DE10328276A1

DE10328276A1 - Spiralförmig gewickeltes Filterelement und Herstellungsverfahren

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Publication number: DE10328276A1
Application number: DE2003128276
Authority: DE
Inventors: Klaus Eimer; Dieter Patzig
Original assignee: Tepcon Engineering Gesellschaft GmbH
Current assignee: Tepcon Engineering Gesellschaft GmbH
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-20

Abstract

Spiralförmig gewickeltes Filterelement zur Abscheidung von Feststoffen aus einem Luftstrom mit einer Vielzahl annähernd parallel angeordneter keilförmiger Strömungskanäle, bestehend aus mindestens je einem gemeinsam aufgewickelten Filterband und mit keilförmigen Abstandshaltern ausgerüstetem Trennband. Filterband und Trennband sind an den Berührungslinien miteinander dichtend verbunden. Die Wickelebene des Filterbandes ist parallel zur Wickelachse ausgerichtet, die Wickelebene des Trennbandes der Kanalhöhe entsprechend unter einem Winkel zur Wickelachse. Daher muss das Trennband an beiden Kanten eine unterschiedliche Länge aufweisen, was durch eine besondere Gestaltung der Abstandshalter erreicht wird. Erfindungsgemäße Fertigungsverfahren ermöglichen ein genaues Wickeln. Die erfindungsgemäßen Filterelemente besitzen im Vergleich zu anderen Inline-Filterelementen bei gleichem Volumen einen großen Eintritts- und Austrittsquerschnitt und eine besonders große Filterfläche.

Description

Filterelement zur Abscheidung von Feststoffen aus einem Luftstrom nach der Gattung des Hauptanspruches mit zwei sich gegenüberliegenden und zueinander beabstandeten Begrenzungsflächen ähnlicher Form und Größe, das vom Luftstrom von der einen Begrenzungsfläche zur anderen durchströmt wird, deren Abstand die Länge des Filterelementes bildet, und einer Vielzahl annähernd parallel zueinander angeordneter Strömungskanäle, die sich im Wesentlichen in Richtung von der einen zur anderen Begrenzungsfläche erstrecken mit einer Länge geringer als die Länge des Filterelementes, und deren Querschnitt von dem die Kanalöffnung bildenden maximalen Querschnitt allmälilich bis zum Kanalende auf zumindest annähernd Null abnimmt. Die Kanalöffnungen eines ersten Anteils der Strömungskanäle sind der ersten Begrenzungsfläche, die Kanalöffnungen des übrigen zweiten Anteils der Strömungskanäle der zweiten Begrenzungsfläche zugeordnet. Der eine Anteil der Strömungskanäle führt den ungefilterten und der andere Anteil der Strömungskanäle den gefilterten Luftstrom, wobei die Strömungskanäle der beiden Anteile in abwechselnder Folge angeordnet sind. Das Filterelement bestehend aus in abwechselnder Folge nebeneinander angeordneten Filterbändern und Trennbändern, beide aus Filtermedium hergestellt und gemeinsam spiralförmig um einen Wickelkern aufgewickelt. An den Trennbändern sind zur Bildung der Strömungskanäle beidseitig durch Faltung der Trennbänder erzeugte keilförmige Abstandshalter angeordnet.
Filter dieser Art sind in den Deutschen Patentanmeldungen 103 09 661 und 103 23 326 beschrieben und entstehen durch Schichten, bevorzugt jedoch durch spiralförmiges Wickeln von Filter- und Trennbändern. Beim Aufwickeln kann entweder das Filterband oder das Trennband mit der jeweiligen spiralförmigen Ebene parallel zur Wickelachse ausgerichtet sein, das andere Filterband oder Trennband ist dann schräge zur Wickelachse ausgerichtet, wodurch der Umfang der außenliegenden Kante des schrägstehenden Bandes größer ist als der Umfang der innenliegenden Kante. Dies macht sich besonders bei kleinen Wickeldurchmessern bemerkbar, weniger bei großen, und ist durch hohe Elastizität der Bänder oder durch zusätzliche Maßnahmen korrigierbar. Aufgabe der Erfindung ist es, das beschriebene Problem ohne Ansprüche an erhöhte Elastizität von Filter- und/oder Trennband oder aufwendige Maßnahmen zu überwinden und dabei auch den Herstellprozess zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst, in verbesserter Form in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch Merkmale der Unteransprüche.
Die Erfindung lehrt, die spiralförmig ausgebildete Ebene des Filterbandes im Wesentlichen parallel zur Zylinderoberfläche des Wickelkerns anzuordnen und die spiralförmig ausgebildete Ebene des Trennbandes mit Keilwinkel zum Filterband auszurichten. Die keilförmigen Abstandshalter des Trennbandes liegen auf dem jeweils benachbarten Teilstück des Filterbandes auf. Das Trennband hat an seiner dem Wickelkern zugerichtete Kante den Wickelradius Ra und an seiner vom Wickelkern abgewandte Kante den größeren Wickelradius Rb und ist in den zumindest nahe seiner beiden Kanten angeordneten Dichtzonen mit den beiden benachbarten Teilstücken des Filterbandes dichtend verbunden. Zum Ausgleich der den unterschiedlichen Wickelradien Ra und Rb entsprechenden Wicklungsumfänge kehrt die Erfindung, mindestens zwei der zwei oder drei Faltflächen, aus denen der zum Wickelkern ausgerichtete zweite Anteil Abstandshalter besteht, nicht gegeneinander zu legen oder miteinander zu verkleben, sondern aufzuklappen, so dass sie zusammen mit der Ebene des Trennbandes ein Falttetraeder bilden, der eine Länge im Wesentlichen gleich der Filterelementlänge und ein gleichschenkliges Faltdreieck als Basis hat. Die Schenkellänge des Faltdreiecks entspricht im Wesentlichen der Höhe des stumpfen Endes der dreieckförmigen Abstandshalter, und seine Basislänge B gleicht die unterschiedlichen Wickelradien Ra und Rb des Trennbandes aus und ist bei größeren Wickelradien kleiner ist als bei kleineren Wickelradien. Die mindestens zwei Faltflächen, aus denen der vom Wickelkern abgewandte ersten Anteil Abstandshalter besteht, liegen aneinander an und sind bevorzugt miteinander verbunden, z.B. verklebt. Der Querschnitt des Falttetraeders ist zumindest im Bereich der vom Wickelkern abgewandten Kante zugeordneten Dichtzone luftdicht verschlossen, um eine Umgehung der Filterfläche durch ungefilterten Luftstrom zu verhindern. Dies behebt das Problem der unterschiedlichen Umfänge der Wicklungen basierend auf den unterschiedlichen Wickeldurchmessern des Trennbandes Ra und Rb und löst damit die Aufgabenstellung der Erfindung.
Optimale Gestaltung der Faltdreiecke als besondere Ausführungsform der Erfindung: Die Basislänge B des Faltdreiecks ist erfindungsgemäß mit einem nach der Gleichung B = (Rb – Ra)·T/Raberechneten Wert auszuführen, wobei T der Abstand zwischen zwei benachbarten Abstandshaltern des zweiten Anteils Abstandshalter ist. Dies führt zu einer kompakten Ausführung des Filterelementes ohne unnötige, den Luftstrom behindernde Abdeckungen, da nur die unbedingt notwendigen Flächen der Faltdreiecke durch Dichtmasse abgedeckt sind. Die Basislänge B der Faltdreiecke wird schon bei mittleren Wickeldurchmessern sehr klein und vernachlässigbar.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Abstandshalter des ersten Anteils und des zweiten Anteils beabstandet voneinander angeordnet und die Abstandshalter aus jeweils zwei dreieckförmigen Faltflächen gefaltet, und der Falttetraeder wird aus den Faltflächen der dem Wickelkern zugewandten Abstandshaltern zusammen mit der Ebene des Trennbandes gebildet, wobei die vom Wickelkern abgewandten Abstandshalter gegenüber dem Oberbegriff unverändert bleiben, also aneinander liegen oder miteinander verklebt sind.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung sind Abstandshalter des ersten Anteils und des zweiten Anteils zu einem Doppelabstandshalter zusammengefasst und aus drei Faltflächen gefaltet. Der Falttetraeder wird aus einer der beiden dreieckförmigen Faltflächen und einer Teilfläche der rechteckförmigen Faltfläche zusammen mit der Ebene des Trennbandes gebildet. Die andere dreieckförmige Faltfläche ist mit der rechteckförmigen Faltfläche zusammen gelegt, bevorzugt verklebt, und bildet den vom Wickelkern abgewandten Abstandshalter.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der Dichtzonen beabstandet von den Begrenzungsflächen angeordnet, wobei der Abstand gegenüber der Länge des Filterelementes gering zu halten ist, um nur wenig Filterfläche zu verlieren. Dieser Abstand vereinfacht den Auftrag des Dichtmittels, da Ungenauigkeiten abgedeckt werden.
Die Begrenzungsflächen des Filterelementes können kreisförmig rund, oval, Form eines „race-track" oder beliebige andere Formen haben. Der erfindungsgemäße Falttetraeder passt sich allen Formen an, auch über den Wickelumfang variierend, und ermöglicht eine dichtes Wickeln für alle diese Formen.
Dabei ist erfindungsgemäß wichtig und wesentlicher Teil eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filterelementes, dass sich eine im Verlaufe der spiralförmigen Wicklung des Trennbandes veränderliche Basislänge B in Abhängigkeit von sich stetig verändernden Wickelradien Ra selbsttätig örtlich optimal einstellt, sobald die Abstandshalter des zum Wickelkern ausgerichteten zweiten Anteils über ihre gesamte Länge an dem jeweils benachbarten schon gewickelten Teilstücks des Filterbandes zur Anlage gebracht werden.
Ein besonderes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filterelementes führt beim spiralförmigen Aufwickeln des Trennbandes die Abstandshalter des vom Wickelkern abgewandten ersten Anteils mit Hilfe einer Zuführvorrichtung, die in gleichem Abstand T angeordnete Aufnahmen für diese Abstandshalter besitzt. Diese Aufnahmen können Finger, Noppen, Schlitze, Saugöffnungen oder ganz andere Ausführungen sein und in der unterschiedlichsten Weise die Abstandshalter in richtigem Abstand T und konekter Lage zur Wicklung führen. Führt man diese Abstandshalter in geometrisch konekter, dem jeweiligen Wicklungsdurchmesser (Ra und Rb) angepassten Weise, so öffnen sich die Faltdreiecke genau in der richtigen Form, um die zum Wickelkern ausgerichteten aufgefalteten Abstandshalter am schon gewickelten Abschnitt des Filterbandes in optimaler Lage zur Anlage zu bringen.
In einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung besteht die Zuführvorrichtung aus einer zylinderförmigen drehbaren Zuführscheibe, deren Drehachse gegenüber der Wickelachse der Filterwickelvorrichtung verschiebbar ist, wobei die Aufnahmen in besonderer Ausführung der Erfindung schlitzförmige Ausnehmungen am Umfang der Zuführscheibe sind, jedoch auch anders gestaltet sein können, z.B. als Nocken an einer Kette. Wegen der keilförmigen Ausführung der Abstandshalter ist die Zuführscheibe in besonderer Ausführung kegelförmig gestaltet. Zweckmäßigerweise wird die Zuführscheibe durch eine Feder an das im Aufwickelprozess befindliche Filterelement angedrückt. Die Rotation des Wickelkerns und der Zuführscheibe ist zu synchronisieren, was auf einfache Weise durch das verbindende Trennband geschieht. Das Einfädeln der Abstandshalter auf die Zuführscheibe erfolgt zweckmäßigerweise manuell, ist jedoch auch automatisierbar. Filterband und Trennband werden von einem Reservoir, z.B. von Speicherollen zugeführt, auf denen sie aufgewickelt sind.
Die Faltung des Trennbandes selbst wird hier nicht beschieben, sondern erfolgt mit bekannten Faltmaschinen, die auf eine Speichenolle ablegt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Zuführvorrichtung aus einem Zuführband mit schlitzförmigen Ausnehmungen als Aufnahmen, das z.B. um zwei beabstandet zueinander angeordnete Drehzylinder geführt ist, wobei deren Drehachsen gegenüber der Wickelachse verschiebbar sind. Die Aufnahmen und die Führung des Zuführbandes können erfindungsgemäß auch ganz anders gestaltet sein. Eine Feder kann das Zuführband an die Filterwicklung andrücken, um für eine korrekte Anlage des Trennbandes an das Filterband zu sorgen. Der synchronisierte Antrieb von Wickelkern und Zuführband kann über einen einzelnen Antrieb am Wickelkern oder an einem Drehzylinder des Zuführbandes erfolgen, z.B. mit einer Handkurbel, oder über andere an sich bekannte Antriebsarten.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird das Zuführband so geführt, dass es im Bereich der Berührung des Trennbandes mit dem bereits aufgewickelten Anteil des Filterbandes eine Krümmung aufweist, die mit dem Wickelradius Rb weitgehend übereinstimmt. Damit werden die Abstandshalter besonders lagerichtig zugeführt.
Die Abdichtung zwischen benachbarten Teilbereichen von Filterband und Trennband kann auf verschiedene Weise erfolgen, so z.B. durch vorher aufgedruckte Kleber, die als Kontaktkleber wirken oder durch Energiezuführung aktiviert werden. Die Abdichtung der Falttetraeder in Teilbereichen kann auch auf ganz unterschiedliche Art erfolgen, z.B. durch Verschließen am fertigen Filterelement, so z.B. durch Tauchen in eine Kunststoffmasse. All dieses liegt ausdrücklich im Bereich der Erfindung.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens wird während des Wickelprozesses im Bereich der beiden Dichtzonen aus zumindest zwei Düsen eine Dichtmasse aufgetragen, welche das Trennband mit seiner Ebene und die beiden benachbarten Teilstücken des Filterbandes miteinander dichtend verbindet, wobei die im Bereich der vom Wickelkern abgewandten Kante aufgetragene Dichtmasse auch den Querschnitt des Falttetraeders zumindest im Bereich der Dichtzone verschließt. Die Verschlussmasse für den Querschnitt des Falttetraeders ließe sich jedoch erfindungsgemäß auch durch eine zusätzliche Düse auftragen, aus der tropfenartige Dichtstoffmengen lagerichtig abgegeben werden.
Nach Abschluss des Wickelvorganges wird erfindungsgemäß der Wickelkern aus dem fertigen Filterelement entnommen und der Leerraum durch einen zusätzlichen Fertigungsschritt verschlossen, z.B. durch Ausgießen. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, den Wickelkern im Filterelement zu belassen.
Insgesamt löst die Erfindung die Aufgabenstellung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematische Darstellung eines spiralförmig gewickelten Filterelementes nach dem Oberbegriff in perspektivischer Darstellung
2 schematisch Schnitt durch ein Filterelement ähnlich 1
3 erfindungsgemäßes Trennband in perspektivischer Darstellung mit getrennten Abstandshaltern
4 ausschnittsweise Ansicht einer Begrenzungsfläche eines Filterelementes mit Trennband nach 3
5 ausschnittsweise Ansicht der in 4 nicht gezeigten anderen Begrenzungsfläche eines Filterelementes mit Trennband nach 3
6a Ausschnitt eines bekannten Filterelementes mit Doppelabstandshalter, Filterband und Trennband getrennt perspektivisch dargestellt
6b Filterelement nach 6a in perspektivischer Darstellung, Filterband und Trennband zusammengeführt
7 erfindungsgemäßes Trennband in perspektivischer Darstellung mit Doppelabstandshaltern
8 erfindungsgemäßes Herstellverfahren für ein erfindungsgemäßes Filterelement mit erfindungsgemäßer Zuführvorrichtung für das Trennband
9 erfindungsgemäße Zuführvorrichtung in Draufsicht in vereinfachter Darstellung
10 andere erfindungsgemäße Zuführvorrichtung in Draufsicht in vereinfachter Darstellung, zusätzlich mit Zuführung der Dichtmasse
11 bevorzugte Ausführung des Wickelkerns
12 Ansicht einer Begrenzungsfläche eines besonderen Filterelementes in vereinfachter Darstellung
1 zeigt zusammen mit 2 ein Filterelement (1) nach dem Oberbegriff zur Abscheidung von Feststoffen aus einem Luftstrom (2), der das Filterelement (1) als gefilterter Luftstrom (3) verlässt. Das Filterelement (1) hat zwischen den beiden Begrenzungsflächen (5, 6) die Länge (4). Filter dieser Art werden auch Inline-Filter genannt. Das Filterelement ist in 1 im Prozess des spiralförmigen Aufwickelns dargestellt und besteht aus je einem gemeinsam aufgewickelten Filterband (20) und Trennband (23), wobei beide (20, 23) aus Filtermedium (19) bestehen, die eine Vielzahl annähernd parallel zueinander angeordneter Strömungskanäle (12) bilden, die sich im Wesentlichen in Richtung von der einen Begrenzungsfläche (5, 6) zur anderen Begrenzungsfläche (5, 6) erstrecken und deren Querschnitt (16) von dem die Kanalöffnung (14) bildenden maximalen Querschnitt allmählich bis zum Kanalende (15) auf zumindest annähernd Null abnimmt. Die Kanallänge (13) ist geringfügig kleiner als die Länge (4) des Filterelementes (1). Die Kanalöffnungen (14) eines ersten Anteils der Strömungskanäle (17) sind der ersten Begrenzungsfläche (5), die Kanalöffnungen (14) des übrigen zweiten Anteils der Strömungskanäle (18) der zweiten Begrenzungsfläche (6) zugeordnet, wobei der eine Anteil der Strömungskanäle (17) den ungefilterten (2) und der andere Anteil der Strömungskanäle (18) den gefilterten Luftstrom (3) führen, und wobei die Strömungskanäle (17, 18) der beiden Anteile in abwechselnder Folge angeordnet sind. Filterband (20) und Trennband (23) werden durch keilförmige Abstandshalter (30, 31, 32) gegeneinander beabstandet und im Verbund gehalten. Jeweils benachbarte Lagen von Filterband (20) und Trennband (23) sind an den Berührungslinien in Dichtzonen (46, 47) durch Dichtmasse (51), bevorzugt durch klebende Dichtmasse miteinander verbunden und gegeneinander abgedichtet.
Aus der Ausschnittsvergrößerung wird ersichtlich, wie die keilförmig ausgebildeten Abstandshalter (30, 31, 32) aus Faltungen des Trennbandes (23) bestehen, die bevorzugt durch eine Prägung oder Klebung (49) fixiert. Ein erster Anteil Abstandshalter (31) ist von dem im Zentrum des Filterelementes (1) befindlichen Wickelkern (52) abgewandt, ein zweiter Anteil Abstandshalter (32) dem Wickelkern (52) zugewandt, wobei die Abstandshalter (30) beider Anteile (31, 32) gegeneinander beabstandet angeordnet sind, dargestellt mit gleichem Abstand zueinander, und die Abstandshalter (32) des zweiten Anteils (32) den Abstand T (33) besitzen. Die Ausschnittsvergrößerung zeigt auch die Kanten der beiden dreieckförmigen Faltflächen (37, 38), aus denen die Abstandshalter (30, 31, 32) gefaltet sind.
Das Filterelement (1) ist ohne Kern dargestellt, dessen Lage durch (52) angedeutet ist. Bevorzugt werden die Filterelemente (1) jedoch durch Wickeln um einen Kern (52) erzeugt, der eine präzise Formgebung gewährleistet und für eine Abdichtung des Zentrums sorgt. In 1 und 2 sind die Dimensionen zur besseren Darstellung verfälscht: Das fertige Filterelement (1) hat im Verhältnis zu den Abmessungen der Strömungskanäle (12) einen beträchtlich größeren Durchmesser als dargestellt, mit einer größeren Zahl von Wicklungen. Dies ist für die Erzeugung einer relativ großen Filterfläche besonders wichtig.
Zur Stabilisierung des Filterelementes (1) und besonders der Abstandshalter (30, 31, 32) gegen Umknicken wird beim Aufwickeln in einer weiteren Ausbildung des Oberbegriffes ein Fixierklebestreifen (64) aufgetragen, wobei es sich – wie in 1 dargestellt – um je einen Kleberstreifen (64) für beide Anteile (31, 32) Abstandshalter (30) oder um mehrere handeln kann.
In 2 sind schematisch drei Wicklungen dargestellt, wobei für die mittlere Wicklung der innere Wickelradius Ra (28) beträgt und durch die Schräglage der spiralförmigen Ebene (24) des Trennbandes (23) mit Keilwinkel (27) gegen die spiralförmige Ebene (21) des Filterbandes (20) der äußere Wickelradius Rb (29) größer ist als Ra. Entsprechend ist der Wickelumfang für Rb größer als der für Ra; das Trennband muss also an seiner vom Wickelkern (52) abgewandten Kante (26) länger sein als an seiner dem Wickelkern (52) zugewandten Kante (25).
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Trennband (23) mit erstem Anteil keilförmiger Abstandshalter (31), deren beide dreieckförmige Faltflächen (37,38) miteinander verbunden, bevorzugt miteinander verklebt sind, und deren stumpfes Ende (34) an der dem Wickelkern zugewandten Kante (25) des Trennbandes (23) liegen. Die dreieckförmigen Faltflächen (37,38) des zweiten Anteils keilförmiger Abstandshalter (32) sind nicht miteinander verbunden, sondern bilden zusammen mit der Ebene (24) des Trennbandes (23) einen Falttetraeder (40) mit Länge (41), Querschnitt (42) und als Basis dem gleichschenkligen Faltdreieck (43) mit Schenkellänge (44) und Basislänge B (45). Dargestellt ist auch die vom nicht dargestellten Wickelkern (52) abgewandte Dichtzone (47) zur Abdichtung des Trennbandes (23) zum angrenzenden nicht dargestellten Filterband (20), sowie die dem Wickelkern (52) zugewandte Dichtzone (46), die teilweise vom Trennband (23) verdeckt ist. Erfindungsgemäß wird der Querschnitt des Falttetraeders (40) zumindest im Bereich der Dichtzone (47) mit Dichtmasse (51) verschlossen, um ein Umgehen der Filterflächen durch den ungereinigten Luftstrom (2) zu vermeiden. 3 zeigt in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Dichtzonen (46, 47) um den Abstand (48) von den Kanten (25, 26) des Trennbandes (23) und damit von den Begrenzungsflächen (5, 6) beabstandet.
4 zeigt eine ausschnittsweise Ansicht der Begrenzungsfläche (5) mit Darstellung des ersten Anteils (31) der Abstandshalter (30). Es sind zwei Wicklungen mit zwei Teilstücken Trennband (23) und einem Teilstück Filterband (20) sowie der Wicklungskern (52) dargestellt.
5 zeigt eine ausschnittsweise Ansicht der Begrenzungsfläche (6) mit Darstellung des zweiten Anteils (32) der Abstandshalter. Es sind ebenfalls zwei Wicklungen dargestellt. Sichtbar sind auch die Faltdreiecke (43), von denen einige beispielhaft mit Dichtmasse (51) verschlossen sind. Beim fertigen Filterelement (1) müssen alle Faltdreiecke (43) verschlossen sein.
6a und 6b zeigen den Ausschnitt eines Filterelementes (1) nach dem Oberbegriff. In 2a sind Filterband (20) und Trennband (23) zum besseren Verständnis getrennt dargestellt und in 2b funktionsgerecht zusammengeführt. In Abwandlung der in 1 dargestellten Technik nach dem Oberbegriff bilden je ein Abstandshalter (30) des ersten Anteils (31) mit jeweils einem Abstandshalter (30) des zweiten Anteils (32) einen Doppelabstandshalter (36).
In 6b ist deutlich sichtbar, dass die Länge (13) der Strömungskanäle (12, 17, 18) kürzer ist als die Länge (4) des Filterelementes (1), bedingt durch die Geometrie und das Aufeinanderpressen von Filterband (20) und Trennband (23).
In 7 zeigt in erfindungsgemäßer Verbesserung des in 6a und 6b dargestellten Filterelementes (1) ein Trennband (23), dessen Abstandshalter (30, 31, 32) ebenfalls als Doppelabstandshalter (36) ausgebildet sind. Im linken Teil der Darstellung ist das Trennband (23) eben ausgeführt, und die Abstandshalter (30, 31, 32, 36) weisen keinen Falttetraeder (40) auf, vielmehr liegen alle Faltflächen (37, 38, 39) aneinander an. Im rechten Teil dagegen ist das Trennband (23) gekrümmt, die rechteckförmige Faltfläche (39) und die zweite dreieckförmige Faltfläche (38) des Doppelabstandshalters (36) bilden an der vom Wickelkern abgewandte Kante (26) des Trennbandes (23) ein Faltdreieck (43), dessen Basislänge B (45) erfindungsgemäß dem Verhältnis der nicht dargestellten Radien Ra (28) und Rb (29) entspricht.
In 8 ist ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Filterelement (1) mit Wickelkern (52), Filterband (20) und Trennband (23) dargestellt, an dessen außenliegenden Abstandshaltern (30) des ersten Anteils (31) eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Zuführvorrichtung (55) zur Fertigung des Filterelementes (1) angreift, in deren Aufnahmen (56) die Abstandshalter (31) ausgerichtet zugeführt werden.
Die in 9 dargestellte Zuführvorrichtung (55) besteht aus einer mit Ausnehmungen (57) ausgestatteten Zuführscheibe (58), die um ihre Drehachse (59) drehbar ist. Die Abstandshalter (31) werden fortlaufend in die Ausnehmungen (57) eingesteckt und das Trennband (23) zusammen mit dem Filterband (20) durch gleichzeitiges Drehen des Wickelkerns (52) um dessen Wickelachse (54) und der Zuführscheibe (58) um deren Drehachse (59) unter Andrücken der Zuführscheibe (58) an die schon aufgewickelten Lagen des Filterelementes (1) so aufgewickelt, dass sich unter selbsttätiger Einstellung der Basislänge B (45) entsprechend der sich stetig verändernden Wickelradien Ra (28) und Rb (29) die spiralförmig aufgewickelten Lagen des Filterelementes mit den Abstandshaltern (30, 31, 32) eng aneinander legen. Der Abstand zwischen Wickelachse (54) und Drehachse (59) ist veränderbar, um die Fertigungsvorrichtung an den Fortschritt des Wickelprozesses anzupassen. Dazu wird in einer Ausführungsform der Erfindung die Zuführscheibe (58) mit einer nicht dargestellten Feder gegen die Wickelachse (54) und damit gegen die schon aufgewickelten Lagen von Filterband (20) und Trennband (23) gedrückt. In einer erfindungsgemäßen Fertigungsart sind die Bänder (20, 23) mit aufgedruckten Klebeflächen versehen. Die Falttetraeder (40) können erfindungsgemäß nach Fertigstellung des Filterelementes mit Dichtmasse (51) verschlossen werden, z.B. durch Tauchen.
Die Aufnahmen (56) für die Abstandhalter (31) ist in weiteren Ausführungsformen der Erfindung anders als in 9 dargestellt gestaltet: Die Ausnehmungen (57) können breiter ausgeführt sein, als dargestellt, und eine gewölbte Form anders als der dargestellte Quader besitzen, die das Hinein- und Herausgleiten der Abstandshalter (31) verbessert.
9 zeigt zur Vereinfachung der Darstellung nur den Beginn des Wickelvorganges. In gleicher weise werden viele Lagen Filterband (20) und Trennband (23) spiralförmig aufeinander gewickelt, wobei die Zuführscheibe (58) mit Fortschritt der Wicklung immer weiter von der Wickelachse (54) abrücken muss, was durch Federandruck einfach erzeugbar ist.
10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Zuführvorrichtung (55) mit Zuführband (60), das von zwei Drehzylindern (61) mit Drehachsen (62) geführt wird. Einer der Drehzylinder (61) ist in einer Ausführungsform der Erfindung mittels Handkurbel (66) antreibbar, alternativ mittels Elektromotor oder anderer Antriebe. Der Abstand zwischen Wickelachse (54) und Drehachse (62) ist veränderbar, um die Fertigungsvorrichtung an den Fortschritt des Wickelprozesses anzupassen. Dazu wird in einer Ausführungsform der Erfindung die das Zuführband (60) mit Federkraft gegen die Wickelachse (54) und damit gegen die schon aufgewickelten Lagen von Filterband (20) und Trennband (23) gedrückt.
In der dargestellten Ausführungsform der Fertigungseinrichtungen des Filterelementes (1) wird als besondere Ausführungsform der Erfindung, die auch für Vorrichtungen nach 9 und anderen erfindungsgemäßen Ausführungen gilt, gleichzeitig mit dem Aufwickeln mittels Düsen (50) auch Dichtmasse (51) aufgetragen, und zwar im Bereich der nicht dargestellten Dichtzonen (46, 47).
Es liegt auch im Umfang der Erfindung, die Zuführung von Filterband (20) und Trennband (23) anders zu gestalten, z.B. Zuführung nicht an derselben Stelle, sondern an verschiedenen Stellen. Auch die Zuführung der Dichtmasse (51) kann erfindungsgemäß an anderer Stelle erfolgen, als dargestellt. Insofern werden in den 9 und 10 nur Ausführungsbeispiele gezeigt.
Bei der Zuführvorrichtung (55) nach 10 wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Zuführband (60) im Bereich der Berührung des Trennbandes (23) mit dem bereits aufgewickelten Anteil des Filterbandes (20) mit einer Krümmung (63) versehen, die mit dem aktuellen Wickelradiums Rb (29) weitgehend übereinstimmt. Dadurch schmiegt sich das Zuführband (60) an die gerade gewickelte Lage des Filters (1) an, was eine besonders gute Zuführung ergibt.
11 soll eine erfindungsgemäße spiralförmige Ausführung des Wickelkerns (52) darstellen, der eine Ausnehmung für das zuerst aufzulegende Ende von Filterband (20) und Trennband (23) besitzt. Dies verbessert die Wickeltechnik. 11 nähert sich optisch nur der Spiralenform an.
12: Die Vorrichtungen zur Fertigung des Filterelementes (1) in 9 und 10 sind für ein Filterelement (1) mit kreisförmigen Begrenzungsflächen (5, 6) dargestellt, sind jedoch in gleicher oder ähnlicher Weise auch zur Fertigung von Filterelementen (1) mit ovalem oder anderen Formen der Begrenzungsflächen (5, 6) einsetzbar. So kann die Begrenzungsfläche (5, 6) auch aus einem rechteckigen Anteil (7) und zwei daran anschließende halbkreisförmige Anteile (8) mit geradem Anteil der Wicklung (9) und halbkreisförmigem Anteil (10) bestehen. Formen dieser Art werden auch „race-track" genannt. All diese Formen sind mit den in 9 und 10 dargestellten Fertigungseinrichtungen herstellbar.
Der Umfang der Erfindung ist nicht auf die in den Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Das erfindungsgemäße Filterelement (1) und die erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren dafür erfüllen die Aufgabenstellung der Erfindung und sind einfach durchführbar. Besonders hervorzuheben ist, dass der Verschluss der Falttetraeder zu einem Verlust an Eintritts- oder Austrittsquerschnitt für das Filterelement führt, der jedoch bei Filterelementen mit mittleren oder großen Abmessungen vernachlässigbar ist. So beträgt für T = 10 mm und Ra = 100 mm und Rb = 108 mm die Basislänge B des Faltdreiecks nur 0,8 mm und ist damit gegenüber dem Querschnitt des Strömungskanaleintritts von 8·10 mm vernachlässigbar (4%).
Dagegen wird die Filterfläche bei erfindungsgemäßem Filterelement gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich vergrößert, da jetzt auch zumindest ein Teil der Faltflächen der Abstandshalter in die Filterfläche einbezogen wird.

1: Filterelement
2: ungefilterter Luftstrom
3: gefilterter Luftstrom
4: Länge Filterlement
5: erste Begrenzungsfläche
6: zweite Begrenzungsfläche
7: rechteckförmiger Anteil Begrenzungsfläche
8: halbkreisförmiger Anteil Begrenzungsfläche
9: gerader Anteil Wicklung
10: halbkreisförmiger Anteil Wicklung
11: Abstand
12: Strömungskanal
13: Kanallänge
14: Kanalöffnung
15: Kanalende
16: Kanalquerschnitt
17: erster Anteil Strömungskanäle
18: zweiter Anteil Strömungskanäle
19: Filtermedium
20: Filterband
21: spiralförmige Ebene des Filterbandes
22: Teilstück Filterband
23: Trennband
24: spiralförmige Ebene des Trennbandes
25: dem Wickelkern zugewandte Kante des Trennbandes
26: vom Wickelkern abgewandte Kante des Trennbandes
27: Keilwinkel
28: Wickelradius Ra
29: Wickelradius Rb
30: Abstandhalter
31: erster Anteil Abstandshalter
32: zweiter Anteil Abstandshalter
33: Abstand Abstandshalter T
34: stumpfes Ende
35: Höhe stumpfes Ende
36: Doppelabstandshalter
37: erste dreieckförmige Faltfläche
38: zweite dreieckförmige Faltfläche
39: rechteckförmige Faltfläche
40: Falttetraeder
41: Länge Falttetraeder
42: Querschnitt Falttetraeder
43: Faltdreieck
44: Schenkellänge Faltdreieck
45: Basislänge B
46: Dichtzone im Bereich der dem Wickelkern zugewandten Kante
47: Dichtzone im Bereich der vom Wickelkern abgewandten Kante
48: Abstand Dichtzone – Begrenzungsfläche
49: Klebung der Faltflächen
50: Düse
51: Dichtmasse
52: Wickelkern
53: Zylinderoberfläche Wickelkern
54: Wickelachse
55: Zuführvorrichtung
56: Aufnahme
57: Ausnehmung
58: Zuführscheibe
59: Drehachse der Zuführscheibe
60: Zuführband
61: Drehzylinder Zuführband
62: Drehachse Drehzylinder
63: Krümmung Zuführband
64: Fixierklebestreifen
65: Pfeil Drehbewegung
66: Handkurbel

Claims

Filterelement zur Abscheidung von Feststoffen aus einem Luftstrom, mit zwei sich gegenüberliegenden und zueinander beabstandeten Begrenzungsflächen ähnlicher Form und Größe, das vom Luftstrom von der einen Begrenzungsfläche zur anderen durchströmt wird, deren Abstand die Länge des Filterelementes bildet, und einer Vielzahl annähernd parallel zueinander angeordneter Strömungskanäle, die sich im Wesentlichen in Richtung von der einen zur anderen Begrenzungsfläche erstrecken mit einer Länge geringer als die Länge des Filterelementes, und deren Querschnitt von dem die Kanalöffnung bildenden maximalen Querschnitt allmählich bis zum Kanalende auf zumindest annähernd Null abnimmt, wobei die Kanalöffnungen eines ersten Anteils der Strömungskanäle der ersten Begrenzungsfläche, die Kanalöffnungen des übrigen zweiten Anteils der Strömungskanäle der zweiten Begrenzungsfläche zugeordnet sind, und wobei der eine Anteil der Strömungskanäle den ungefilterten und der andere Anteil der Strömungskanäle den gefilterten Luftstrom führen, und wobei die Strömungskanäle der beiden Anteile in abwechselnder Folge angeordnet sind, bestehend aus je mindestens einem Filterband und Trennband, beide aus Filtermedium hergestellt und gemeinsam spiralförmig um einen Wickelkern aufgewickelt, wobei an dem Trennband zur Bildung der Strömungskanäle beidseitig durch Faltung der Trennbänder erzeugte keilförmige Abstandshalter angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die spiralförmig ausgebildete Ebene (21) des Filterbandes (20) verläuft im Wesentlichen parallel zur Zylinderoberfläche (53) des Wickelkerns (52) – die keilförmigen Abstandshalter (30, 31, 32, 36) liegen auf dem jeweils benachbarten Teilstück (22) des Filterbandes (20) auf und führen das mit seiner spiralförmig ausgebildeten Ebene (24) mit Keilwinkel (27) zum Filterband (20) ausgerichtete Trennband (23), dessen dem Wickelkern (52) zugerichtete Kante (25) den Wickelradius Ra (28) und dessen vom Wickelkern (52) abgewandte Kante (26) den Wickelradius Rb (29) aufweisen, und das in den zumindest nahe der beiden Kanten (25, 26) angeordneten Dichtzonen (46, 47) mit den beiden benachbarten Teilstücken (22) des Filterbandes (20) dichtend verbunden ist – mindestens zwei der Faltflächen (37, 38, 39), aus denen der zum Wickelkern (52) ausgerichtete zweite Anteil (32) Abstandshalter (30) besteht, bilden zueinander und zur benachbarten spiralförmig ausgebildeten Ebene (24) des Trennbandes (23) ein Falttetraeder (40) mit der Länge (41) im Wesentlichen gleich der Filterelementlänge (4) und einem gleichschenkligen Faltdreieck (43) als Basis, dessen Schenkellänge (44) im Wesentlichen der Höhe (35) des stumpfen Endes (34) der Abstandshalter (30) entspricht, und dessen Basislänge B (45) die unterschiedlichen Wickelradien Ra (28) und Rb (29) des Trennbandes (23) ausgleicht und bei größeren Wickelradien (28, 29) kleiner ist als bei kleineren Wickelradien (28, 29) – die mindestens zwei Faltflächen (37, 38, 39), aus denen der vom Wickelkern (52) abgewandte ersten Anteil (31) Abstandshalter (30) besteht, liegen aneinander an und sind bevorzugt miteinander verbunden – der Querschnitt (42) des Falttetraeders (40) ist zumindest im Bereich der vom Wickelkern (52) abgewandten Kante (26) zugeordneten Dichtzone (47) gasdicht verschlossen.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basislänge B (45) mit einen nach der Gleichung B = (Rb – Ra)·T/Ra berechneten Wert ausgeführt ist, wobei T der Abstand (33) zwischen zwei benachbarten Abstandshaltern (30) des zweiten Anteils (32) ist.
Filterelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (30) des ersten Anteils (31) und des zweiten Anteils (32) beabstandet voneinander angeordnet sind und die Abstandshalter (31, 32) aus jeweils zwei dreieckförmigen Faltflächen (37, 38) gefaltet sind, und der Falttetraeder (40) aus diesen Faltflächen (37, 38) zusammen mit der Ebene (24) des Trennbandes (23) gebildet wird.
Filterelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (30) des ersten Anteils (31) und des zweiten Anteils (32) zu einem Doppelabstandshalter (36) zusammengefasst sind und aus drei Faltflächen (37, 38, 39) gefaltet sind, und der Falttetraeder (40) aus einer der beiden dreieckförmigen Faltflächen (37, 38) und einer Teilfläche der rechteckförmigen Faltfläche (39) zusammen mit der Ebene (24) des Trennbandes (23) gebildet wird.
Filterelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtzonen (46, 47) beabstandet von den Begrenzungsflächen (5, 6) angeordnet sind, wobei der Abstand (48) gegenüber der Länge (4) des Filterelementes (1) gering ist.
Filterelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen (5, 6) des Filterelementes (1) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und die spiralförmige Wicklungen von Filterband (20) und Trennband (23) ebenfalls im Wesentlichen kreisförmig sind.
Filterelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen (5, 6) des Filterelementes (1) einen Querschnitt aufweisen, der sich aus einem rechteckförmigen Anteil (7) und zwei daran angrenzenden halbkreisförmigen Anteilen (8) zusammensetzt, und die spiralförmige Wicklungen von Filterband (20) und Trennband (23) einen geraden Anteil (9) und einen halbkreisförmig gewickelten Anteil (10) aufweisen, und dass die Basislänge B (45) im geraden Anteil (9) annähernd den Wert Null und im halbkreisförmigen Anteil (10) einen Wert annimmt, der den Wickelradien Ra und Rb (28, 29) entspricht.
Filterelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen (5, 6) des Filterelementes (1) einen ovalen Querschnitt aufweisen, und dass die Basislänge B (45) in Abhängigkeit von sich stetig verändernden Wickelradien Ra und Rb (28, 29) einen sich ständig verändernden Wert annimmt.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine im Verlaufe der spiralförmigen Wicklung des Trennbandes (23) veränderliche Basislänge B (45) in Abhängigkeit von sich stetig verändernden Wickelradien Ra (28) selbsttätig örtlich optimal einstellt, sobald die Abstandshalter des zum Wickelkern (52) ausgerichteten zweiten Anteils (32) an dem jeweils benachbarten schon gewickelten Teilstücks (22) des Filterbandes (20) zur Anlage gebracht werden.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (52) um eine Wickelachse (54) drehbar gelagert ist und beim Wickeln gedreht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim spiralförmigen Aufwickeln des Trennbandes (23) die Abstandshalter (30) des vom Wickelkern (52) ab gewandten ersten Anteils (31) von einer Zuführvorrichtung (55, 58, 60) geführt werden, die in gleichem Abstand T (33) angeordnete Aufnahmen (56) für diese Abstandshalter (31) besitzt.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (55) eine zylinderförmige drehbare Zuführscheibe (58) ist, deren Drehachse (59) gegenüber der Wickelachse (54) verschiebbar ist, wobei die Aufnahmen (56) schlitzförmige Ausnehmungen (57) am Umfang der Zuführscheibe (58) sind.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (55) ein Zuführband (60) mit schlitzförmigen Ausnehmungen (57) als Aufnahmen (56) ist, das um zwei beabstandet zueinander angeordnete Drehzylinder (61) geführt ist, wobei deren Drehachsen (62) gegenüber der Wickelachse (54) verschiebbar sind.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführband (60) so geführt wird, dass es im Bereich der Berührung des Trennbandes (23) mit dem bereits aufgewickelten Anteil des Filterbandes (20) eine Krümmung (63) aufweist, die mit dem Wickelradius Rb (29) weitgehend übereinstimmt.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wickelprozesses im Bereich der Dichtzonen (46, 47) aus zumindest zwei Düsen (50) eine Dichtmasse (51) aufgetragen wird, welche das Trennband (23) mit seiner Ebene (24) und die beiden benachbarten Teilstücken (22) des Filterbandes (20) miteinander dichtend verbindet, wobei die im Bereich der vom Wickelkern (52) abgewandten Kante (26) aufgetragene Dichtmasse (51) auch den Querschnitt (42) des Falttetraeders (40) zumindest im Bereich der Dichtzone (47) verschließt.
Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (52) nach Fertigstellung des Filterelementes (1) entnommen wird.