DE102019107161A1 - Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements - Google Patents

Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements Download PDF

Info

Publication number
DE102019107161A1
DE102019107161A1 DE102019107161.5A DE102019107161A DE102019107161A1 DE 102019107161 A1 DE102019107161 A1 DE 102019107161A1 DE 102019107161 A DE102019107161 A DE 102019107161A DE 102019107161 A1 DE102019107161 A1 DE 102019107161A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
filter
filter body
filter element
filtration layer
surface filtration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019107161.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Armin Schulz
Christoph Weih
Stefan Hajek
Norbert Kuhn
Wolfgang Raabe
Julian Raabe
Urs Herding
Walter Herding
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HERDING GmbH
Herding GmbH Filtertechnik
Original Assignee
HERDING GmbH
Herding GmbH Filtertechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HERDING GmbH, Herding GmbH Filtertechnik filed Critical HERDING GmbH
Priority to DE102019107161.5A priority Critical patent/DE102019107161A1/de
Priority to PCT/EP2020/057437 priority patent/WO2020187982A1/de
Publication of DE102019107161A1 publication Critical patent/DE102019107161A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1669—Cellular material
    • B01D39/1676—Cellular material of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/111—Making filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/31—Self-supporting filtering elements
    • B01D29/33—Self-supporting filtering elements arranged for inward flow filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0001—Making filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/0241—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising electrically conductive fibres or particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0435—Electret
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0457—Specific fire retardant or heat resistant properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1216—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/10—Multiple layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein eigenstabiles, durchströmungsporöses Filterelement (1), umfassend: einen additiv gefertigten porösen Filterkörper (2) aus Kunststoff, welcher eigenstabil ist und welcher eine Zuströmseite (8) und eine Abströmseite (9) aufweist, sowie eine Oberflächenfiltrationsschicht (14) an der Zuströmseite (8) des Filterkörpers (2). Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines eigenstabilen, durchströmungsporösen Filterelements (1), umfassend: Herstellen eines porösen Filterkörpers (2) aus Kunststoff, welcher eigenstabil ist und welcher eine Zuströmseite (8) und eine Abströmseite (9) aufweist, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, und Ausbilden einer Oberflächenfiltrationsschicht (14) an der Zuströmseite (8) des Filterkörpers (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein eigenstabiles, durchströmungsporöses Filterelement aus Kunststoff mit einem Filterkörper, der eine Zuströmseite und eine Abströmseite aufweist, und einer Oberflächenfiltrationsschicht an der Zuströmseite des Filterkörpers. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelements.
  • Die Filterelemente werden in Fabriken und Anlagen verschiedenster Industriezweige, bspw. in der Automobilindustrie, der Chemieindustrie, der Lebensmittelindustrie oder bei der Herstellung von Baustoffen, eingesetzt.
  • Bisher werden Filterkörper solcher Filterelemente gesintert und anschließend mit einer Oberflächenfiltrationsschicht versehen, bspw. in Form einer Sprühbeschichtung. Verfahrensbedingt werden die Filterkörper hierbei meistens in mehreren Teilstücken gefertigt, die anschließend zu einem Filterkörper zusammengefügt werden. Das Sinterverfahren erlaubt die Herstellung von eigenstabilen Filterelementen in großer Stückzahl, unterliegt aber bestimmten Beschränkungen, etwa hinsichtlich der verwendbaren Kunststoffe oder des Aufbaus von Filterkörper bzw. Oberflächenfiltrationsschicht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eigenstabiles, durchströmungsporöses Filterelement mit einem porösen Filterkörper und einer Oberflächenfiltrationschicht an der Zuströmseite des Filterkörpers zur Verfügung zu stellen, das diesen Beschränkungen nicht unterliegt.
  • Erfindungsgemäß wird durch ein eigenstabiles, durchströmungsporöses Filterelement vorgeschlagen, umfassend einen additiv gefertigten porösen Filterkörper aus Kunststoff, welcher eigenstabil ist und welcher eine Zuströmseite und eine Abströmseite aufweist, sowie eine Oberflächenfiltrationsschicht an der Zuströmseite des Filterkörpers. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines eigenstabilen, durchströmungsporösen Filterelements vorgeschlagen, umfassend: Herstellen eines porösen Filterkörpers aus Kunststoff, welcher eigenstabil ist und welcher eine Zuströmseite und eine Abströmseite aufweist, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, und Ausbilden einer Oberflächenfiltrationsschicht an der Zuströmseite des Filterkörpers.
  • Die additive Fertigungsweise ermöglicht es, den Filterkörper und gegebenenfalls die Oberflächenfiltrationsschicht mit einem einzigen Verfahren herzustellen. Darüber hinaus bietet die additive Fertigungsweise auch die Möglichkeit, zusammen mit dem Filterkörper weitere Komponenten mit einem einzigen Verfahren herzustellen, beispielsweise die Oberflächenfiltrationsschicht. Die additiven Fertigungsverfahren benötigen keine Formen oder Schalungen mehr, die die Geometrie des zu fertigenden Bauteils vorgeben, sondern erzeugen das Bauteil computergesteuert auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten. Auf diese Weise können Filterelemente beliebiger Größe und Geometrie in einem Verfahren gefertigt werden, insbesondere einem einstückigen Filterkörper und ggf. sogar so, dass Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht einstückig sind, d.h. aus einem Stück hergestellt sind.
  • Der Kunststoff kann aus einem Polymermaterial gebildet sein oder aus mehreren Polymermaterialien (etwa in Form eines Polymerblends oder Mischpolymers). Wenn im Folgenden von der Zusammensetzung eines Kunststoffs die Rede ist, etwa im Zusammenhang mit dem Filterkörper und/oder der Oberflächenfiltrationsschicht, dann ist damit stets gemeint, dass der Kunststoff aus nur einem Polymermaterial oder aus mehreren Polymermaterialien gebildet sein kann. Der Begriff Polymermaterial ist allgemein zu verstehen und soll sowohl aus gleichartigen Monomeren aufgebaute Homopolymere umfassen als auch Copolymere wie Blockcopolymere und andere aus verschiedenartigen Monomeren aufgebaute Polymere.
  • Additiv gefertigte Filterelemente können mit einer solchen Genauigkeit hergestellt werden, dass lediglich sehr wenige bis keine Nachbearbeitungsschritte notwendig sind. Wie bereits angesprochen, kann insbesondere das separate Ausbilden einer Oberflächenfiltrationsschicht entfallen. Auch lassen sich Filterelemente mit unterschiedlichster Geometrie und Größe auf diese Weise fertigen.
  • Mögliche Aus- und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und werden nachfolgend erläutert.
  • Eine denkbare Ausführungsform des Filterelements kann vorsehen, dass die Oberflächenfiltrationsschicht integral bzw. einstückig mit dem Filterkörper ausgebildet ist. Hierbei ist die Oberflächenfiltrationsschicht insbesondere mit demselben additiven Verfahrens hergestellt wie der Filterkörper. In diesem Sinn sind Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht aus einem Stück hergestellt. Dadurch kann die Anzahl der notwendigen Prozessschritte reduziert und Herstellungskosten gesenkt werden. Auch der Zusammenhalt zwischen Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht ist besonders gut, insbesondere dann, wenn sich die Zusammensetzung von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht nur wenig oder gar nicht unterscheiden oder der Filterkörper nahtlos in die Oberflächenfiltrationsschicht übergeht. Insbesondere können Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht aus demselben Material hergestellt sein.
  • Demgegenüber kann eine andere Ausführungsform des Filterelements vorsehen, dass die Oberflächenfiltrationsschicht an der Zuströmseite am Filterkörper aufgetragen oder angebracht ist. Diese Konstruktion erlaubt es, den Filterkörper mittels additiver Fertigung herzustellen und die Oberflächenfiltrationsschicht mittels eines separaten Verfahrens herzustellen, beispielsweise als Beschichtung auf der Zuströmseite aufzutragen, etwa mittels Sprühen, Tauchen, Imprägnieren oder Lackieren. Dies ermöglicht den Einsatz bereits bewährter Verfahren zum Anbringen bzw. Auftragen der Oberflächenfiltrationsschicht auf den Filterkörper.
  • Für die Filterfunktion ist die Porosität der Oberflächenfiltrationsschicht von Bedeutung. Der Filterkörper weist eine erste mittlere Porengröße auf und die Oberflächenfiltrationsschicht weist eine zweite mittlere Porengröße auf. Die erste mittlere Porengröße des Filterkörpers soll größer sein als die zweite mittlere Porengröße der Oberflächenfiltrationsschicht. Die kleinere, zweite mittlere Porengröße ist so gewählt, dass in einem zu filternden Fluid enthaltene Fremdstoffe an der Oberfläche der Oberflächenfiltrationsschicht zurückgehalten werden. Die größere, erste mittlere Porengröße wird so groß gewählt, dass beim Passieren des Filterelements ein möglichst geringer Druckverlust auftritt. Derartige Porengrößenverteilungen lassen sich mittels additiver Fertigung flexibel herstellen. Der Übergang von erster mittlerer Porengröße zur zweiten mittleren Porengröße muss nicht abrupt sein, sondern kann kontinuierlich erfolgen. Wenn hier oder im Folgenden von „Poren“ oder „Porengröße“ die Rede ist, so ist dieser Begriff allgemein zu verstehen und soll jede Art von Poren, Öffnungen, Hohlräumen, offenen Mikrostrukturen oder anderen Strukturen umfassen, bei denen das Gefüge eines ansonsten massiven Körpers derart strukturiert ist, dass sich eine Durchlässigkeit für Fluid ergibt. Beispielsweise können bei einigen additiven Fertigungsprozessen durch gezielte Auswahl und Festlegung von „Voxeln“ (Voxel bedeutet ein elementares Volumenelement bei diskreter Unterteilung eines dreidimensionalen Raums in elementare Volumenelemente zur Adressierung des dreidimensionalen Raumes, analog zu „Pixeln“ bei zweidimensionalen Objekten) ganz gezielt offene Mikrostrukturen erzeugt werden, die für das so erzeugte Objekt (Filterelement, Filterkörper, Oberfächenfiltrationssschicht) dieselbe Funktion bereitstellen wie Poren im herkömmlichen Sinn bei herkömmlich hergestellten gesinterten porösen Körpern.
  • Die erste mittlere Porengröße, also die Porengröße des Filterkörpers, kann beispielsweise zwischen10 und 500 µm liegen, wobei ein typischer Bereich 20 bis 100 µm ist, insbesondere 50 bis 80 µm. Die zweite mittlere Porengröße, also die Porengröße der Oberflächenfiltrationsschicht, kann in einem Bereich von 1 bis 100 µm liegen, typischerweise in einem Bereich zwischen 2 und 50 µm. Für die meisten Anwendungen, genügt es, wenn die mittlere Porengröße der Oberflächenfiltrationsschicht 5 µm oder größer ist, beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 25 µm liegt, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 20 µm. Für Anwendungen bei Fluiden mit Fremdstoffbeladung durch besonders kleine Partikel können Oberflächenfiltrationsschichten Anwendung finden, deren mittlere Porengröße 5 µm oder kleiner ist, insbesondere im Bereich von 2 bis 5 µm liegt.Ggf. Können mehrere Schichten übereinander aufgetragen werden, wobei die äußerste Schicht die kleinste mittlere Porengröße hat.
  • Um den Wirkungsgrad des Filterelements zu verbessern, ist es möglich, die Porenstruktur des Filterkörpers und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht derart auszubilden, dass sich ein Druckverlust über das Filterelement, gemessen gegenüber einem Luftstrom ohne Fremdstoffbeladung bei einer Anströmgeschwindigkeit von 0,2 bis 2,5 m/min, insbesondere von 0,6 bis 1,6 m/min, mit einer Dicke von 4 mm, von höchstens 2000 Pa einstellt, insbesondere von höchstens 1200 Pa, insbesondere zwischen 100 Pa und 2000 Pa.
  • Der Filterkörper und die Oberflächenfiltrationsschicht können grundsätzlich dieselbe Zusammensetzung aufweisen. In solchen Ausgestaltungen ist die Oberflächenfiltrationsschicht aus demselben Kunststoff bzw. Polymermaterial hergestellt wie der Filterkörper. Lediglich die Porenstruktur verändert sich beim Übergang vom Filterkörper zur Oberflächenfiltrationsschicht, insbesondere hinsichtlich mittlerer Porengröße und/oder Porengrößenverteilung. Eine solche identische Zusammensetzung ermöglicht es, den Herstellungsprozess des Filterelements zu vereinfachen, da immer dasselbe Polymermaterial als Ausgangsmaterial verwendet werden kann.
  • Andererseits ist es auch denkbar, dass der Filterkörper eine erste Zusammensetzung aufweist und die Oberflächenfiltrationsschicht eine von der ersten Zusammensetzung verschiedene zweite Zusammensetzung aufweist. Dabei ist die Oberflächenfiltrationsschicht aus einem Polymermaterial gebildet, das sich hinsichtlich wenigstens einer Komponente von dem Polymermaterial unterscheidet, aus dem der Filterkörper gebildet ist. Die Oberflächenfiltrationsschicht kann etwa andere Komponenten aufweisen als der Filterkörper. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Oberflächenfiltrationsschicht aus einem Polymermaterial gebildet ist, das zwar dieselben Komponenten enthält wie der Filterkörper, aber in unterschiedlichen Anteilen. Voneinander verschiedene Zusammensetzungen von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht ermöglichen eine bessere Adaption an die gewünschten Eigenschaften von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht.
  • Insbesondere kann die zweite Zusammensetzung gegenüber der ersten Zusammensetzung wenigstens eine zusätzliche Komponente aufweisen. Eine solche zusätzliche Komponente kann bspw. eine Antihaftkomponente, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), sein. Beispielsweise können zur Ausbildung der Oberflächenfiltrationsschicht zusätzliche PTFE-Partikel in die Struktur des Polymermaterials eingebaut sein. In vielen Fällen wird das der einzige Unterschied zwischen dem Polymermaterial von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht sein, so dass abgesehen von dieser Modifikation Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht aus demselben Polymermaterial gebildet sind. Es ist aber durchaus auch denkbar, für den Filterkörper ein völlig anderes Polymermaterial zu wählen als für die Oberflächenfiltrationsschicht.
  • Weitere mögliche Weiterbildungen können vorsehen, dass der Filterkörper und gegebenenfalls die Oberflächenfiltrationsschicht als einen Hauptbestandteil ein thermoplastisches Polymermaterial aufweist, insbesondere Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyamid (PA), Polyvinylalkohol (PVA) oder ein thermoplastisches Mischpolymer auf Basis derselben. Der Hauptbestandteil wird in der Regel einen größeren Anteil an der Gesamtzusammensetzung besitzen als ein Zusatzbestandteil, wobei der Filterkörper und gegebenenfalls die Oberflächenfiltrationsschicht durchaus mehrere Hauptbestandteile aufweisen kann bzw. der Hauptbestandteil ein Mischpolymer sein kann. Die Zugabe von Polyvinylalkohol kann gezielt zur Erzeugung von Porenstrukturen ausgenutzt werden, da viele Polyvinylalkohole gut wasserlöslich sind und somit durch Einlagern von Polyvinylalkohol in das Material des Filterkörpers bzw. der Oberflächenfiltrationsschicht und späteres Behandeln mit Wasser Hohlräume gebildet werden können. Mit dieser Vorgehensweise lässt sich die Porenstruktur, insbesondere die Porengröße, gut einstellen.
  • Der Filterkörper und gegebenenfalls die Oberflächenfiltrationsschicht kann als einen Hauptbestandteil auch ein duroplastisches Polymermaterial aufweisen, insbesondere ein Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz, Melaminharz, Siliconharz, Urethanharz oder ein Mischpolymer auf Basis derselben. Insbesondere können Polymermaterialien, die sich für das Lasersintern eignen, eingesetzt werden.
  • Bei einem duroplastischen Polymaterial als Hauptbestandteil ist es insbesondere denkbar, dass der Filterkörper bzw. die Oberflächenfiltrationsschicht als einen Hauptbestandteil ein UV-vernetzendes duroplastisches Polymermaterial, beispielsweise Epoxyacrylat, aufweist. Alternativ sind durch Wärme vernetzende und/oder in feuchter Umgebung vernetzende Polymermaterialien denkbar.
  • Der Filterkörper und gegebenenfalls die Oberflächenfiltrationsschicht kann zusätzlich zu einem oder mehreren Hauptbestandteilen ferner zumindest einen von dem Hauptbestandteil verschiedenen Zusatzbestandteil aufweisen.
  • Als Zusatzbestandteil kommen Fasern in Frage, insbesondere Stapel- oder Kurzfasern. Die Fasern können zur Festigkeitssteigerung dienen, und können bspw. insbesondere als Glasfasern, Keramikfasern, oder Kunststofffasern wie Aramid, ausgebildet sein. Die Fasern können beispielsweise Carbonfasern sein. Auch Naturfasern kommen in Frage. Auch Mischungen solcher Fasern sowie der Einsatz sogenannter gefüllter Kunststoffe (Kunststoffcompounds) kommen in Frage.
  • Gefüllte Kunststoffe oder Compounds sind aufbereitete Kunststoffe, denen unter bestimmten Verfahren sogenannte Zuschlagstoffe (Füllstoffe, Additive, Fasern usw.) beigemischt wurden, um deren Eigenschaften gezielt anpassen zu können.
  • Das Filterelement (Filterkörper und gegebenenfalls Oberflächenfiltrationsschicht) kann auch einen Zusatzbestandteil mit antistatischen Eigenschaften aufweisen. Ein Beispiel für einen solchen Zusatzbestandteil sind Rußpartikel.
  • Wieder weitere Ausführungsbeispiele können als einen Zusatzbestandteil leitfähige Partikel, z.B., aus Silber oder sogenannte dotierte Kunststoffpartikel, welche implementierte Elektronen besitzen, aufweisen.
  • Weitere mögliche Zusatzbestandteile können antibakterielle Eigenschaften besitzen. Hierfür sind bspw. Silber, Kupfer oder Titanoxid (TiO2) denkbar.
  • Wieder andere denkbare Zusatzbestandteile können fungizide Eigenschaften besitzen. Damit kann eine Pilzbildung an dem Filterkörper und/oder der Oberflächenfiltrationsschicht gehemmt werden. Ein solcher Zusatzbestandteil kann bspw. Kupfer sein.
  • Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Zusatzbestandteil flammhemmende Eigenschaften besitzt. Dadurch kann die Brennbarkeit des Filterkörpers und gegebenenfalls der Oberflächenfiltrationsschicht reduziert werden. Dies ist insbesondere von Vorteil im Zusammenhang mit dem Filtern von brennbaren Stäuben. Ein solcher Bestandteil kann beispielsweise ein Kunststoff auf Basis von Polyoxymethylen (POM), Polysulfon (PSU) oder Polyphenylensulfid (PPS) sein. Auch Bestandteile auf Basis von Aluminiumtrihydrat (ATH), Magnesiumhydroxid, organischen bromierten Verbindungen oder Schichtsilikaten kommen in Frage.
  • Das Filterelement kann eine kastenartige Form aufweisen, insbesondere die Form eines länglichen schmalen Kastens. Der Kasten kann zwei einander gegenüber liegende breite Seitenwände haben, durch die jeweils durch eine Längsseite und eine Breitseite des Kastens gebildet sind. An Stirnseiten des Kastens verbinden zwei schmale in Tiefenrichtung verlaufende Wände die beiden breiten Seitenwände. Länglich bedeutet, dass eine Erstreckung des Filterelements in Längsrichtung deutlich größer ist als in Breitenrichtung. In jedem Fall ist eine Erstreckung des Kastens in Tiefenrichtung deutlich kleiner als in Längsrichtung und in Breitenrichtung. Durch eine solche Form entsteht an der Zuströmseite des Filterelements eine große Fläche, die zum Filtern des Fluids verfügbar ist.
  • Das Filterelement, insbesondere der Filterkörper, kann als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei die Zuströmseite auf einer Außenseite des Hohlkörpers liegt und die Abströmseite auf einer Innenseite des Hohlkörpers liegt.
  • Das Filterelement kann in einem Querschnitt durch den Filterkörper zylindrisch, tannenbaumartig, lamellenförmig oder polygonartig ausgebildet sein. Derartige Querschnitte sind gut geeignet, um eine möglichst große Oberfläche auf der Zuströmseite des Filterkörpers zu bilden und dabei dennoch dem Filterelement genügend Eigenstabilität zu verleihen.
  • Das Filterelement kann ferner einen Filterkopf und/oder einen Filterfuß aufweisen, um den hohl ausgebildeten Filterkörper an einem offenen Ende zu verschließen. Insbesondere kann der Filterfuß und/oder der Filterkopf derart ausgebildet sein, dass er die Eigenstabilität des Filterelements verbessert. Das Filterelement kann beispielsweise an dem Filterkopf und/oder dem Filterfuß gehalten bzw. abgestützt sein.
  • Hierbei ist insbesondere eine Anordnung denkbar, bei der der Filterkopf an einem ersten Ende des Filterelements angeordnet ist und der Filterfuß an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Filterelements angeordnet ist.
  • Der Filterkopf und/oder der Filterfuß kann insbesondere integral bzw. einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sein. Damit soll insbesondere ausgedrückt werden, dass der Filterkopf und/oder der Filterfuß in demselben additiven Verfahren ausgebildet wird wie der Grundkörper. Eine derart integrale Bauweise kann die Stabilität des gesamten Filterelements erhöhen, indem Verbindungsstellen, welche in der Regel die Schwachstellen darstellen, vermieden werden. Zusätzlich können Prozessschritte, ein eventuelles Umrüsten etc. bei der Herstellung vermieden werden. Der Filterkopf und/oder der Filterfuß kann aus demselben Polymermaterial gebildet sein wie der Filterkörper. Allerdings wird der Filterkopf und/oder der Filterfuß in der Regel nicht porös sein. Selbstverständlich kann auch der Filterkopf bzw. Filterfuß aus einem jeweils speziell angepassten Polymermaterial gebildet sein.
  • Weitere mögliche Weiterbildungen des Filterelements können vorsehen, dass der Filterkörper an seiner Zuströmseite und/oder seiner Abströmseite eine strukturierte Oberfläche aufweist. Eine strukturierte Oberfläche kann etwa als eine mit einer vorbestimmten Rauigkeit versehene oder als eine mit Vorsprüngen und Rücksprüngen ausgebildete Oberfläche ausgestaltet sein. Diese Vorsprünge und Rücksprünge können in einem regelmäßigen Muster angeordnet sein oder aber unregelmäßig sein. Damit lässt sich die effektiv zur Filtration wirksame Oberfläche vergrößern.
  • Eine denkbare Ausführungsform des Filterelements ist, dass der Filterkörper eine wabenartige Struktur aufweist. Waben besitzen ein sehr gutes Verhältnis von Wandmaterial zu Volumen und eignen sich insbesondere dazu, Konstruktionen zu stabilisieren. Durch eine wabenartige Struktur kann bezogen auf die erreichte Festigkeit Gewicht reduziert werden. Zueinander benachbart angeordnete Waben können über Verbindungskanäle oder -Öffnungen so miteinander verbunden sein, dass ein Gas oder Fluid von einer Wabe zur benachbarten Wabe strömen kann.
  • Eine andere denkbare Ausführungsform des Filterelements ist, dass der Filterkörper eine fachwerkartige Struktur mit Stäben und die Stäbe verbindenden Knoten aufweist. Fachwerkskonstruktionen besitzen bezogen auf ihre Tragfähigkeit ein geringes Eigengewicht. Der zur Durchströmung von Fluid zur Verfügung stehende Raum kann besonders groß sein.
  • Ferner kann es insbesondere denkbar sein, dass der Filterkörper Kühlstrukturen, insbesondere Kühlkanäle, aufweist. Diese können bevorzugt beim Herstellen des Filterkörpers in der Struktur des den Filterkörper bildenden Kunststoffs ausgebildet werden. Eine Alternative ist, die Kühlkanäle nachträglich in den Filterkörper einzubringen.
  • Additive Herstellungsverfahren erlauben das Herstellen von fraktalen Oberflächenstrukturen. Hierdurch kann bei gegebenen Abmessungen des Filterelements die zur Filtration zur Verfügung stehende Oberfläche sehr effizient vergrößert werden. Es ist sogar möglich, die Oberfläche der Oberflächenfiltrationsschicht so auszubilden, dass ein Lotuseffekt entsteht, der das Abreinigen der Oberflächenfiltrationsschicht erleichtert.
  • Insbesondere kann das Filterelement einen Filterkörper aufweisen, der in einem auf Photopolymerisation beruhenden additiven Herstellungsverfahren hergestellt ist. Hierfür eignet sich ganz besonders ein Continuous Liquid Interface Production (CLIP)-Verfahren. Das CLIP-Verfahren hat den Vorteil einer schnelleren Herstellungsgeschwindigkeit eines Bauteils gegenüber anderen 3D-Herstellungsverfahren, da das Bauteil kontinuierlich aus einer Polymerlösung gezogen wird, welche dabei an vorbestimmten Stellen ausgehärtet wird, im Gegensatz zu dem ausgeprägten schichtweisen Aufbau von anderen 3D-Herstellungsverfahren.
  • Auch andere additive Herstellungsverfahren eignen sich zur Herstellung der hier vorgeschlagenen Filterelemente. Beim selektiven Lasersintern (SLS) werden räumliche Strukturen aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff hergestellt durch gezieltes Bestrahlen mit einem Laser, so dass im jeweils bestrahlten Volumen ein im Wesentlichen punktförmiges Sintern des pulverförmigen Ausgangsstoffs erfolgt. Der Laser wird dabei über eine Schicht des pulverförmigen Ausgangsmaterials geführt und nur gezielt an solchen Stellen aktiviert, wo in der Schicht ein Sintern des pulverförmigen Ausgangsmaterials erfolgen soll. Der Filterkörper und ggf. die Oberflächenfiltatrionsschicht wird so Schicht für Schicht aufgebaut. Durch die Wirkung der Laserstrahlen können beliebige dreidimensionale Geometrien, beispielsweise auch mit Hinterschneidungen, erzeugt werden, die sich in konventioneller Sinterfertigung nicht herstellen lassen. Auch die Porenstruktur lässt sich durch geeignete Einstellung des Laserstrahls gut steuern. Ein weiteres geeignetes additives Herstellungsverfahren ist das sogenannte Binder-Jetting, bei dem pulverförmiges Ausgangsmaterial an ausgewählten Stellen einer Schicht mit einem Binder verklebt wird, um so den Filterkörper und gegebenenfalls die Oberflächenfiltrationsschicht zu erzeugen. Üblicherweise wird beim Binder-Jet Verfahren eine Pulver- oder Granulatschicht auf einen höhenverstellbaren Tisch aufgebracht und mittels Binder an den Stellen der Schicht verklebt, die die Porenwände des Filterkörpers bzw. der Oberflächenfiltrationsschicht bilden sollen. Dazu wird ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker ein Druckkopf verwendet, der statt Tinte den Binder aufbringt.
  • Bei Herstellung eines eigenstabilen, durchströmungsporösen Filterelements, insbesondere eines Filterelements wie vorstehend beschrieben, ist es denkbar, dass die Oberflächenfiltrationsschicht in demselben additiven Fertigungsverfahren wie der Filterkörper integral mit demselben ausgebildet wird. Dadurch kann auf einen zusätzlichen Verfahrensschritt zum Aufbringen der Oberflächenfiltrationsschicht verzichtet werden, wodurch das Verfahren, und somit die zur Herstellung des Filterelements benötigte Zeit verkürzt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sinterverfahren eignen sich additive Fertigungsverfahren gut zur Ausbildung unterschiedlicher Strukturen, insbesondere Porositäten von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht.
  • Alternativ ist es möglich, dass die Oberflächenfiltrationsschicht an der Zuströmseite am Filterkörper aufgetragen wird (etwa durch ein Beschichtungsverfahren wie Sprühen, Tauchen oder Lackieren) oder angebracht wird (beispielsweise durch ein Kaschier- oder Laminierverfahren). Dies ermöglicht es, die Oberflächenfiltrationsschicht mittels eines separaten Verfahrens herzustellen, und beispielsweise als Beschichtung auf der Zuströmseite aufzutragen. Dies bedingt zwar einen separaten Verfahrensschritt, jedoch kann die Gestaltung/Ausbildung der Oberflächenfiltrationsschicht so freier und somit besser an die individuellen Bedingungen anpassbar sein.
  • Insbesondere sind zur Herstellung erfindungsgemäßer Filterelemente Verfahren denkbar, bei denen der Filterkörper und ggf. die Oberflächenfiltrationsschicht in einem additiven Fertigungsprozess schichtweise aufgebaut wird. Ein schichtweiser Aufbau des Filterkörpers ermöglicht geometrische Formgebungen, wie beispielsweise Hinterschnitte, die bei anderen Herstellungsverfahren, wie beispielsweise herkömmliches Sintern, Gießen, Spritzguss etc. nicht, bzw. nur mit erheblichem Aufwand realisierbar sind.
  • Dabei kann ein solches additives Fertigungsverfahren folgende wiederkehrende Schritte umfassen: Erzeugen einer Schicht mit vorbestimmter Dicke und vorbestimmter Geometrie zur Herstellung des Filterkörpers und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht; Erzeugen einer nächsten Schicht mit vorbestimmter Dicke und vorbestimmter Geometrie zur Herstellung des Filterkörpers und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht, wobei diese Schicht mit der vorhergehenden Schicht stoffschlüssig verbunden wird. Hierbei kann jede Schicht durch dasselbe Verfahren erzeugt werden, beispielsweise durch Aufbringen einer Schicht aus unfixiertem Polymermaterial und selektives Verfestigen von Polymermaterial in der gerade aufgebrachten Schicht und/oder Verbinden von Polymermaterial in der gerade aufgebrachten Schicht mit der zuvor aufgebrachten Schicht. Dadurch kann der Filterkörper und ggf. die Oberflächenfiltrationsschicht schichtweise aufgebaut werden, wodurch eine vielseitige Formgestaltung des Filterkörpers möglich ist.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Verfahrens kann der Filterkörper und ggf. die Oberflächenfiltrationsschicht in einem additiven Fertigungsprozess aus einer fließfähigen Phase gezogen werden. Dies ist insbesondere mithilfe des CLIP-Verfahrens umsetzbar, bei dem der zu fertigende Körper durch UV-Strahlung vernetzt wird und kontinuierlich aus einer fließfähigen Phase gezogen wird, die einen noch nicht vernetzten Vorläufer des Polymermaterials enthält.
  • Hierbei kann das additive Fertigungsverfahren so konfiguriert sein, dass zum Ausbilden des Filterkörpers ein poröser Kunststoff mit einer ersten mittleren Porengröße erzeugt wird und zum Ausbilden der Oberflächenfiltrationsschicht ein poröser Kunststoff mit einer zweiten mittleren Porengröße erzeugt wird, wobei die erste mittlere Porengröße des Filterkörpers größer ist als die zweite mittlere Porengröße der Oberflächenfiltrationsschicht.
  • Zur Bestimmung der mittleren Porengröße kann, insbesondere für Filtermedien, der sogenannte „Bubble-Point“ Test eingesetzt werden. Das Messverfahren basiert hierbei auf dem Prinzip, dass mit Flüssigkeit gefüllte Poren erst ab einem vorbestimmten Druck für Gas permeabel werden. Dieser Druck wird gemessen und kann dazu genutzt werden, auf die Porengröße zu schließen. Die hierbei zugrundeliegende Korrelation zwischen dem Druck und der Porengröße gilt jedoch lediglich für zylindrische Poren. Um anders geformte Poren erfassen zu können, müssen Korrekturfaktoren angewendet werden. Diese Korrekturfaktoren können geschätzt, empirisch oder mittels Simulationen bestimmt werden.
  • Eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass zum Ausbilden des Filterkörpers und der Oberflächenfiltrationsschicht Polymermaterial mit derselben Zusammensetzung verwendet wird. Das bedeutet, dass die Oberflächenfiltrationsschicht aus demselben Polymermaterial hergestellt wird wie der Filterkörper. Lediglich die Porenstruktur des jeweils additiv erzeugten Kunststoffs ist unterschiedlich, insbesondere die mittlere Porengröße und/oder die Porengrößenverteilung. Dies kann durch geeignete Prozessführung des additiven Fertigungsverfahrens erreicht werden, indem bei den digitalen 3D-Konstruktionsdaten für den Aufbau des Filterelements eine entsprechende Porenverteilung und -größe vorgesehen werden. Dadurch können der Filterkörper und die Oberflächenfiltrationsschicht ggf. in einem gemeinsamen Verfahrensschritt erzeugt werden. Man kann beispielsweise bei dem oben angesprochenen CLIP-Verfahren durch geeignete Konfiguration mehrerer Belichtungsmasken und/oder Fokussierung von mehreren Lichtquellen zu Flächen eine innerhalb einer Ebene unterschiedliche Mikrostruktur des porösen Materials des Filterelements herstellen, insbesondere einer unterschiedliche Porenkonfiguration in Bereichen, die zum Filterkörper gehören und Bereichen, die zur Oberflächenfiltrationsschicht gehören.
  • Zum Ausbilden von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht kann jeweils Polymermaterial mit verschiedener Zusammensetzung verwendet werden. Beispielsweise kann zum Ausbilden der Oberflächenfiltrationsschicht Polymermaterial mit einer Zusammensetzung verwendet werden, die gegenüber dem Polymermaterial zum Ausbilden des Filterkörpers wenigstens eine zusätzliche Komponente aufweist. Dies kann etwa eine Antihaftkomponente wie PTFE sein, die das Abreinigen der gefilterten Fremdstoffe auf der Oberflächenfiltrationsschicht erleichtert.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens kann umfassen, dass zum Ausbilden des Filterkörpers ein Polymermaterial verwendet wird, das als einen Hauptbestandteil ein thermoplastisches Polymer aufweist, insbesondere Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyamid (PA), oder ein thermoplastisches Mischpolymer auf Basis derselben.
  • Eine andere denkbare Ausführungsform des Verfahren kann umfassen, dass zum Ausbilden des Filterkörpers ein Polymermaterial verwendet wird, das als einen Hauptbestandteil ein duroplastisches Polymer aufweist, insbesondere Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz, Melaminharz, Siliconharz, Urethanharz oder ein Mischpolymer auf Basis derselben.
  • Insbesondere ist eine Ausführungsform des Verfahrens denkbar, bei der zum Ausbilden des Filterkörpers ein Polymermaterial verwendet wird, das als einen Hauptbestandteil ein UV-vernetzendes duroplastisches Polymer, beispielsweise Epoxyacrylat, aufweist.
  • In möglichen Weiterbildungen des Verfahrens können zur Ausbildung des Filterkörpers ferner ein oder mehrere von dem Hauptbestandteil verschiedene Zusatzbestandteile bei Durchführung des additiven Fertigungsverfahrens verwendet werden. Solche Zusatzbestandteile können sein (Stapel-)fasern, ein Material mit antistatischen Eigenschaften, ein Material mit leitfähigen Eigenschaften, ein Material mit antibakteriellen Eigenschaften, ein Material mit fungiziden Eigenschaften, ein Material mit flammhemmenden Eigenschaften. Dadurch können die Eigenschaften des zu fertigenden Filterelements gezielt beeinflusst werden.
  • Ferner kann das additive Fertigungsverfahren zur Ausbildung des Filterelements wenigstens einen der folgenden Schritte umfassen: Ausbilden eines Filterkopfs an einem ersten Ende des Filterkörpers; und Ausbilden eines Filterfußes an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Filterkörpers. Damit können der Filterkopf und/oder der Filterfuß ebenfalls integral, also zusammen mit dem Filterkörper in einem Verfahren hergestellt werden.
  • Andere Weiterbildungen des additiven Fertigungsverfahrens können das Ausbilden einer strukturierten Oberfläche an der Zuströmseite und/oder der Abströmseite des Filterkörpers umfassen.
  • In einer denkbaren Ausführungsform kann das additive Fertigungsverfahren ferner das Ausbilden des Filterkörpers mit einer wabenartigen Struktur umfassen.
  • Darüber hinaus kann das additive Fertigungsverfahren ferner das Ausbilden des Filterkörpers als eine fachwerkartige Struktur mit Stäben und die Stäbe verbindenden Knoten umfassen.
  • Weiter kann das additive Fertigungsverfahren ferner das Ausbilden von Kühlstrukturen, insbesondere Kühlkanälen, im Filterkörper umfassen. Das Einbringen von Kühlkanälen ermöglicht, den Filterkörper im Betrieb mithilfe eines Kühlmittels zu kühlen und so die Lebensdauer des Filterkörpers zu verlängern. Das Filterelement kann insbesondere zur Reinigung von Fluiden mit höherer Temperatur eingesetzt werden als bisher möglich, bei Wahl desselben Materials für Filterkörper und/oder Oberflächenfiltrationsschicht.
  • Insbesondere ist ein additives Fertigungsverfahren denkbar, das auf dem Prinzip der Photopolymerisation beruht, weiter insbesondere nach dem Prinzip der Continuous Liquid Interface Production (CLIP) arbeitet. Solche Verfahren haben in der Regel deutlich kürzere Herstellungszeitspannen im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren, wie bspw. das Fused Layer Modeling (FLM)-Verfahren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben, die Zeichnungen sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Sie sind schematisch, nicht maßstabsgetreu, und zeigen jeweils nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlichen Merkmale. Es versteht sich, dass weitere Merkmale, wie sie einem Fachmann geläufig sind, vorliegen können. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern jeweils gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements mit einem Filterkopf und einem Filterfuß;
    • 2 einen zentralen Bereich eines Schnitts durch das Filterelement an der in 1 mit II-II bezeichneten Position;
    • 3 eine vergrößerte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des mit D bezeichneten Details in 2;
    • 4 eine vergrößerte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des mit D bezeichneten Details in 2;
    • 5 eine vergrößerte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des mit D bezeichneten Details in 2;
    • 6 eine vergrößerte Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des mit D bezeichneten Details in 2;
    • 6a ein alternatives Ausführungsbeispiel in einer Darstellung entsprechend 6;
    • 7 eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnitts des Filterelements aus 1 mit angedeuteten Kühlkanälen;
    • 8 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Filterelements aus 1 mit schematisch dargestellter Oberflächenfiltrationsschicht;
    • 9 eine schematische Darstellung eines möglichen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Filterelement; und
    • 10 eine schematische Darstellung eines anderen möglichen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Filterelement.
  • Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden, sofern diese technisch realisierbar sind. Sie sind also untereinander austauschbar, auch wenn darauf im Folgenden nicht jedes mal gesondert hingewiesen wird.
  • 1 zeigt ein Filterelement 1 mit einem Filterkörper 2 aus Kunststoff. Der Filterkörper ist mittels eines additiven Verfahrens aus einem Polymermaterial hergestellt. Das Filterelement 1 besitzt eine kastenartige Form, insbesondere die Form eines schmalen Kastens, dessen Erstreckung in Längsrichtung (in 1, Richtung x) und Breitenrichtung (in 1, Richtung y) deutlich größer ist als in einer Tiefenrichtung (in 1, Richtung z). Insbesondere ist die Erstreckung des Filterelements in Längsrichtung und/oder in Breitenrichtung mindestens doppelt so groß oder sogar mindestens fünf mal so groß oder sogar mindestens zehnmal so groß wie in Tiefenrichtung. Das Filterelement kann in Längsrichtung x und in Breitenrichtung y in etwa gleiche Abmessungen haben. Gewünschtenfalls kann das Filterelement in der Breitenrichtung y auch etwas kleiner ausgebildet sein als in der Längsrichtung x, aber in jedem Fall ist die Erstreckung in Breitenrichtung y auch deutlich größer als die Erstreckung in Tiefenrichtung z.
  • Ferner weist das Filterelement 1 einen Filterkopf 3 sowie einen Filterfuß 4 auf, wobei der Filterkopf 3 an einem Ende auf einer ersten Seite 5 des Filterelements 1 angeordnet ist und der Filterfuß 4 an einem Ende auf einer der ersten Seite 5 gegenüberliegenden zweiten Seite 6 des Filterelements 1 angeordnet ist. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Filterelements 1 ist an einer hochkant angeordneten Trennwand 7 gehalten, welche Teil einer weiter nicht gezeigten Filtervorrichtung ist, und trennt eine Zuströmseite 8 der Filtervorrichtung von einer Abströmseite 9. Die Zuströmseite oder Rohfluidseite 8 entspricht hierbei der Seite, an der ein mit Fremdstoffen beladenes Fluid oder Fluidgemisch, das sogenannte Rohfluid, auf das Filterelement 1 trifft, und die Abströmseite oder Reinfluidseite 9 entspricht der Seite, auf der das von den Fremdstoffen gereinigte Fluid, das sogenannte Reinfluid, ausströmt. Dementsprechend besitzt auch das Filterelement 1 eine Zuströmseite und eine Abströmseite.
  • Das Filterelement 1 ist mit seinem Filterkopf 3 an der hochkant angeordneten Trennwand 7 „seitlich“ befestigt, erstreckt sich also von der Trennwand 7 in Richtung x. 1 zeigt den sogenannten reinfluidseitigen Einbau des Filterelements 1, bei dem eine den Filterkörper 2 in y-Richtung beidseitig überragende Seitenfläche des Filterkopfes 3, die zum Filterfuß 4 hin weist, auf der Abströmseite 9 an der Trennwand 7 befestigt ist und der Filterkörper 2 des Filterelements 1 durch eine Öffnung in der Trennwand 7 hindurch ragt. Zwischen dem Filterkopf 3 und der Trennwand 7 ist eine Dichtung 10 zu erkennen, die zur Abdichtung zwischen der Zuströmseite 8 und der Abströmseite 9 dient. Dies erlaubt einen Austausch des Filterelements 1 von der „sauberen“ Abströmseite 9 her. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel verschließt der Filterfuß 4 das eine Ende des Filterkörpers 2, so dass das Reinfluid den Filterkörper 2 durch den Filterkopf 3 verlässt.
  • Alternativ ist auch der sogenannte rohfluidseitige Einbau des Filterelements 1 denkbar, bei dem der Filterkopf 3 mit seiner dem Filterfuß 4 abgewandten Seitenfläche von der Zuströmseite 8 her an der Trennwand 7 befestigt ist. Der Ein- und Ausbau des Filterelements 1 erfolgt dann über die Zuströmseite 8.
  • Selbstverständlich ist es auch denkbar, das Filterelement 1 hängend zu befestigen statt seitlich. Die Trennwand 7 ist dann quer, vorzugsweise horizontal, in der Art eines Zwischenbodens in der Filtervorrichtung zwischen beispielsweise einer unten liegenden Zuströmseite 8 und einer oben liegenden Abströmseite 9 vorgesehen. Auch in dieser hängenden Einbauposition des Filterelements 1 kann entweder ein reinfluidseitiger oder ein rohfluidseitiger Einbau des Filterelements 1 vorgesehen sein.
  • Der Filterkörper 2 besitzt ein poröses, insbesondere durchströmungsporöses Gefüge, welches auf unterschiedliche Weisen ausgebildet sein kann. Denkbare Ausführungbeispiele werden in den 3 bis 6 gezeigt. Unter einem durchströmungsporösen Gefüge ist ein solches Gefüge zu verstehen, welches einen zusammenhängenden, jedoch von der Zuströmseite 8 des Filterkörpers 2 zu der Abströmseite 9 des Filterkörpers 2 durchströmungsporösen Körper, d.h., für Durchtritt von Fluid (Gas oder Flüssigkeit) durchlässigen Körper (hier den Filterkörper 2), ausbildet.
  • Der Filterkörper 2 des erfindungsgemäßen Filterelements 1 ist ferner auch eigenstabil, das bedeutet, dass der Filterkörper 2 eine solche Festkörperstruktur ausbildet, dass er sein Eigengewicht selbst tragen kann, wenn er, beispielsweise wie in 1 gezeigt, lediglich an einem Ende (Filterkopf) in seiner Längsrichtung gehalten ist, oder aber durch eine weitere Stützstruktur am Filterfuß an seinen beiden in Längsrichtung entfernten Enden gehalten ist. Das Filterelement 2 weist über den Filterkörper 2 hinaus aber keine weitere Skelett- oder Tragstruktur auf.
  • Solche Filterelemente 1 werden beispielsweise in großen Industrieanlagen zum Reinigen der Abgase eingesetzt und besitzen eine Länge von 10 cm bis 5 m, insbesondere 20 cm bis 3 m und eine Breite von 5 cm bis 200 cm, insbesondere von 10 cm bis 100 cm und eine Tiefe von 3 cm bis 50 cm, insbesondere 5 cm bis 25 cm. Die Filterelemente können eine zum Filtern nutzbare Querschnittsfläche gegenüber der Fluidströmung von 0.5 m2 bis zu 25 m2 aufweisen. Die tatsächliche zur Oberflächenfiltration zur Verfügung stehende Fläche kann bei geeigneter Strukturierung der Oberflächensfiltrationsschicht mittels Vorsprüngen/Vertiefungen, Oberflächenrauigkeit, fraktalen Geometrien oder anders strukturierten Oberflächen noch sehr viel größer sein als diese Querschnittsfläche.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Querschnittsprofils des Filterkörpers 2 auf der Länge der Linie II-II in 1 und an einem von den Rändern entfernten mittleren Bereich. Es ist zu erkennen, dass der Filterkörper 2 als ein Hohlkörper ausgebildet ist und in dem hier gezeigten Beispiel einen tannenbaumartigen Querschnitt 11 aufweist. Jedoch sind auch rund, zylindrisch oder polygonartig ausgebildete Querschnitte denkbar.
  • Die tannenbaumartige Gestaltung eignet sich insbesondere deshalb, da sie verglichen mit bspw. einem glatten quaderförmigen Querschnitt bei etwa vergleichbarem Volumen des Filterelements 1, eine größere Oberfläche bildet, die auf der Zuströmseite 8 (Außenseite) liegt und somit zur Filtration des dort ankommenden Rohfluids wirksam ist. Im Innern des Hohlkörpers liegt die Abströmseite 9. Das gereinigte Fluid strömt nach Durchtritt durch die Wände des Filterelements in etwa orthogonal zur Schnittebene zum Filterkopf.
  • Es ist zu erkennen, dass der tannenbaumartige Querschnitt 11 in bestimmten Abständen durchgängige Zwischenwände 12 besitzt, die den innenliegenden Hohlraum in mehrere kleinere Hohlkammern 13 unterteilen. Die Zwischenwände 12 dienen der Stabilität des Filterkörpers 2 und ihre Anzahl kann entsprechend der gewünschten Stabilität gewählt werden. Bei ausreichender Eigenstabilität des Filterkörpers 2 kann auch auf die Vorsehung von Zwischenwänden 12 verzichtet werden.
  • Zur Filtration der Fremdstoffe aus dem Rohfluid, weist der Filterkörper 2 auf seiner Zuströmseite 8 eine Oberflächenfiltrationsschicht 14 auf (in 1 und 2 nicht dargestellt), wie sie beispielhaft und schematisch in 3 gezeigt ist.
  • Die Oberflächenfiltrationsschicht 14 dient als die Hauptfilterkomponente. Auszufilterndes Material (Partikel) bleibt wegen der geringen Porengröße der Oberfläche der Oberflächenfiltrationsschicht hängen. Solches Material dringt gar nicht oder nur noch in sehr geringem Maße in den Filterkörper 2 ein, der hauptsächlich als von dem Reinfluid passierbare Trennkomponente zwischen der Rohfluidseite (Zuströmseite 8) und der Reinfluidseite (Abströmseite 9) dient.
  • Die Oberflächenfiltrationsschicht 14 weist, wie auch schon der Filterkörper 2, eine poröse Struktur auf, und ist an der Zuströmseite 8 des Filterkörpers 2 angeordnet. Die mittlere Porengröße in der Oberflächenfiltrationsschicht 14 ist deutlich kleiner als die mittlere Porengröße des Filterkörpers 2. Die mittlere Porengröße in der Oberflächenfiltrationsschicht 14 ist so zu wählen, dass die aus dem Rohfluid zu filternden Fremdstoffe die Oberflächenfiltrationsschicht 14 nicht passieren können und sich an der zuströmseitig gelegenen Oberfläche derselben ablagern.
  • Der Filterkörper 2 kann eine mittlere Porengröße von etwa 20 bis 100 µm besitzen, wohingegen die Oberflächenfiltrationsschicht 14 eine geringere mittlere Porengröße aufweist, in vielen Fällen in einem Bereich von 5 bis 25 µm, insbesondere 10 bis 20 µm.ln besonderen Fällen kann die Oberflächenfiltrationsschicht sogar noch geringere mittlere Porengrößen bis hinab zu 2 µm aufweisen, etwa mittlere Porengrößen in einem Bereich von 2 bis 5 µmt.
  • Zumindest der Filterkörper 2 des erfindungsgemäßen Filterelements 1 ist additiv gefertigt. Es können aber auch weitere Bestandteile des Filterelements 1, wie bspw. die Oberflächenfiltratiosnschicht 14, der Filterkopf 3 und/oder der Filterfuß 4 additiv gefertigt sein.
  • Unter additiven Fertigungsverfahren sind Prozesse zu verstehen, bei denen auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden die additiven Fertigungsverfahren auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet. Bekannte additive Fertigungsverfahren sind bspw. Stereolithographie, Selective Laser Sintering (SLS), Binder-Jet oder Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM).
  • Die additiven Fertigungsverfahren eignen sich insbesondere zur Herstellung von komplexen Geometrien, wie bspw. mit Hinterschnitten oder integrierten Kühlkanälen, welche mit den konventionellen Fertigungsverfahren nur sehr aufwändig oder gar nicht herzustellen sind.
  • Die 3 bis 6a zeigen anhand eines vergrößert dargestellten Teilbereichs D aus 2 verschiedene mögliche Ausführungsbeispiele, zur Ausbildung des Gefüges des Filterkörpers 2.
  • 3 zeigt als ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel eine unregelmäßige Porenstruktur. Hierfür ist der Filterkörper 2 aus unterschiedlich großen Kunststoffpartikeln 16 aufgebaut. Die Kunststoffpartikel sind regelmäßig oder unregelmäßig geformt und an zufällig oder gezielt unregelmäßig angeordneten Kontaktflächen stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei kleine Hohlräume zwischen den Kunststoffpartikeln ausgebildet sind, welche als Poren 17 bezeichnet werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Poren 17 derart dreidimensional ausgebildet sind, dass ein Reinfluid von der Oberflächenfiltrationsschicht 14 den Filterkörper 2 durch die Poren 17 passieren kann, um von der Zuströmseite 8 zur Abströmseite 9 in die Hohlkammern 13 zu gelangen. Dies ist in einem zweidimensionalen Schnitt, wie in 3 bis 6 gezeigt, nicht darstellbar.
  • Bei additiver Fertigung des Filterkörpers 2 ist es möglich, Kanäle 18 bei der Herstellung des Filterkörpers 2 integral vorzusehen, so dass keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte notwendig sind. Solche Kanäle können sich beispielsweise entlang der Längsrichtung (Richtung x) des Filterkörpers 2 erstrecken, wie beispielhaft in 7 gezeigt. Im Betrieb können solche Kanäle 18 als Kühlkanäle vorgesehen sein, etwa indem die Kühlkanäle zu einem Kühlkreislauf verbunden werden. Mittels eines Kühlmittels, welches durch den Kühlkreislauf zirkuliert, werden somit die Filterkörper 2 gekühlt. Alternativ ist es auch denkbar, auf die Kühlkanäle 18 zu verzichten, wenn ein Kühlen des Filterkörpers 2 im Betrieb nicht notwendig ist.
  • Die Kanäle 18 können auch zur Bereitstellung weiterer oder anderer Funktionen vorgesehen sein. Beispielsweise können in den Kanälen 18 Zusatzbestandteile eingelagert sein, die flammhemmende Eigenschaften besitzen, beispielsweise weil sie bei höherer Temperatur unter Freisetzung von Wasser chemisch reagieren. Dadurch kann die Brennbarkeit des Filterkörpers reduziert werden. Dies ist insbesondere von Vorteil im Zusammenhang mit dem Filtern von brennbaren Stäuben. Beispiele für flammhemmende Zusatzbestandteile wurden bereits genannt. Diese sind grundsätzlich zur Einlagerung in Kanäle 18 geeignet und seien hier nochmals aufgezählt: Kunststoffe auf Basis von Polyoxymethylen (POM), Polysulfon (PSU) oder Polyphenylensulfid (PPS), Materialien auf Basis von AluminAluminiumtrihydrat (ATH), Magnesiumhydroxid, organischen bromierten Verbindungen oder Schichtsilikaten. Das additive Herstellungsverfahren kann so konfiguriert sein, dass die Einlagerung dieser Zusatzbestandteile bereits beim Aufbau von Filterkörper und Oberflächenfiltrationsschicht während der Herstellung erfolgt.
  • 4 und 5 zeigen zwei weitere mögliche Ausführungsbeispiele des durchströmungsporösen Gefüges des Filterkörpers 2, die sich sehr ähnlich sind. In diesen Ausführungsbeispielen ist es vorgesehen, dass das Gefüge als eine Wabenstruktur 19 ausgebildet ist, die im Querschnitt eine wabenverbundartige Struktur aufweist. Die Waben erstrecken sich als Wabenstäbe grundsätzlich in Längsrichtung (Richtung x) des Filterkörpers 2 stab- bzw. rohrartig. Die Wabenstäbe sind zumindest überwiegend hohl und bilden Hohlwabenstäbe 20. Jedoch können zur Verbesserung der Stabilität des Filterkörpers 2 mehrere Wabenstäbe als Massivwabenstäbe 21 massiv, das bedeutet gefüllt und ohne innenliegenden Hohlraum, ausgebildet sein (5).
  • Sofern die notwendige Stabilität des Filterkörpers 2 auch ohne solche Massivwabenstäbe 21 sichergestellt ist, kann auf diese verzichtet werden (4), wodurch insbesondere das Gewicht des Filterkörpers 2 reduziert werden kann.
  • Um die Durchströmungsporosität des Filterkörpers 2 zu gewährleisten, sind die Wabenstäbe durch Queröffnungen oder Querverbindungen miteinander verbunden, so dass ein dreidimensionales „Kanalnetzwerk“ entsteht, durch welches das an der Oberflächenfiltrationsschicht 14 gereinigte Fluid bis in den innenliegenden Hohlraum bzw. die Hohlkammern 13 strömen kann. In der in 4 und 5 dargestellten zweidimensionalen Schnittansicht sind lediglich solche Abschnitte 22 des Kanalnetzwerkes zu erkennen, die in der dargestellten Schnittebene angeordnet sind.
  • Bei dieser Wabenstruktur 19 ist es denkbar, einzelne Hohlwabenstäbe 20 als Kühlkanäle 18 vorzusehen. Diese sind in 4 und 5 schraffiert markiert.
  • 6 zeigt als ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel des Gefüges des Filterkörpers 2 ein mehrlagig, mehrschichtig oder mehrphasig, zusammengesetzt aufgebautes Gefüge. Das Gefüge des Filterkörpers 2 weist als eine erste Lage, Schicht oder Phase eine als Fachwerksstruktur ausgebildete Stützstruktur 23 auf, die dem Filterkörper 2 die notwendige Stabilität verleiht. Die Fachwerksstruktur ist lediglich beispielhaft zu sehen und es sind auch andere Strukturen denkbar, welche eine gute Eigenstabilität bei möglichst geringem Eigengewicht und/oder bei möglichst geringem Strömungswiderstand aufweisen, etwa eine bionische Struktur. Beispielsweise ist es denkbar, mittels additiver Fertigung eine Stützstruktur 23 vorzusehen, die relative große Freiräume zwischen den einzelnen Stützstrukturkomponenten lässt und dennoch genügend Stabilität bereitstellt, um ein eigenstabiles Filterelement zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine solche Stützstruktur 23 sehr dick ausgebildet ist und sich weit bis in die auf der Abströmseite 9 gebildete Hohlkammer 13 erstreckt. Im Extremfall kann die Stützstruktur 13 sogar so ausgebildet sein, dass sie diese Hohlkammer 13 praktisch vollständig ausfüllt, wie in 6a beispielhaft angedeutet ist. Natürlich muss in solchen Fällen die Stützstruktur 23 genügend durchlässig ausgebildet sein, um ein so weit ungehindertes Abströmen von gereinigtem Fluid zu ermöglichen, so dass der Druckverlust des Fluids beim Durchströmen des Filterelements in akzeptablem Rahmen bleibt. Weil mittels additiver Fertigung die Stützstruktur 23 je nach Anforderung in geeigneter Geometrie und mit geeignetem Material hergestellt werden kann, ist es aber möglich, eine Stützstruktur 23 herzustellen, die bei Durchströmen mit Reinfluid einen ähnlich geringen Druckverlust erzeugt, wie das bei herkömmlichen eigenstabilen Filterelementen aus gesintertem Kunststoffmaterial der Fall ist.
  • Die aus einem (Kunststoff-)Material hergestellte fachwerkartige Stützstruktur 23 ist aus Stäben 24 ausgebildet, die an Knotenpunkten 25 miteinander verbunden sind. Die Stäbe 24 sind dabei so angeordnet, dass sie eine dreidimensionale Struktur ausbilden. Zwischen den Stäben 24 entstehen Hohlräume 26, die dreidimensional betrachtet, so miteinander verbunden sind, dass ein Fluid von der Zuströmseite 8 zur Abströmseite 9, also in die Hohlkammern 13 strömen kann. An der der Zuströmseite 8 zugewandten Außenfläche der Stützstruktur 23 ist eine zweite Lage, Schicht oder Phase angeordnet, welche als eine sogenannte Tragschicht 27 bezeichnet wird. Die Tragschicht 27 weist eine unregelmäßige Porenstruktur auf, wie sie schon in 3 gezeigt ist. Im Unterschied zu 3 ist in dem Ausführungsbeispiel des zusammengesetzten Filterkörpers 2 (6) lediglich die Tragschicht 27 aus unterschiedlich großen, regelmäßig oder unregelmäßig geformten Kunststoffpartikeln 16 aufgebaut, die an zufällig oder gezielt unregelmäßig angeordneten Kontaktflächen stoffschlüssig miteinander verbunden sind, so dass sie zwischen sich Poren 17 ausbilden. Die Poren sind derart dreidimensional ausgebildet, dass ein Reinfluid von der Zuströmseite 8 zur Abströmseite 9 strömen kann. Die Tragschicht 27 braucht in dem Ausführungsbeispiel des zusammengesetzten Filterkörpers 2 (6) nicht besonders dick zu sein. Eine Dicke zwischen 0,5 umd 5 mm genügt in den meisten Fällen, insbesondere eine Dicke von ungefähr 1 mm. Auf der Tragschicht 27 ist die Oberflächenfiltrationsschicht 14 angeordnet, deren Porengröße deutlich kleiner ist als die der Tragschicht 27. Die zwischen den Stäben 24 ausgebildeten Hohlräume 26 sind deutlich größer als die Poren 17 der Tragschicht 27.
  • Auch in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein von der Zuströmseite 8 anströmendes Rohfluid ausschließlich an der Oberflächenfiltrationsschicht 14 gefiltert. Die Stützstruktur 23 weist einen „groben“ Aufbau auf, d.h., die zwischen den an den Knotenpunkten 25 verbundenen Stäben 24 angeordneten Hohlräume 26 sind so groß, dass die Außenfläche der Stützstruktur 23 der Oberflächenfiltrationsschicht 14 nicht genug Anhaftungsoberfläche bietet. Das bedeutet dass die Oberflächenfiltrationsschicht 14 nicht so regelmäßig aufgetragen oder angebracht werden kann, als dass sie ihre Filterfunktion ausreichend gut erfüllt.
  • Daher ist zwischen der Stützstruktur 23 und der Oberflächenfiltrationsschicht 14 die Tragschicht 27 angeordnet. Die Porengröße der Tragschicht 27 ist einerseits deutlich kleiner als die Hohlräume 26 der Stützstruktur 23 und deutlich größer als die der Oberflächenfiltrationsschicht 14. Das Gefüge der Tragschicht 27 ist dabei so ausgebildet, dass die Außenfläche der Tragschicht 27 der Oberflächenfiltrationsschicht 14 eine ausreichende Anhaftungsoberfläche bietet. Das bedeutet, die Oberflächenfiltrationsschicht 17 kann auf der Tragschicht 27 so regelmäßig aufgetragen oder angebracht werden, dass sie eine funktionsfähige Filteroberfläche ausbildet. Somit dient die Tragschicht 27 als eine Art „Verbindungsschicht“ oder Zwischenschicht zwischen der Stützstruktur 23 und der Oberflächenfiltrationsschicht 14.
    Im Vergleich zu der in 3 dargestellten Gefügestruktur des Filterkörpers 2 ermöglicht die in 6 dargestellte, zusammengesetzte Gefügestruktur das Erzielen eines geringeren Eigengewichts bei gleichbleibender Stabilität.
  • Die Menge der Fremdstoffe, die sich beim Filtern auf der Oberflächenfiltrationsschicht 14 ablagert, nimmt mit der Zeit zu und verschließt dadurch nach und nach die Poren der Oberflächenfiltrationsschicht 14. Das verschlechtert die Filterfunktion des Filterelements 1. Daher ist es notwendig, die Oberflächenfiltrationsschicht 14 von Zeit zu Zeit zu reinigen. Herkömmlich geschieht dies mittels Druckluftimpulsen, mit denen das Filterelement 1 in der Regel von der Reinfluidseite her über entsprechende Düsen beaufschlagt wird. Um dies während des Betriebs des Filterelements 1 vornehmen zu können, kann beispielsweise ein Druckstoß in die Hohlkammern 13 bzw. in den innenliegenden Hohlraum des Filterkörpers 2 eingebracht werden, welcher dazu führt, dass sich der Filterkörper 2 elastisch verformt, was eine Druckwelle bewirkt und dazu führt, dass die abgelagerten Fremdstoffe von der Oberflächenfiltrationsschicht 14 abfallen und somit die Poren gereinigt und wieder „frei“ sind.
  • Da die Oberflächenfiltrationsschicht 14 zum Filtern des ankommenden Rohfluids dient, ist es insbesondere wünschenswert, diese Oberfläche möglichst groß zu gestalten. Dabei ist es denkbar, die Oberflächenfiltrationsschicht 14 strukturiert auszugestalten. Strukturiert kann bedeuten, dass die Oberflächenfiltrationsschicht 14 beispielsweise mit einer Rauigkeit versehen ist oder als eine Vorsprünge und Rücksprünge aufweisende Oberfläche ausgebildet ist. 8 zeigt beispielhaft und schematisch die Oberflächenfiltrationsschicht 14, welche mit Vorsprüngen 28 und Rücksprüngen 29 versehen ist, um die effektiv zur Filtration wirksame Oberfläche zu vergrößern.
  • Die 9 und 10 zeigen schematisch zwei mögliche additive Fertigungsverfahren zur Herstellung des Filterelements 1, zumindest aber zur Herstellung des Filterkörpers 2.
  • 9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren nach dem „bottom-up“-Prinzip, das bedeutet, dass das zu fertigende Bauteil von „unten“ nach „oben“ aufgebaut wird. Das schematisch gezeigte Herstellungsverfahren läuft wie folgt ab: In einem Behälter 100 ist ein absenkbarer Boden 101, der auch als Trägerplatte 101 bezeichnet werden kann, angeordnet. Auf dieser Trägerplatte 101 werden in einer vorbestimmten Dosierung, beispielsweise mittels einer Dosierungshilfe 102, Kunststoffpartikel 103, beispielsweise als Granulat oder Pulver, aufgebracht.
  • Anschließend bringt man gezielt an vorbestimmten Stellen eine Mischung 104 aus einem Klebstoff, Lösungsmittel(n) und/oder Wasser auf, beispielsweise mittels einer Dosierungshilfe 105, um die dortigen Kunststoffpartikel 103 miteinander zu verbinden, um so die erste Schicht des zu fertigenden Bauteils auszubilden. Die Dosierungshilfe 105 kann bspw. als ein Druckkopf (Inkjet) ausgebildet sein.
  • In einem nächsten Schritt senkt man die Trägerplatte 101 ab und wiederholt das Prozedere. Dies macht man so lange, bis das zu fertigende Bauteil vollständig hergestellt ist. Danach kann man die nicht verklebten Kunststoffpartikel 103 entfernen und das in der Mischung 104 enthaltene Wasser und/oder Lösungsmittel verdunsten lassen, wodurch ein poröser Körper entsteht.
  • Anstelle der Verwendung von Wasser und/oder Lösungsmittel ist es auch denkbar, leicht lösliche Harze zu verwenden, die zum Schluss aus dem Bauteil herausgewaschen werden können, um die Porosität zu erzeugen.
  • Ein solches Verfahren kann auch als Binderjet-Verfahren bezeichnet werden.
  • Es ist auch denkbar, statt einer Klebstoff-Mischung einen reinen Klebstoff (d.h. einen Klebstoff ohne Zugabe von Lösungsmittel und/oder Wasser und ohne Zugabe leicht löslicher Harze) zu verwenden. Dieser Klebstoff wird mittels der Dosierungshilfe 105 gezielt auf einzelne Stellen des aufgebracht um diese mit einander zu verkleben.
  • Ein weiteres nach dem „bottom up“ Prinzip arbeitendes Verfahren ist das oben beschriebene Selektive Lasersintern (SLS), bei dem ein Laser über eine Schicht aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial geführt wird, um selektiv an vorgesehenen Stellen der Schicht ein Sintern des pulverförmigen Ausgangsmaterials zu erzielen.
  • 10 zeigt schematisch ein beispielhaftes Verfahren nach dem „top-down“-Prinzip, das bedeutet, dass das zu fertigende Bauteil von „oben“ nach „unten“ aufgebaut wird. In 10 ist hierfür beispielhaft das sogenannte CLIP-Verfahren dargestellt. CLIP steht für „Continuous Liquid Interface Production“ und unterscheidet sich von vielen anderen bekannten additiven Fertigungsverfahren insbesondere darin, dass das zu fertigende Bauteil kontinuierlich aufgebaut wird.
  • Herkömmliche additive Fertigungsverfahren arbeiten in der Regel mit sogenannten zweidimensionalen Druckprozessen. Unter einem zweidimensionalen Druckprozess ist zu verstehen, dass eine (dünne) Schicht des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird und dieser Vorgang so häufig wiederholt wird, dass so Schicht für Schicht das zu fertigende, dreidimensionale Bauteil erzeugt wird.
  • Das CLIP-Verfahren läuft prinzipiell wie folgt ab: Auf einer wannenähnlichen Plattform 106 befindet sich ein flüssiges Polymer 107, bspw. ein photosensitives Kunstharz. Ein Boden 108 der Plattform 106 ist zumindest teilweise transparent für ultraviolettes Licht (UV-Licht). Unterhalb der Plattform 106 ist eine Lichtquelle 109 für UV-Licht, bspw. ein Projektor, angeordnet, welcher einen oder mehrere UV-Lichtstrahlen 110 aussendet. Diese werden entweder direkt oder durch Umlenkung, bspw. mittels eines Spiegels 111 durch den Boden 108 auf das flüssige Polymer gerichtet und präzise auf die Fläche fokussiert, an der das flüssige Polymer aushärten soll.
  • Ferner besitzt der Aufbau für das CLIP-Verfahren eine verfahrbare Trägerplatte 112, welche in einer Richtung senkrecht zur Plattform 106 bewegt werden kann. Durch eine kontinuierliche Bewegung der Trägerplatte 112 wird so das zu fertigende Bauteil von der Plattform 106 ausgehend langsam aus dem flüssigen Polymer 107 gezogen, sodass das flüssige Polymer 107 nachfließen kann. Die letzte gerade erzeugte Schicht des zu fertigenden Bauteils 113 sowie die Plattform 106 bleiben so immer mit dem flüssigen Polymer 107 bedeckt, das durch die UV-Strahlen 110 weiter gehärtet werden kann.
  • Unterhalb des flüssigen Polymers 107 ist eine sauerstoffdurchlässige Membran angebracht, die eine flüssig bleibende Übergangsphase, eine sogenannte „dead zone“ 114, erzeugt, die das flüssige Polymer 107 daran hindert, sich am Boden 108 der Plattform 106 abzulagern und dort auszuhärten, bspw. zu polymerisieren. Statt einer sauerstoffdurchlässigen Membran sind auch andere semipermeable Membrane denkbar, welche für einen von Sauerstoff verschiedenen Aushärthemmstoffe, bzw. Polymerisationshemmer, durchgängig sind.
  • Somit stellt das CLIP-Verfahren einen kontinuierlichen Druckprozess dar, wodurch der Herstellungsprozess gegenüber anderen, das Bauteil schichtweise erzeugenden Verfahren deutlich kürzer ist.
  • Die Wahl sowie die Zusammensetzung des zur Herstellung des Kunststoffs verwendeten Polymermaterials steht in direktem Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren und umgekehrt.
  • So kann der Filterkörper 2 als einen Hauptbestandteil ein thermoplastisches Polymermaterial aufweisen. Hierzu zählen unter anderem Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyphenylensulfid (PPS), die bisher auch schon als Filterkörpermaterial eingesetzt werden. Jedoch sind auch andere thermoplastische Polymere, wie bspw. Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK), oder auch thermoplastische Mischpolymere denkbar. Insbesondere sind thermoplastische Polymere denkbar, die als „technische Thermoplaste“ oder als „Hochleistungsthermoplaste“ klassifiziert sind.
  • In Abhängigkeit von den Betriebszuständen und den daraus resultierenden erforderlichen Eigenschaften, die das Filterelement 1 besitzen muss, kann es möglich sein, dass ein duroplastisches Polymermaterial statt eines thermoplastischen Polymermaterials verwendet wird. Zu den duroplastischen Polymermaterialien zählen insbesondere Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz, Melaminharz, Siliconharz, und Urethanharz. Auch hier ist ein Mischpolymer auf Basis eines duroplastischen Polymermaterials denkbar. Der Hauptunterschied zu den thermoplastischen Polymermaterialien liegt darin, dass bei Duroplaste ein Aushärten des Polymermaterials erfolgt und diese infolge dessen deutlich stärker vernetzt sind und daher nicht mehr aufgeschmolzen werden können. Daraus resultiert in der Regel auch eine höhere Rissbildungswahrscheinlichkeit.
  • Insbesondere für ein kontinuierliches, additives Fertigungsverfahren, wie bspw. das CLIP-Verfahren, sind UV-vernetzende Polymermaterialen besonders geeignet. Es ist ferner auch denkbar, die UV-Lichtstrahlung durch eine andere bestimmte Strahlung des Lichtspektrums, beispielseise Infrarot-Lichtstrahlung (IR-Lichtstrahlung), zu ersetzen. Hierbei sind dann Polymermaterialien zu wählen, die durch Einstrahlung von IR-Lichtstrahlung aushärten, d.h., sich vernetzen.

Claims (52)

  1. Eigenstabiles, durchströmungsporöses Filterelement (1), umfassend: einen additiv gefertigten porösen Filterkörper (2) aus Kunststoff, welcher eigenstabil ist und welcher eine Zuströmseite (8) und eine Abströmseite (9) aufweist, sowie eine Oberflächenfiltrationsschicht (14) an der Zuströmseite (8) des Filterkörpers (2).
  2. Filterelement (1) nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenfiltrationsschicht (14) integral mit dem Filterkörper (2) ausgebildet ist.
  3. Filterelement (1) nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenfiltrationsschicht (14) an der Zuströmseite (8) am Filterkörper (2) aufgetragen oder angebracht ist.
  4. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberflächenfiltrationsschicht (14) porös ist, wobei der Filterkörper (2) eine erste mittlere Porengröße aufweist und die Oberflächenfiltrationsschicht (14) eine zweite mittlere Porengröße aufweist, wobei die erste mittlere Porengröße des Filterkörpers (2) größer ist als die zweite mittlere Porengröße der Oberflächenfiltrationsschicht (14).
  5. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Porenstruktur des Filterkörpers (2) und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht (14) derart ausgebildet ist, dass sich ein Druckverlust über das Filterelement (1), gemessen gegenüber einem Luftstrom ohne Fremdstoffbeladung bei einer Anströmgeschwindigkeit von 0,2 bis 2,5 m/min mit einer Dicke von 4 mm, von höchstens 2000 Pa einstellt, insbesondere von höchstens 1200 Pa, insbesondere zwischen 100 Pa und 2000 Pa.
  6. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Filterkörper (2) und die Oberflächenfiltrationsschicht (14) dieselbe Zusammensetzung aufweisen.
  7. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Filterkörper (2) eine erste Zusammensetzung aufweist und die Oberflächenfiltrationsschicht (14) eine von der ersten Zusammensetzung verschiedene zweite Zusammensetzung aufweist.
  8. Filterelement (1) nach Anspruch 7, wobei die zweite Zusammensetzung gegenüber der ersten Zusammensetzung wenigstens eine zusätzliche Komponente aufweist.
  9. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Filterkörper (2) als einen Hauptbestandteil ein thermoplastisches Polymermaterial aufweist, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyamid oder ein thermoplastische Mischpolymer auf Basis derselben.
  10. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Filterkörper (2) als einen Hauptbestandteil ein duroplastisches Polymermaterial aufweist, insbesondere Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz, Melaminharz, Siliconharz, Urethanharz oder ein Mischpolymer auf Basis derselben.
  11. Filterelement (1) nach Anspruch 10, wobei der Filterkörper (2) als einen Hauptbestandteil ein UV-vernetzendes duroplastisches Polymermaterial, insbesondere Epoxyacrylat, aufweist.
  12. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Filterkörper (2) ferner zumindest einen von dem Hauptbestandteil verschiedenen Zusatzbestandteil aufweist.
  13. Filterelement (1) nach Anspruch 12, wobei der Zusatzbestandteil Fasern umfasst, insbesondere Stapelfasern oder ein gefüllter Kunststoff.
  14. Filterelement (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Zusatzbestandteil antistatische Eigenschaften besitzt.
  15. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Zusatzbestandteil leitfähige Eigenschaften besitzt.
  16. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Zusatzbestandteil antibakterielle Eigenschaften besitzt.
  17. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Zusatzbestandteil fungizide Eigenschaften besitzt.
  18. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17,wobei der Zusatzbestandteil flammhemmende Eigenschaften, insbesondere Polysulfon oder Polyphenylensulfid, besitzt.
  19. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Filterelement (1) eine kastenartige Form aufweist, insbesondere eine längliche kastenartige Form.
  20. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Filterelement (1) als Hohlkörper ausgebildet ist, wobei die Zuströmseite (8) des Filterkörpers (2) auf einer Außenseite des Hohlkörpers liegt und die Abströmseite (9) des Filterkörpers (2) auf einer Innenseite des Hohlkörpers liegt.
  21. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Filterelement (1) in einem Querschnitt durch den Filterkörper (2) zylindrisch, tannenbaumartig oder polygonartig ausgebildet ist.
  22. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Filterelement (1) ferner einen Filterkopf (3) und/oder einen Filterfuß (4) aufweist.
  23. Filterelement (1) nach Anspruch 22, wobei der Filterkopf (3) an einem ersten Ende des Filterelements (1) angeordnet ist und der Filterfuß (4) an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Filterelements (1) angeordnet ist.
  24. Filterelement (1) nach Anspruch 22 oder 23, wobei der Filterkopf (3) und/oder der Filterfuß (4) integral mit dem Filterkörper (2) ausgebildet ist.
  25. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (2) an seiner Zuströmseite (8) und/oder seiner Abströmseite (9) eine strukturierte Oberfläche aufweist.
  26. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei der Filterkörper (2) eine wabenartige Struktur (19) aufweist.
  27. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei der Filterkörper (2) eine fachwerkartige Struktur (23) mit Stäben (24) und die Stäbe (24) verbindenden Knoten (25) aufweist.
  28. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Filterkörper (2) Kühlstrukturen, insbesondere Kühlkanäle (18), aufweist.
  29. Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei der Filterkörper (2) in einem auf Photopolymerisation beruhenden additiven Herstellungsverfahren hergestellt ist, insbesondere mittels eines Continuous Liquid Interface Production (CLIP)-Verfahrens.
  30. Verfahren zur Herstellung eines eigenstabilen, durchströmungsporösen Filterelements (1), umfassend: Herstellen eines porösen Filterkörpers (2) aus Kunststoff, welcher eigenstabil ist und welcher eine Zuströmseite (8) und eine Abströmseite (9) aufweist, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, und Ausbilden einer Oberflächenfiltrationsschicht (14) an der Zuströmseite (8) des Filterkörpers (2).
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Oberflächenfiltrationsschicht (14) in demselben additiven Fertigungsverfahren wie der Filterkörper (2) integral mit demselben ausgebildet wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Oberflächenfiltrationsschicht (14) an der Zuströmseite (8) am Filterkörper (2) aufgetragen oder angebracht wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei der Filterkörper (2) und ggf. die Oberflächenfiltrationsschicht (14) in dem additiven Fertigungsverfahren schichtweise aufgebaut wird.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das additive Fertigungsverfahren folgende wiederkehrende Schritte umfasst: Erzeugen einer Schicht mit vorbestimmter Dicke und vorbestimmter Geometrie zur Herstellung des Filterkörpers (2) und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht (14), Erzeugen einer nächsten Schicht mit vorbestimmter Dicke und vorbestimmter Geometrie zur Herstellung des Filterkörpers (2) und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht (14), wobei diese Schicht mit der vorhergehenden Schicht stoffschlüssig verbunden wird.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Erzeugen einer Schicht mit vorbestimmter Dicke und vorbestimmter Geometrie zur Herstellung des Filterkörpers (2) und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht (14) folgende Teilschritte umfasst: Aufbringen einer Schicht aus Kunststoffpartikeln (103) in einer vorbestimmten Dosierung auf einer absenkbaren Trägerplatte (101); Aufbringen einer Mischung (104) aus Klebstoff, zumindest einem Lösungsmittel und/oder Wasser an vorbestimmten Stellen auf die Schicht aus Kunststoffpartikeln (103), um die dortigen Kunststoffpartikel (103) miteinander zu verbinden.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei spätestens nach dem Aufbringen der letzten Schicht des zu fertigenden Filterkörpers (2) die verbleibenden losen Kunststoffpartikel (103) entfernt werden und das zumindest eine enthaltende Lösungsmittel und/oder Wasser verdunstet wird.
  37. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Erzeugen einer Schicht mit vorbestimmter Dicke und vorbestimmter Geometrie zur Herstellung des Filterkörpers (2) und ggf. der Oberflächenfiltrationsschicht (14) folgende Teilschritte umfasst: Aufbringen einer Schicht aus Kunststoffpartikeln (103) in einer vorbestimmten Dosierung auf einer absenkbaren Trägerplatte (101); Aufbringen einer Mischung (104) aus Klebstoff und zumindest einem löslichen Harz an vorbestimmten Stellen auf die Schicht aus Kunststoffpartikeln (103), um die dortigen Kunststoffpartikel (103) miteinander zu verbinden.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei spätestens nach dem Aufbringen der letzten Schicht des zu fertigenden Filterkörpers (2) die verbleibenden losen Kunststoffpartikel (103) entfernt werden und das zumindest eine lösliche Harz herausgewaschen wird.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei der Filterkörper (2) und ggf. die Oberflächenfiltrationsschicht (14) in dem additiven Fertigungsverfahren aus einer fließfähigen Phase gezogen wird.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 39, wobei das additive Fertigungsverfahren so konfiguriert ist, dass zum Ausbilden des Filterkörpers (2) ein poröser Kunststoff mit einer ersten mittleren Porengröße erzeugt wird und zum Ausbilden der Oberflächenfiltrationsschicht (14) ein poröser Kunststoff mit einer zweiten mittleren Porengröße erzeugt wird, wobei die erste mittlere Porengröße des Filterkörpers größer ist als die zweite mittlere Porengröße der Oberflächenfiltrationsschicht.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei zum Ausbilden des Filterkörpers (2) und der Oberflächenfiltrationsschicht (14) Polymermaterial mit derselben Zusammensetzung verwendet wird.
  42. Verfahren nach Anspruch 40, wobei zum Ausbilden des Filterkörpers (2) und der Oberflächenfiltrationsschicht (2) jeweils Polymermaterial mit verschiedener Zusammensetzung verwendet wird, wobei insbesondere zum Ausbilden der Oberflächenfiltrationsschicht (14) Polymermaterial mit einer Zusammensetzung verwendet wird, die gegenüber dem Polymermaterial zum Ausbilden des Filterkörpers (2) wenigstens eine zusätzliche Komponente aufweist.
  43. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 42, wobei zum Ausbilden des Filterkörpers (2) ein Polymermaterial verwendet wird, das als einen Hauptbestandteil ein thermoplastisches Polymer aufweist, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyamid oder ein thermoplastisches Mischpolymer auf Basis derselben.
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 43, wobei zum Ausbilden des Filterkörpers (2) ein Polymermaterial verwendet wird, das als einen Hauptbestandteil ein duroplastisches Polymer aufweist, insbesondere Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz, Melaminharz, Siliconharz, Urethanharz oder ein Mischpolymer auf Basis derselben.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei zum Ausbilden des Filterkörpers (2) ein Polymermaterial verwendet wird, das als einen Hauptbestandteil ein UV-vernetzendes duroplastisches Polymer, insbesondere Epoxyacrylat, aufweist.
  46. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 45, wobei ferner zur Ausbildung des Filterkörpers (2) zumindest ein von dem Hauptbestandteil verschiedener Zusatzbestandteil bei Durchführung des additiven Fertigungsverfahren zugegeben wird, insbesondere wenigstens eines aus Stapelfasern, einem Material mit antistatischen Eigenschaften, einem Material mit leitfähigen Eigenschaften, einem Material mit antibakteriellen Eigenschaften, einem Material mit fungiziden Eigenschaften und/oder einem Material mit flammhemmenden Eigenschaften.
  47. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 46, wobei das additive Fertigungsverfahren zur Ausbildung des Filterelements (1) umfasst: Ausbilden eines Filterkopfs (3) an einem ersten Ende des Filterkörpers (2) und Ausbilden eines Filterfußes (4) an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Filterkörpers (2).
  48. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 47, wobei das additive Fertigungsverfahren umfasst: Ausbilden einer strukturierten Oberfläche an der Zuströmseite (8) und/oder der Abströmseite (9) des Filterkörpers (2).
  49. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 48, wobei das additive Fertigungsverfahren umfasst: Ausbilden des Filterkörpers (2) mit einer wabenartigen Struktur (19).
  50. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 48, wobei das additive Fertigungsverfahren ferner umfasst: Ausbilden des Filterkörpers (2) als eine fachwerkartige Struktur (23) mit Stäben (24) und die Stäbe (24) verbindenden Knoten (25).
  51. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 50, wobei das additive Fertigungsverfahren ferner umfasst: Ausbilden von Kühlstrukturen, insbesondere Kühlkanäle (18), im Filterkörper (2).
  52. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 51, wobei das additive Fertigungsverfahren auf dem Prinzip der Photopolymerisation beruht, insbesondere nach dem Prinzip der Continuous Liquid Interface Production (CLIP) arbeitet.
DE102019107161.5A 2019-03-20 2019-03-20 Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements Withdrawn DE102019107161A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019107161.5A DE102019107161A1 (de) 2019-03-20 2019-03-20 Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements
PCT/EP2020/057437 WO2020187982A1 (de) 2019-03-20 2020-03-18 Filterelement und verfahren zur herstellung eines filterelements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019107161.5A DE102019107161A1 (de) 2019-03-20 2019-03-20 Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019107161A1 true DE102019107161A1 (de) 2020-09-24

Family

ID=69941360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019107161.5A Withdrawn DE102019107161A1 (de) 2019-03-20 2019-03-20 Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019107161A1 (de)
WO (1) WO2020187982A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020124689A1 (de) 2020-09-22 2022-03-24 Herding Gmbh Filtertechnik Eigenstabiles durchströmungsporöses Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelements

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002312A1 (de) * 2011-04-28 2012-10-31 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Filtermedium und Filterelement
WO2014174323A1 (en) * 2013-04-26 2014-10-30 Croft Filters Limited Filter and method of manufacture
WO2017117527A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 Mott Corporation Porous devices made by laser additive manufacturing
US20180117533A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-03 Khalifa University of Science and Technology Three-dimensional feed spacers with tpms architectures for membrane-based systems
EP3552692A1 (de) * 2018-04-14 2019-10-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum generativen fertigen eines dreidimensionalen membranartigen bauteils, sowie ein solches dreidimensionales membranes bauteil

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002035518A (ja) * 2000-07-27 2002-02-05 Nittetsu Mining Co Ltd 耐熱性フィルタエレメント及びその製造方法
US8794298B2 (en) * 2009-12-30 2014-08-05 Rolls-Royce Corporation Systems and methods for filtering molten metal
EP3158398A4 (de) * 2014-06-23 2018-03-07 Carbon, Inc. Verfahren zur herstellung von dreidimensionalen polyurethanobjekten aus materialien mit mehreren härtungsmechanismen
JP6839169B2 (ja) * 2015-07-22 2021-03-03 アーエスカー ケミカルズ エルエルシー セラミックフィルタおよびその形成方法
DE102016105104A1 (de) * 2016-03-18 2017-09-21 Herding Gmbh Filtertechnik Filterelement
JPWO2018122985A1 (ja) * 2016-12-27 2019-10-31 武藤工業株式会社 フィルタ及びその製造方法、並びに分級機
US11173438B2 (en) * 2018-09-14 2021-11-16 Caterpillar Inc. Filter having tracer material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002312A1 (de) * 2011-04-28 2012-10-31 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Filtermedium und Filterelement
WO2014174323A1 (en) * 2013-04-26 2014-10-30 Croft Filters Limited Filter and method of manufacture
WO2017117527A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 Mott Corporation Porous devices made by laser additive manufacturing
US20180117533A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-03 Khalifa University of Science and Technology Three-dimensional feed spacers with tpms architectures for membrane-based systems
EP3552692A1 (de) * 2018-04-14 2019-10-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum generativen fertigen eines dreidimensionalen membranartigen bauteils, sowie ein solches dreidimensionales membranes bauteil

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020124689A1 (de) 2020-09-22 2022-03-24 Herding Gmbh Filtertechnik Eigenstabiles durchströmungsporöses Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelements

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020187982A1 (de) 2020-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2301743B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines formkörpers durch schichtweisen aufbau
WO2012164078A2 (de) Verfahren zum herstellen eines formkörpers sowie vorrichtung
DE2820057A1 (de) Filterelement
DE102016201812A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
EP3687763A1 (de) 3d-gedruckte formteile aus mehr als einem silicon-material
WO2014154748A1 (de) Slm-filtersystem
WO2020187982A1 (de) Filterelement und verfahren zur herstellung eines filterelements
EP4196248A1 (de) Monolithisch aufgebaute membranfilter
WO2022063470A1 (de) Eigenstabiles durchströmungsporöses filterelement und verfahren zur herstellung eines solchen filterelements
WO2022038095A1 (de) Monolithisch aufgebaute membranfilter
DE3735751C2 (de)
EP3192592A1 (de) Filter
WO2020049020A2 (de) Lasergesinterter filter, verfahren zum herstellen des filters sowie verfahren zum flüssigkeitstransport
WO2022038094A1 (de) Monolitisch aufgebaute anorganische membranfilter
EP3538348A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen von 3d-formteilen mit tauchbeschichtungsvorgang
DE102020210170A1 (de) Kondensatorelement und Verfahren zur Herstellung dazu
DE102020121546A1 (de) Monolithisch aufgebaute Membranfilter
DE102020121548A1 (de) Monolithisch aufgebaute polymere Membranfilter
DE102020004612A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines 3D-Formkörpers sowie Vorrichtung unter Verwendung einer Siebplatte
DE10203745B4 (de) Filter
WO2000073046A1 (de) Keramischer wabenkörper mit einlagerung
DE202018105230U1 (de) Einrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils mit einer Stützstruktur
DE202017104240U1 (de) Vorstufe für einen keramischen Filter und keramisches Filter
EP1488840B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Verbundfiltermaterials
DE102020114471A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee