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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Abscheidebauteil für ein Filterelement, insbesondere zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol oder zur Partikelabscheidung auf Flüssigkeiten oder Gasen. Die Erfindung bezieht des Weiteren auf ein Filterelement, insbesondere zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol oder zur Partikelabscheidung auf Flüssigkeiten oder Gasen, wobei das Filterelement ein Abscheidebauteil zwischen einer oberen und einer unteren Endscheibe aufweist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement, das mit einem Abscheidebauteil versehen ist. Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Abscheidebauteils für ein Filterelement.
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Stand der Technik
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Die
DE 20 2008 005 672 U1 offenbart eine Luftentölvorrichtung, mit der Öl aus ölnebelbehafteter Luft abgeschieden werden kann. Die Luftentölvorrichtung weist in einem Gehäuse ein Luftentölelement auf, das aus einem hohlzylindrischen Träger und einem Vlieswickel auf dem Träger aufgebaut ist. An den Stirnseiten des Luftentölelementes befinden sich Endscheiben, die den Vlieswickel axial verschließen. Das Luftentölelement wird radial von innen nach außen von der ölnebelbehafteten Luft durchströmt, wobei die Öltröpfchen an dem Vlieswickel abgeschieden werden und durch ihr Eigengewicht nach unten in einen Auffangraum abströmen, aus dem das Öl abgeleitet wird.
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Typischerweise besteht der Vlieswickel in derartigen Luftentölvorrichtungen aus einem Koaleszermaterial.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach herzustellendes Abscheidebauteil für ein Filterelement zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Abscheidebauteil kann in einem Filterelement eingesetzt werden und dient zur Abscheidung von flüssigen Tröpfchen oder festen Partikeln in einem zu reinigenden Fluid, das durch das Abscheidebauteil geleitet wird und bei dem es sich um eine Flüssigkeit oder ein Gas handelt. In bevorzugter Ausführung dient das Abscheidebauteil zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol, insbesondere zur Ölabscheidung aus einem Ölnebel, bestehend aus Luft mit schwebenden Öltröpfchen. Das Abscheidebauteil kann gegebenenfalls als Sekundärabscheider bei Luftfilteranwendungen eingesetzt werden.
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Das Filterelement, welches das Abscheidebauteil enthält, kann als ein Luftentölelement einer Luftentölvorrichtung eingesetzt werden. Es ist auch möglich, in dem Filterelement zusätzlich einen Filtermediumkörper für die Filtration des durchgeleiteten Fluids vorzusehen, wobei das Abscheidebauteil dem Filtermediumkörper vor- oder nachgeschaltet ist.
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Das Abscheidebauteil weist einen Stützkörper und einen Abscheidekörper auf, der mindestens eine Seitenfläche des Stützkörpers ganz oder teilweise bedeckt. Der Stützkörper verleiht dem Abscheidebauteil Stabilität und hält den Abscheidekörper in einer gewünschten Form. Der Abscheidekörper ist beispielsweise als eine Vliesbahn ausgebildet, die eine Seitenfläche des Stützkörpers bedeckt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht der Abscheidekörper aus einem Koaleszermaterial.
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Der Stützkörper und der Abscheidekörper sind jeweils bahnförmig ausgebildet und weisen im Ausgangszustand vorteilhafterweise die Form einer ebenen Bahn auf. Zur Herstellung der gewünschten Form des Abscheidebauteils, das einen Hohlkörper bildet und vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet ist, sind Stützkörper und Abscheidekörper zu einer Spiralform mit axial aufeinanderfolgenden Wendeln gewickelt, wobei jede vollständige Wendel eine sich über 360° erstreckende Bahn sowohl des Stützkörpers als auch des Abscheidekörpers umfasst. Aufgrund der Spiralform ist jede Wendel in Achsrichtung - bezogen auf die Längsachse des Abscheidebauteils - gestreckt und entsprechend mit einer axialen Steigung versehen, insbesondere in der Weise, dass der der Beginn und das um mindestens 300°, insbesondere um 360 ° versetzte Ende einer Wendel näherungsweise um die Breite der Bahn axial versetzt sind. Axial schließen sich im Hohlkörper eine oder mehrere aufeinanderfolgende Wendeln an, zu denen der Stützkörper und der Abscheidekörper jeweils gewickelt sind.
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Der Stützkörper weist an seinem oberen und an seinem unteren Rand seiner Bahn jeweils einen Verbindungsfalz auf. In aufeinanderfolgenden Wendeln steht der Verbindungsfalz am oberen Rand der ersten Wendel in Eingriff mit dem Verbindungsfalz am unteren Rand der darauffolgenden Wendel.
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In dieser Ausführung sind die aufeinanderfolgenden Wendeln des Stützkörpers über die ineinandergreifenden Verbindungsfalze formschlüssig miteinander verbunden. Dies verleiht dem Abscheidebauteil ein hohes Maß an Stabilität. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise ausschließlich über die Verbindungsfalze, so dass keine zusätzlichen Verbindungsmaßnahmen erforderlich sind, um aufeinanderfolgende Wendeln des Stützkörpers miteinander zu verbinden. Die Verbindungsfalze können auf einfache mechanische Weise durch Umbiegen des oberen und unteren Rands der Bahn des Stützkörpers erzeugt werden. Vorteilhafterweise sind die Verbindungsfalze am oberen und unteren Rand der Bahn zu unterschiedlichen Seitenflächen der Bahn umgebogen.
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Der Formschluss, hergestellt durch die in Eingriff stehenden Verbindungsfalze in aufeinanderfolgenden Wendeln, besteht vorzugsweise in Achsrichtung des spiralförmig gewickelten Abscheidebauteils. Auch in Radialrichtung kann ein Formschluss durch die ineinandergreifenden Verbindungsfalze gegeben sein.
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In zweckmäßiger Ausführung bedeckt der Abscheidekörper den Stützkörper auch im Bereich des Verbindungsfalzes. Dementsprechend ist der Verbindungsfalz sowohl vom Abscheidekörper als auch vom Stützkörper gebildet. Der Verbindungsfalz ist mindestens zweilagig aufgebaut und weist als erste Lage den Stützkörper und als zweite Lage den Abscheidekörper auf. Auch der Abscheidekörper kann falzförmig umgebogen sein, wobei zur Verbindung der aufeinanderfolgenden Wendeln bei den ineinandergreifenden Verbindungsfalzen Abschnitte des Abscheidekörpers am oberen und unteren Rand in aufeinanderfolgenden Wendeln ineinandergreifen und aneinander liegen.
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In alternativer Ausführung ist es auch möglich, dass der Abscheidekörper den Stützkörper nur teilweise bedeckt und der obere Rand und der untere Rand des Stützkörpers frei von dem Material des Abscheidekörpers sind. Die Verbindungsfalze am oberen und unteren Rand der Bahn des Stützkörpers weisen in dieser Ausführung kein Material des Abscheidekörpers auf, so dass die Verbindung der aufeinanderfolgenden Wendeln ausschließlich über den Stützkörper erfolgt. Der Abscheidekörper bedeckt vorteilhafterweise das wendelförmige, einen Hohlkörper bildende Abscheidebauteil an mindestens einer Seitenfläche - der Innenseite oder der Außenseite - vollständig.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Abscheidekörper nur an einer Seitenfläche des Stützkörpers angeordnet, insbesondere an der Außenseite des Stützkörpers. Alternativ ist es auch möglich, den Abscheidekörper an der Innenseite des Stützkörpers anzuordnen. Des Weiteren ist es möglich, sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite des Stützkörpers jeweils einen Abscheidekörper anzuordnen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist der Stützkörper eine Gitterstruktur auf, die zum einen dem Stützkörper eine hohe Stabilität verleiht und zum andern das Durchströmen des Fluids durch den Stützkörper erlaubt. Der Stützkörper kann aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Metall gefertigt sein.
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Das Abscheidebauteil weist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, eine zylindrische Spiralform auf. Dementsprechend ist das Abscheidebauteil hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die Durchströmung in Radialrichtung - bezogen auf die Längsachse des Abscheidekörpers - erfolgt. Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, dass sich der Abscheidekörper an der Außenseite des Stützkörpers befindet und die Durchströmung radial von außen nach innen oder von innen nach außen durchgeführt wird.
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In einer weiteren Ausführung ist das Abscheidebauteil kegelförmig oder konusförmig ausgebildet. Auch in dieser Ausführung wird das Abscheidebauteil radial zu seiner Längsachse von dem zu reinigenden Fluid durchströmt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, das insbesondere zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol verwendet wird und mit einem vorbeschriebenen Abscheidebauteil zwischen einer oberen und einer unteren Endscheibe versehen ist. Das Filterelement kann gegebenenfalls in Strömungsrichtung ein weiteres Abscheidebauteil aufweisen, so dass in konzentrischer Ausführung zwei Abscheidebauteile im Filterelement angeordnet sind. Die Abscheidebauteile bilden hierbei einen Hauptabscheider und einen Nachabscheider oder einen Vorabscheider und einen Hauptabscheider. Es kann gegebenenfalls ausreichend sein, dass das Filterelement ausschließlich aus einem oder aus mehreren Abscheidebauteilen besteht. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, ein Filterelement mit einem Filtermediumkörper und zusätzlich mit einem Abscheidebauteil zu versehen, wobei das Abscheidebauteil dem Filtermediumkörper vor- oder nachgeschaltet sein kann. Der Filtermediumkörper weist vorzugsweise die gleiche Grundgeometrie wie das Abscheidebauteil auf und ist beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildet. Filtermediumkörper und Abscheidebauteil liegen konzentrisch zueinander.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung mit einem vorbeschriebenen Filterelement, das mit einem Abscheidebauteil versehen ist. Das Filterelement ist in einem Filtergehäuse der Filtereinrichtung aufgenommen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Abscheidebauteils für ein Filterelement, insbesondere eines vorbeschriebenen Abscheidebauteils. Das Abscheidebauteil kann zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol verwendet werden, beispielsweise zur Luftentölung. Bei dem Verfahren wird ein bahnförmiger und vorzugsweise ebener Abscheidekörper auf einen ebenfalls bahnförmigen und vorzugsweise ebenen Stützkörper aufgelegt. Anschließend werden die aufeinandergelegten, bahnförmigen Stützkörper und Abscheidekörper zu einer Spiralform gewickelt, die axial aufeinanderfolgende Wendeln aufweist. Während des Wickelvorgangs werden ein Verbindungsfalz am oberen Rand einer Wendel der Spiralform und ein weiterer Verbindungsfalz am unteren Rand der darauffolgenden Wendel der Spiralform in Eingriff miteinander gebracht. Dies erfolgt insbesondere in der Weise, dass die Verbindungsfalze am oberen Rand und am unteren Rand des bahnförmigen Stützkörpers während des Wickelvorgangs erzeugt und miteinander in Eingriff gebracht werden.
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Somit erfolgt im gleichen Schritt das Wickeln und das Umbiegen der Verbindungsfalze am oberen und unteren Rand des bahnförmigen Stützkörpers, wobei mit dem Umbiegen zugleich der Eingriff der Verbindungsfalze geschaffen wird. Hierbei wird während des Wickelns simultan der Verbindungsfalz am unteren Rand in Richtung der ersten Seitenfläche kontinuierlich umgebogen und der Verbindungsfalz am oberen Rand in Richtung der zweiten Seitenfläche kontinuierlich umgebogen, wobei während des Umbiegevorgangs die Verbindungsfalze bereits in Eingriff ineinander gebracht werden. Bei partiellem Eingreifen der Verbindungsfalze ineinander wird der Biegevorgang fortgesetzt, bis die gewünschte Endposition der Verbindungsfalze erreicht ist. In der Endposition liegen die umgebogenen Verbindungsfalze vorteilhafterweise parallel zueinander und außerdem parallel zur durchgehenden Wand des Stützkörpers. In der Endposition besteht der gewünschte Formschluss zwischen den ineinandergreifenden Verbindungsfalzen.
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Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, dass mit dem Auflegen des Abscheidekörpers auf den Stützkörper eine Verbindung zwischen Abscheide- und Stützkörper geschaffen wird, beispielsweise durch Ankleben des Abscheidekörpers am Stützkörper oder durch Anschweißen des Abscheidekörpers an den Stützkörper. Im Fall, dass der Stützkörper auf Kunststoff basiert, ist ein Schweißprozess wie z.B. Ultraschallschweißen oder Heißkeilschweißen möglich, gegebenenfalls unter Verwendung eines zusätzlichen Werkstoffes. Besitzt der Abscheider metallische Bestandteile, so kann dieser auch mit einem metallischen Stützkörper verschweißt werden.
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In alternativer Ausführung kann es aber ausreichend sein, den Abscheidekörper nur lose auf den Stützkörper aufzulegen. Des Weiteren ist es möglich, den Abscheidekörper, der aus einem nachgiebigen Vliesmaterial besteht, gegen den Stützkörper anzudrücken, so dass Material des Abscheidekörpers zumindest teilweise in die Gitteröffnungen des Stützkörpers hineinragt und auf diese Weise eine lockere Verbindung zwischen Abscheide- und Stützkörper geschaffen wird.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt längs durch eine Filtereinrichtung zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol, wobei in der Filtereinrichtung zwei konzentrisch angeordnete Abscheidebauteile aufgenommen sind,
- 2 das Abscheidebauteil während der Herstellung mittels Durchführen eines Wickelvorgangs, bei dem ein bahnförmiger Stützkörper und ein bahnförmiger Abscheidekörper, die aufeinanderliegen, spiralförmig gewickelt werden,
- 3 eine Draufsicht auf das Abscheidebauteil während des Wickelvorgangs,
- 4 eine Detailansicht von einem oberen und einem unteren Verbindungsfalz an aufeinanderfolgenden Wendeln des spiralförmig gewickelten Abscheidekörpers zu Beginn eines Biegevorgangs, mit dem die Verbindungsfalze hergestellt werden,
- 5 die Verbindungsfalze in einem weiter fortgeschrittenen Biegestadium,
- 6 die Verbindungsfalze kurz vor Abschluss des Biegevorgangs,
- 7 die Verbindungsfalze nach Abschluss des Biegevorgangs in der endgültigen, ineinandergreifenden Verbindungsposition.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Bei der in 1 dargestellten Filtereinrichtung 1 handelt es sich um eine Luftentöleinrichtung, mit der Öltröpfchen aus einem Luftstrom abgesondert werden können. In dem zylindrischen Filtergehäuse 2 ist ein Filterelement 3 aufgenommen, das zwei jeweils hohlzylindrische Abscheidebauteile 4 und 5 umfasst, die konzentrisch und auf radialem Abstand zueinander angeordnet sind. Das radial außenliegende Abscheidebauteil bildet einen Hauptabscheider, das radial innenliegende Abscheidebauteil 5 einen Nachabscheider. An den Abscheidebauteilen 4, 5 werden die Öltröpfchen, die im Luftstrom mitgeführt werden, abgeschieden und axial nach unten abgeleitet. Die beiden Abscheidebauteile 4 und 5 weisen eine gemeinsame untere Endscheibe 6 und eine gemeinsame obere Endscheibe 7 auf, wobei die untere Endscheibe 6 geschlossen ausgebildet ist und den Innenraum strömungsdicht abdichtet, wohingegen die obere Endscheibe 7 eine zentrale Öffnung aufweist, über die die gereinigte Luft axial abströmen kann. An der oberen Endscheibe 7 befindet sich ein Flansch 8, der zwischen der Oberseite des Gehäuses 2 und einem aufsetzbaren Deckel 9 eingeklemmt ist, wodurch das Filterelement 3 sicher in seiner vorgesehenen Postion im Filtergehäuse 2 gehalten ist.
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Die zu reinigende Luft wird radial über einen Einströmstutzen 10, der sich in der Wand des Filtergehäuses 2 befindet, in das Innere des Filtergehäuses 2 geleitet. Die gereinigte Luft wird axial über einen Abströmstutzen 11, der sich im Deckel 9 befindet, abgeleitet.
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Die beiden Abscheidebauteile 4 und 5 weisen den gleichen Grundaufbau auf. Beide Abscheidebauteile 4, 5 sind als Wickelkörper mit einem innenliegenden, zylindrischen Stützkörper und einem auf der Außenseite des Stützkörpers liegenden Abscheidekörper ausgeführt. Der Stützkörper besteht beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall und kann eine Gitterstruktur aufweisen; der Stützkörper verleiht dem Abscheidebauteil 4 bzw. 5 die erforderliche Stabilität und trägt den aus einem weichen, nachgiebigen Abscheidematerial gefertigten Abscheidekörper, welcher insbesondere aus einem Koaleszermaterial besteht. Beim Abscheidebauteil 4 kann der Stützkörper wahlweise auch durch Runden eines flachen Zuschnitts erfolgen, der lediglich in Längsausdehnung mittels Falzen oder Schweißen verbunden ist.
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Die 2 und 3 stellen Momentaufnahmen bei der Herstellung der Abscheidebauteile 4 bzw. 5 dar. Das Ausgangsmaterial für jedes Abscheidebauteil 4, 5 ist ein bahnförmiger Stützkörper 12 sowie ein bahnförmiger Abscheidekörper 13, die im ebenen, ausgebreiteten Zustand aufeinandergelegt werden. Es kann zweckmäßig sein, eine zumindest lockere Befestigung des Abscheidekörpers 13 auf den Stützkörper 12 vorzusehen, beispielsweise über eine zumindest punktuelle Verklebung oder Verschweißung. Alternativ ist es auch möglich, dass die Bahnen von Stützkörper 12 und Abscheidekörper 13 auch nur lose aufeinanderliegen und keine Verbindung zwischen diesen Bauteilen im Ausgangszustand vorgesehen ist.
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Die beiden aufeinanderliegenden Bahnen von Stützkörper 12 und Abscheidekörper 13 werden in einer Wickelmaschine spiralförmig in der Weise aufgewickelt, dass sich ein hohlzylindrischer Körper ergibt. Die einzelnen, sich um 360° erstreckenden Wendeln des spiralförmigen Abscheidebauteils umfassen somit jeweils an der Innenseite den Stützkörper 12 und an der Außenseite den Abscheidekörper 13, wobei die einzelnen Wendeln aufgrund der Spiralform sich axial aneinanderschließen. Die axiale Steigung ist so gewählt, dass der untere Rand der zweiten Wendel sich in Höhe des oberen Rands der ersten Wendel befindet. Um eine sichere Verbindung der axial aufeinanderfolgenden Wendeln zu gewährleisten, sind der obere und der untere Rand jeder Bahn zu einem Verbindungsfalz 14 bzw. 15 umgebogen. Der untere Rand wird beispielsweise nach innen umgebogen, um den Verbindungsfalz 14 zu bilden, der obere Rand nach außen umgebogen, um den Verbindungsfalz 15 zu bilden. Die innenliegende Seite ist von dem Stützkörper 12 gebildet, die außenliegende Seiten von dem Abscheidekörper 13.
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Das Biegen des oberen und unteren Randes des Stützkörpers 12 - einschließlich des Abscheidekörpers 13, der im Ausgangszustand den Stützkörper 12 vollständig an einer Seitenfläche bedeckt - erfolgt während des Wickelvorgangs. Mit dem Wickeln zu der Spirale wird der untere Rand zum Verbindungsfalz 14 nach innen umgebogen und zugleich der obere Rand zum Verbindungsfalz 15 nach außen umgebogen. Dieser Biegeprozess erfolgt während des spiralförmigen Wickelns kontinuierlich, wie den Schnittdarstellungen gemäß den Schnittlinien IV bis VII (3) zu entnehmen ist, die den Einzeldarstellungen gemäß 4 bis 7 entsprechen.
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Gemäß 4 wird zunächst der obere Rand zu dem oberen Verbindungsfalz 15 stärker umgebogen, wohingegen der Verbindungsfalz 14 am unteren Rand in diesem Stadium noch weniger umgebogen ist. Gemäß den 5 und 6 wird der untere Rand zum Herstellen des Verbindungsfalzes 14 nach und nach stärker umgebogen, der in Eingriff mit dem oberen Verbindungsfalz 15 gelangt. In 7 ist die endgültige Position dargestellt, in der zwei aufeinanderfolgende Wendeln über den vollständigen Eingriff von Verbindungsfalz 14 und Verbindungsfalz 15 sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind. Der umgebogene Abschnitt jedes Verbindungsfalzes 14, 15 liegt im Endzustand gemäß 7 parallel zu den Wandungen der Wendeln oberhalb und unterhalb der Verbindungsfalze 14, 15.
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Um eine glatte Innenseite 12 sowie eine glatte Außenseite 13 mit zumindest annähernd durchgehender Wandseite zu ermöglichen, weist die untere Wendel einen Kröpfungsbereich 16 auf, der den Übergang von der nicht-gefalzten Bahn zu dem Verbindungsfalz 15 markiert. Im Kröpfungsbereich 16 ist die Bahn benachbart zu ihrem oberen Rand radial versetzt, und zwar um einen Betrag, der der doppelten Dicke von Stützkörper 12 und Abscheidekörper 13 entspricht. Dies stellt sicher, dass sowohl die Innenseite 12 als auch die Außenseite 13 in benachbarten, axial versetzten Wendeln der Spirale sich radial auf gleicher Höhe befinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008005672 U1 [0002]