Materiallage bei Temperaturen von mehr als 50 °C.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt IV eine Anordnung des Verbindungsmaterials und der Endscheiben (3, 4) in den beiden endständigen Bereichen des Faltenbalgs (2) erfolgt und dass eine Aushärtung des Verbindungsmaterials zwischen den Endscheiben (3, 4) und dem Faltenbalg (2), sowie des Verstärkungsbandes (10) in Schritt IV durch einen einmaligen Erwärmungsschritt bei Temperaturen von mehr als 50 °C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial und/oder die Materiallage des Verstärkungsbandes (10) durch Materialexpansion durch ein gasförmiges Polykondensationsprodukt oder ein Treibmittel erfolgt, welches bei der Expansion freigesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansion der Materiallage durch mechanisches Einbringen, insbesondere Eindrücken, des Materials des Verstärkungsbandes oder des Verbindungsmaterials in die Falten des Faltenbalgs vor oder während des Aushärtens erfolgt.