DE112011102976T5

DE112011102976T5 - Filter und Filtermedium mit verringerter Drosselung

Info

Publication number: DE112011102976T5
Application number: DE112011102976T
Authority: DE
Inventors: Mark V. Holzmann; Arun Janakiraman; Orvin D. Kendall; Scott W. Schwartz; Eric A. Janikowski; Kurt M. A. Badeau; Murray R. Schukar; Michael J. Connor
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-10-24
Also published as: US8852310B2; BR112012023473A2; US10232301B2; US20170065924A1; US20150013290A1; CN102985157A; CN102985157B; US9504950B2; US20120055127A1; WO2012033748A1

Abstract

Ein gefaltetes Filtermedium umfasst mehrere Falten, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in einer axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in einer Querrichtung, die zur axialen Richtung senkrecht ist, zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind. Axiale Strömungskanäle sind zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert und die mehreren Falten weisen eine Breite in der Querrichtung auf, die entlang der axialen Richtung variiert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Filter und Filtermedien zum Filtern von Fluid, das eine Flüssigkeit oder ein Gas wie z. B. Luft sein kann. Solche Filter werden beispielsweise gewöhnlich bei Verbrennungsmotoren verwendet, können jedoch in verschiedenen anderen Fluidfilteranwendungen verwendet werden.
RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/380 407, eingereicht am 7. September 2010, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Das US-Patent Nr. 6 391 076 , dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Vollstromfluidfilter mit einem Gehäuse, das sich axial entlang einer Achse erstreckt, und einem gefalteten Filterelement mit mehreren Falten in einem Ring in geschlossener Schleife mit einem äußeren Umfang, der durch mehrere äußere Faltenspitzen definiert ist, einem inneren Umfang, der durch mehrere innere Faltenspitzen definiert ist, und einem hohlen Inneren, das sich entlang der Achse erstreckt. Das Fluid strömt im Wesentlichen direkt axial durch das Filterelement mit minimaler Biegung und Richtungsänderung, wobei die Strömungsdrosselung minimiert ist.
Die US-Patentveröffentlichung Nr. 2006/0065592 , deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Direktstromfilter mit Dichtungsspitzen, die abwechselnd stromaufseitige und/oder stromabseitige Enden von Wandsegmenten aneinander abdichten, um erste und zweite Sätze von Strömungskanälen zu definieren, und die Enden der Wandsegmente vor einer Beschädigung, einschließlich stromaufseitiger Enden vor ankommenden Trümmern schützen, und eine Strukturabstützung schaffen, die hohen Durchflussraten standhält und die Strömung mittels der Geometrie der Dichtung verbessert.
Das US-Patent Nr. 7 314 558 , dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Faltenplattenfluidfilter, der Fluid filtert, das entlang einer axialen Strömungsrichtung strömt, und abgewinkelte Platten und/oder eine fortschreitend zunehmende Strömungskanalbreite und/oder schräge Plattenvorsprünge und/oder abgeflachte Faltenspitzenbiegelinien umfasst.
Das US-Patent Nr. 7 323 106 , dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Filter mit mehreren Faltenfilterelementen mit axial verlaufenden Kanälen mit einer Querfaltenkanalhöhe und einer seitlichen Kanalbreite. Die Faltenfilterelemente weisen verschiedene Kanalhöhen auf.
Das US-Patent Nr. 7 540 895 , dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Filter mit einem Gehäuse mit mehreren Strömungsdurchgängen und Filterelementen, einschließlich mindestens eines ersten und eines zweiten Strömungsdurchgangs durch dieses, einschließlich jeweiliger erster und zweiter paralleler Filterelemente. Jeweilige interne Teilungswände trennen die Strömungsdurchgänge in einer raumsparenden Beziehung.
Die US-Patentveröffentlichung Nr. 2008/0011673 , deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Direktstromfilter mit einer oder mehreren stromaufseitigen und/oder stromabseitigen Flächendichtungen, die sich quer von einem Satz von Faltenspitzen zumindest teilweise in Richtung des anderen Satzes von Faltenspitzen erstrecken und sich seitlich über benachbart Kanäle erstrecken.
Das US-Patent Nr. 7 879 125 , dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart einen Filter, der durch ein Faltenfiltermedium mit mehreren Falten, die durch Wandsegmente definiert sind, die sich axial entlang einer axialen Richtung entlang einer Achse erstrecken und sich quer entlang einer Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen an ersten und zweiten Sätzen von sich axial erstreckenden Biegelinien erstrecken, vorgesehen ist. Das Faltenfiltermedium erstreckt sich seitlich entlang einer seitlichen Spanne entlang einer seitlichen Richtung, wobei die Wandsegmente durch seitliche Spalte voneinander beabstandet sind. Die Falten weisen eine Faltentiefe entlang der Querrichtung entlang der Wandsegmente zwischen den ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen auf. Die Faltentiefe variiert, wenn sich das Faltenfiltermedium seitlich entlang der seitlichen Richtung erstreckt.
Die US-Patentanmeldung lfd. Nr. 13/002 863, eingereicht am 6. Januar 2011, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart eine Filteranordnung, ein Plattenfilterelement und ein Wartungsverfahren zum Verringern der Einlassströmungsdrosselung von einem Gehäuseeinlass in einen Einlassraum und zum Verringern der Auslassströmungsdrosselung von einem Auslassraum zu einem Gehäuseauslass.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stammt aus der Forschung und Entwicklung der Erfinder von Filtern und Filtermedien mit verringerter Drosselung.
In einem Beispiel erstreckt sich ein gefaltetes Filtermedium in einer axialen Richtung, einer Querrichtung, die zur axialen Richtung senkrecht ist, und einer seitlichen Richtung, die zur axialen Richtung senkrecht und zur Querrichtung senkrecht ist. Das gefaltete Filtermedium umfasst mehrere Falten, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind. Axiale Strömungskanäle sind zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert und die mehreren Falten weisen eine Breite in der Querrichtung auf, die entlang der axialen Richtung variiert.
In einem anderen Beispiel umfasst ein Verfahren zum Ausbilden eines Filtermediums: Falten einer Bahn von Filtermedien, um mehrere Falten auszubilden, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind, so dass axiale Strömungskanäle zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert sind; und Ausbilden der mehreren Falten mit einer Breite in der Querrichtung, die entlang der axialen Richtung variiert.
In einem anderen Beispiel umfasst ein Filter zum Filtern von Fluid: ein Gehäuse, das ein gefaltetes Filtermedium hält; wobei das gefaltete Filtermedium mehrere Falten umfasst, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind; wobei axiale Strömungskanäle zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert sind und wobei die mehreren Falten eine Breite in der Querrichtung aufweisen, die entlang der axialen Richtung variiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einem ersten Beispiel der Offenbarung, wobei das gefaltete Filtermedium eine variierende Breite aufweist.
2 ist eine Stirnansicht eines Filters gemäß dem ersten Beispiel der Offenbarung.
3 ist eine Stirnansicht eines Filters gemäß einem zweiten Beispiel der Offenbarung, wobei zumindest ein Abschnitt eines gefalteten Filtermediums eine variierende Breite aufweist.
4 ist ein Querschnitt eines Filters gemäß einem dritten Beispiel der Offenbarung, wobei ein gefaltetes Filtermedium zylindrisch ist.
5 ist ein Querschnitt eines Filters gemäß einem vierten Beispiel der Offenbarung, wobei ein Abschnitt eines zylindrischen gefalteten Filtermediums eine variierende Breite aufweist.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einem fünften Beispiel der Offenbarung, wobei ein Abschnitt eines gefalteten Filtermediums gekrümmt ist.
7 ist eine Stirnansicht eines Filters gemäß dem fünften Beispiel der Offenbarung.
8 ist ein Querschnitt eines Filters gemäß einem sechsten Beispiel der Offenbarung, wobei ein Abschnitt eines zylindrischen gefalteten Filtermediums gekrümmt ist.
9 ist ein Querschnitt eines Filters gemäß einem siebten Beispiel der Offenbarung, wobei ein Abschnitt eines zylindrischen gefalteten Filtermediums gekrümmt ist.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einem achten Beispiel der Offenbarung, wobei ein Abschnitt eines gefalteten Filtermediums gekrümmt ist und eine Dichtung umfasst.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einem neunten Beispiel der Offenbarung, wobei ein Abschnitt eines gefalteten Filtermediums gekrümmt ist und eine Dichtung umfasst.
12 ist ein Querschnitt eines Filters gemäß einem zehnten Beispiel der Offenbarung, wobei gegenüberliegende gefaltete Filtermedien eine Z-Filteranordnung definieren.
13 ist ein Querschnitt eines Filters gemäß einem elften Beispiel der Offenbarung, wobei gegenüberliegende gefaltete Filtermedien eine Z-Filteranordnung definieren.
14a ist eine Draufsicht eines Filtermediums gemäß einem ersten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung durch Falten des Filtermediums entlang mehrerer Biegelinien.
14b ist eine isometrische Ansicht des Filtermediums gemäß dem ersten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung.
15a ist eine Draufsicht eines Filtermediums gemäß einem zweiten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung durch Ausbilden, Schneiden und Kleben des Filtermediums.
15b ist eine isometrische Ansicht des Filtermediums gemäß dem zweiten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung.
16 ist eine isometrische Ansicht eines gefalteten Filtermediums gemäß dem ersten und dem zweiten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung.
17 ist eine Draufsicht eines Filtermediums gemäß einem dritten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung durch Falten des Filtermediums entlang radialer Biegelinien.
18 ist eine isometrische Ansicht des Filtermediums gemäß dem dritten Verfahren zum Ausbilden des Filtermediums der Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der vorliegenden Offenbarung wurden bestimmte Begriffe der Kürze, der Deutlichkeit und des Verständnisses halber verwendet. Keine unnötigen Begrenzungen sollen davon über die Anforderung des Standes der Technik hinaus abgeleitet werden, da solche Begriffe nur für Beschreibungszwecke verwendet werden und breit aufgefasst werden sollen. Die verschiedenen hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können allein oder in Kombination mit anderen Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden. Verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen sind innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche möglich. Jede Begrenzung in den beigefügten Ansprüchen soll sich auf die Interpretation unter 35 U.S.C. § 112, sechster Absatz, berufen, nur wenn die Begriffe ”Mittel für” oder ”Schritt für” explizit in der jeweiligen Begrenzung angeführt sind.
1 und 2 stellen einen Filter 10 mit zwei gefalteten Filtermedien 12 dar. Die gefalteten Filtermedien 12 erstrecken sich in einer axialen Richtung x, einer Querrichtung y, die zur axialen Richtung x senkrecht ist, und einer seitlichen Richtung z, die zur axialen Richtung x senkrecht und zur Querrichtung y senkrecht ist. Der Filter 10 umfasst Endkappen 14, 16. Zu filterndes Fluid strömt im Allgemeinen direkt axial durch den Filter 10 vom Einlassende 18 zum Auslassende 20, wie durch den Pfeil F gezeigt. Die Begriffe ”Einlassende” und ”Auslassende” sollen jedoch nicht begrenzend sein und Fluid kann in anderen Richtungen als der mit Bezug auf diese Figuren beschriebenen strömen, wie z. B. entgegengesetzt vom Ende 20 zum Ende 18.
Das gefaltete Filtermedium 12 ist entlang mehrerer Biegelinien 22 gefaltet, die sich in der axialen Richtung x erstrecken. Die mehreren Biegelinien 22 umfassen einen ersten Satz von Biegelinien 22a und einen zweiten Satz von Biegelinien 22b. Der erste und der zweiten Satz von Biegelinien 22a, 22b definieren teilweise mehrere Falten 24. Die Falten 24 bestehen aus Faltensegmenten 26 (am besten in 2 gezeigt), die sich in der axialen Richtung x zwischen ersten axialen Enden 28a und zweiten axialen Enden 28b erstrecken. Die Faltensegmente 26 erstrecken sich auch in der Querrichtung y zwischen einem ersten Satz von Faltenspitzen 30a und einem zweiten Satz von Faltenspitzen 30b. Wie nachstehend weiter beschrieben, sind die ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen 30a, 30b zumindest teilweise durch die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien 22a, 22b definiert.
Die Faltensegmente 26 definieren axiale Strömungskanäle 32 dazwischen. (Für eine detailliertere Ansicht siehe 16). In einem Beispiel weisen die Faltensegmente 26 am Einlassende 18 Enden auf, die abwechselnd aneinander abgedichtet sind, um axiale Strömungskanäle 32 mit offenen Enden am Einlassende 18 zu definieren und axiale Strömungskanäle 32 mit geschlossenen Enden am Einlassende 18 zu definieren. Am Auslassende 20 sind die Faltensegmente 26 entgegengesetzt abwechselnd abgedichtet, so dass, wenn an einem Einlassende 18 der axiale Strömungskanal 32 geschlossen ist, er am Auslassende 20 offen ist; und wenn am Einlassende 18 der axiale Strömungskanal 32 offen ist, er am Auslassende 20 geschlossen ist. In dieser Weise strömt Fluid im Allgemeinen axial durch das Einlassende 18 des Filters 10, durch die axialen Strömungskanäle 32 mit offenen Enden am Einlassende 18, durchquert seitlich (in der z-Richtung) die Faltensegmente 26 und tritt durch die axialen Strömungskanäle 32 mit offenen Enden am Auslassende 20 aus. Die Abdichtung der mehreren Faltensegmente 26 ist weiter im US-Patent Nr. 7 323 106 und im US-Patent Nr. 7 314 558 beschrieben, die beide durch den Hinweis in der Gesamtheit hier aufgenommen werden und die beide ihre Beschreibung vom US-Patent Nr. 6 482 247 entnehmen, das auch durch den Hinweis in der Gesamtheit hier aufgenommen wird.
In dem in 2 gezeigten Beispiel weist jedes der gefalteten Filtermedien 12 eine Breite in der Querrichtung y auf, die entlang der axialen Richtung x variiert, wie beispielsweise von W1 zu W2. Insbesondere erstreckt sich der erste Satz von Biegelinien 22a in der axialen Richtung. Der zweite Satz von Faltenspitzen 30b erstreckt sich in einem Winkel α zur axialen Richtung x in der Querrichtung y, so dass die Breite der Falten 24 in der Querrichtung y entlang der axialen Richtung x variiert, um einen linearen Abschnitt 34 der mehreren Falten 24 zu definieren, der sich in einem Winkel zur axialen Richtung erstreckt. Der lineare Abschnitt 34 kann durch mehrere versenkte Falten ausgebildet sein, die zwischen den Faltensegmenten 26 in der seitlichen Richtung y verschachtelt sind, wie hier nachstehend weiter beschrieben wird. Der lineare Abschnitt 34 der mehreren Falten 24 kann auch durch Sätze von geklebten Kanten ausgebildet sein, die sich in einem Winkel von einem der ersten und zweiten Sätze der sich axial erstreckenden Biegelinien 22a, 22b erstrecken, wie auch hier nachstehend weiter beschrieben wird.
2 zeigt zwei gegenüberliegende Filtermedien 12, die durch die Endkappen 14, 16 gehalten sind, wobei jedes Filtermedium 12 die mehreren Falten 24 umfasst, die aus Faltensegmenten 26 bestehen, die sich in der axialen Richtung x zwischen ersten und zweiten axialen Enden 28a, 28b erstrecken und sich in der Querrichtung y zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen 30a, 30b erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien 22a, 22b definiert sind. Axiale Strömungskanäle 32 sind zwischen den Faltensegmenten 26 in der seitlichen Richtung z definiert. Die mehreren Falten 24 weisen eine Breite in der Querrichtung y auf, die entlang der axialen Richtung x variiert, wie beispielsweise von W1 zu W2. Ferner umfasst jedes gegenüberliegende Filtermedium 12 einen zweiten Satz von Faltenspitzen 30b, die sich in einem Winkel α in Bezug auf die axiale Richtung x erstrecken, wobei die ersten Sätze von Biegelinien 22a jedes Filtermediums 12 zur axialen Richtung x im Wesentlichen parallel sind, so dass die gegenüberliegenden Filtermedien 12 einen Kanal 35 mit einem V-förmigen Querschnitt dazwischen entlang der axialen Richtung x definieren.
Zu filterndes Fluid strömt im Allgemeinen axial in das Einlassende 18, wie durch den Pfeil F gezeigt. Das Fluid strömt als nächstes im Allgemeinen axial in das gefaltete Filtermedium 12, wie durch die Pfeile F' gezeigt, durch die axialen Strömungskanäle 32, im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung) durch die Faltensegmente 26, wie vorstehend beschrieben und wie durch die Pfeile F'' gezeigt, und im Allgemeinen axial aus dem Auslassende 20, wie durch die Pfeile F''' gezeigt. Wenn eine Endkappe 14 das Auslassende 20 bedeckt, kann Fluid im Allgemeinen quer (in der y-Richtung) strömen, um das Filtermedium 12 zu verlassen.
Der V-förmige Querschnitt des Kanals 35 vergrößert die Strömungsfläche zwischen den zwei Filtermedien 12 im Gegensatz zu herkömmlichen Filtern aufgrund des eingeschlossenen Winkels 2a zwischen den Filtermedien 12. Eine solche Konfiguration führt zu einem geringeren Expansionsverlust (oder verringerten Druckabfall) innerhalb des Filters 10. Da die ersten Sätze von Biegelinien 22a im Wesentlichen zur axialen Richtung x parallel sind, kann ein Filter 10 mit diesem V-förmigen Kanal 35 Endkappen 14, 16 mit derselben Größe wie herkömmliche Filter verwenden. Dies bedeutet, dass der Filter 10 in dasselbe Gehäuse (nicht dargestellt) wie herkömmliche Filter integriert werden kann, da die Abmessungen des Filters 10 trotz des Einschlusses einer variierenden Faltentiefe dieselben wie jene von herkömmlichen Filtern sind.
In einem in 3 gezeigten dritten Beispiel variiert die Breite der mehreren Falten 24 in der Querrichtung y zumindest entlang eines linearen Abschnitts 34 (hier ein erstes Segment 34a, ein zweites Segment 34b und entlang Faltenspitzen 30b) der mehreren Falten 24. In diesem Beispiel erstreckt sich wie im Beispiel von 1 und 2 ein zweiter Satz von Faltenspitzen 30b in einem Winkel α von der axialen Richtung x entlang der ganzen Länge des gefalteten Filtermediums 12. Ein erster Satz von Faltenspitzen 30a an einem ersten Segment 34b erstreckt sich in einem Winkel β zur axialen Richtung x. Der erste Satz von Faltenspitzen 30a an einem zweiten Segment 34b erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung x. In diesem Beispiel umfasst das gefaltete Filtermedium 12 einen linearen Abschnitt mit einem ersten und einem zweiten Segment 34a, 34b, die sich jeweils in verschiedenen Winkeln zur axialen Richtung x erstrecken. Das Filtermedium 12 ist eines von mindestens zwei gegenüberliegenden Filtermedien 12, die durch Endkappen 14, 16 gehalten werden. Jedes gegenüberliegende Filtermedium 12 umfasst den zweiten Satz von Faltenspitzen 30b, die in einem Winkel α in Bezug auf die axiale Richtung x orientiert sind, so dass die gegenüberliegenden Filtermedien 12 einen Kanal 35 mit einem V-förmigen Querschnitt entlang der axialen Richtung x dazwischen definieren. Für jedes Filtermedium 12 ist der erste Satz von Faltenspitzen 30a in einem Winkel β in Bezug auf die axiale Richtung x am ersten Segment 34a orientiert und der erste Satz von Faltenspitzen 30a ist zur axialen Richtung x am zweiten Segment 34b im Wesentlichen parallel.
Fluid strömt in den Filter im Allgemeinen axial in der Richtung des Pfeils F. Es tritt in den Filter ein, wie durch die Pfeile F' angegeben, strömt dann durch das gefaltete Filtermedium 12, im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung) durch die Faltensegmente 26 und die axialen Strömungskanäle 32, wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt. Das Fluid tritt dann aus dem Filtermedium 12 im Allgemeinen axial aus, wie durch die Pfeile F''' gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, vergrößert der V-förmige Kanal 35 die Strömungsfläche zwischen den zwei Filtermedien 12 und verringert folglich den Druckabfall. In derselben Weise schafft der Abschnitt 34a der mehreren Falten 24 einen verringerten Druckabfall, wenn Fluid die gefalteten Filtermedien 12 verlässt. Wenn Fluid in einer Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zu der in 3 gezeigten strömen würde, würde ferner Fluid, das in die gefalteten Filtermedien 12 am Abschnitt 34a eintritt, auch einen verringerten Druckabfall erfahren. Schließlich ermöglicht eine solche Konfiguration, wie in 3 gezeigt, dass der Filter 10 in ein kleineres Gehäuse (nicht dargestellt) passt.
4 zeigt ein drittes Beispiel eines Filters 10 mit einem gefalteten Filtermedium 12. In diesem Beispiel umfasst das Filtermedium 12 mehrere Falten 24 mit einer Breite, die in der Querrichtung y entlang der axialen Richtung x variiert. Die Breite der mehreren Falten 24 variiert beispielsweise von W1 zu W2. Das gefaltete Filtermedium 12 ist zylindrisch und definiert eine zentrale Öffnung 36. Die zweiten Sätze von Faltenspitzen 30b erstrecken sich in einem Winkel voneinander, so dass der Durchmesser der zentralen Öffnung 36 entlang der axialen Richtung x vom ersten axialen Ende 28a zum zweiten axialen Ende 28b des jeweiligen Filtermediums 12 zunimmt. In dem gezeigten Beispiel nimmt der Durchmesser beispielsweise von D1 auf D2 zu. Die zentrale Öffnung 36 ist im Allgemeinen V-förmig im Querschnitt entlang der axialen Richtung x. Eine Endkappe 16 ist am zweiten axialen Ende 28b vorgesehen, und obwohl hier nicht gezeigt, kann eine Endkappe 14 ebenso am ersten axialen Ende 28a vorgesehen sein.
Fluid strömt zum Filter im Allgemeinen axial in der Richtung des Pfeils F, tritt in das gefaltete Filtermedium 12 bei den Pfeilen F' ein, strömt durch die axialen Strömungskanäle 32 und die mehreren Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und wie durch die Pfeile F'' gezeigt, und verlässt das gefaltete Filtermedium 12 im Allgemeinen axial, wie durch die Pfeile F''' gezeigt.
Der V-förmige Querschnitt der offenen Fläche 36 vergrößert die Strömungsfläche innerhalb des zylindrischen Filtermediums 12, indem der eingeschlossene Winkel innerhalb des zylindrischen Filtermediums 12 größer gemacht ist als jener von herkömmlichen zylindrischen Filtermedien. Dies führt zu einem verringerten Druckabfall über den Filter, wie z. B. mit Bezug auf 1–3 beschrieben wurde, und ermöglicht die Verwendung derselben Endkappen 14 und desselben Gehäuses (nicht dargestellt), wie sie für herkömmliche zylindrische Filtermedien verwendet werden.
5 zeigt einen Querschnitt eines Filters 10 gemäß einem vierten Beispiel. In diesem Beispiel ist im Gegensatz zum Beispiel von 4 der erste Satz von Faltenspitzen 30a nicht im Wesentlichen parallel zueinander entlang der ganzen Länge des Filtermediums 12. Ein zweiter Satz von Faltenspitzen 30b erstreckt sich in einem Winkel, um eine zentrale Öffnung 36 zu definieren, die im Querschnitt im Wesentlichen V-förmig entlang der axialen Richtung x ist. An einem ersten Segment 34a erstreckt sich der erste Satz von Faltenspitzen 30a in einem Winkel β zur axialen Richtung x, so dass die Breite der Falten 24 beispielsweise von W1 zu W2 variiert. An einem zweiten Segment 34b erstreckt sich der erste Satz von Faltenspitzen 30a im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung x, so dass die Breite der Falten 24 beispielsweise von W2 zu W3 variiert.
Zu filterndes Fluid strömt im Allgemeinen axial in der Richtung des Pfeils F, tritt in das gefaltete Filtermedium 12 ein, wie durch die Pfeile F' gezeigt, strömt durch die axialen Strömungskanäle 32 und die Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt, und verlässt das gefaltete Filtermedium 12 im Allgemeinen axial, wie durch die Pfeile F''' gezeigt. Wie mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, verringert die Konfiguration von 5 den Druckabfall über das Filtermedium 12 beim Verlassen des Filtermediums 12, wenn Fluid in der Richtung des in 5 gezeigten Pfeils F strömt. Wenn Fluid im Wesentlichen entgegengesetzt zur Richtung des in 5 gezeigten Pfeils F strömen würde, würde es aufgrund des Abschnitts 34a der mehreren Falten 24, der sich in einem Winkel zur axialen Richtung x erstreckt, ebenso einen verringerten Druckabfall antreffen.
In dem Beispiel von 6 und 7 variiert die Breite der mehreren Falten 24 in der Querrichtung y zumindest entlang eines Abschnitts der mehreren Falten 24. Der Abschnitt der mehreren Falten 24 umfasst gekrümmte Abschnitte 38a und 38b, die eines der ersten axialen Enden 28a und zweiten axialen Enden 28b mit einem des ersten Satzes von Faltenspitzen 30a bzw. des zweiten Satzes von Faltenspitzen 30b verbinden. In dem gezeigten Beispiel bleibt die Breite der Falten 24 zwischen dem ersten Satz von Faltenspitzen 30a und dem zweiten Satz von Faltenspitzen 30b entlang des Rests des Abschnitts der mehreren Falten 24 gleich (W1), der nicht einer der gekrümmten Abschnitte 38a, 38b ist. Insbesondere am Einlassende 18 ist der zweite Satz von Faltenspitzen 30b mit den zweiten axialen Enden 28b durch den gekrümmten Abschnitt 38b verbunden. Am Auslassende 20 ist der erste Satz von Faltenspitzen 30a mit den ersten axialen Enden 28a durch den gekrümmten Abschnitt 38a verbunden. In dem Beispiel von 6 und 7 umfasst der Filter 10 folglich zwei gegenüberliegende gekrümmte Abschnitte 38a, 38b, die die ersten axialen Enden 28a mit dem ersten Satz von Faltenspitzen 30a verbinden und die zweiten axialen Enden 28b mit dem zweiten Satz von Faltenspitzen 30b verbinden. In diesem Beispiel sind die gekrümmten Abschnitte 38a, 38b glatte gekrümmte Abschnitte. Andere Variationen des in 6 und 7 gezeigten Beispiels sind möglich. Beispielsweise könnte entweder der erste gekrümmte Abschnitt 38a oder der zweite gekrümmte Abschnitt 38b weggelassen werden. Ferner muss der Rest der Falten 24, die keinen der gekrümmten Abschnitte 38a, 38b umfassen, nicht auf der Breite W1 zwischen dem ersten Satz von Faltenspitzen 30a und dem zweiten Satz von Faltenspitzen 30b bleiben; vielmehr könnte die Breite der mehreren Falten 24 in der Querrichtung y entlang dieses restlichen Abschnitts ebenso variieren, wie in 1–5 gezeigt. Dann könnten sich die ersten Sätze von axialen Biegelinien 22a im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung x und zueinander erstrecken, so dass die Größe der Endkappen 14, 16 und des Gehäuses (nicht dargestellt) ähnlich zu jener von herkömmlichen Filtern bleiben könnte.
Eine weitere Weise zum Beschreiben des Beispiels von 6 und 7 folgt. Einer des ersten und des zweiten Satzes von Faltenspitzen 30a, 30b weist einen ersten Filtermedium-Kantenabschnitt 101, der sich axial erstreckt, und einen zweiten Filtermedium-Kantenabschnitt 102, der sich vom ersten Filtermedium-Kantenabschnitt 101 erstreckt und von der axialen Richtung x zur Querrichtung y hin gekrümmt ist, auf. Der erste Filtermedium-Kantenabschnitt 101 geht in den zweiten Filtermedium-Kantenabschnitt 102 entlang eines kontinuierlichen nicht geradlinigen Übergangs über. Einer des ersten und des zweiten Satzes von axialen Enden 22a, 22b weist einen dritten Filtermedium-Kantenabschnitt 103, der sich quer (in der y-Richtung) erstreckt, und einen vierten Filtermedium-Kantenabschnitt 104, der sich vom dritten Filtermedium-Kantenabschnitt 103 erstreckt und zur axialen Richtung x hin gekrümmt ist, auf. Der dritte Filtermedium-Kantenabschnitt 103 geht in den vierten Filtermedium-Kantenabschnitt 104 entlang eines kontinuierlichen nicht geradlinigen Übergangs über. Der zweite Filtermedium-Kantenabschnitt 102 und der vierte Filtermedium-Kantenabschnitt 104 gehen ebenso entlang eines kontinuierlichen nicht geradlinigen Übergangs ineinander über. Dieser kontinuierliche nicht geradlinige Übergang wurde vorstehend als gekrümmter Abschnitt 38a oder 38b bezeichnet.
Zu filterndes Fluid tritt in den Filter 10 im Allgemeinen axial in der Richtung des Pfeils F ein, tritt in das gefaltete Filtermedium 12 über die bei F' gezeigten Pfeile ein, strömt durch die axialen Strömungskanäle 32 und die Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt, und verlässt das gefaltete Filtermedium 12 im Allgemeinen axial, wie durch die Pfeile F''' gezeigt. Aufgrund der gekrümmten Abschnitte 38a und 38b trifft das Fluid auf eine verringerte Drosselung, wenn es in den Filter 10 eintritt und diesen verlässt. Im Vergleich zu herkömmlichen Filtern trifft das Fluid nun auf einen sanfteren Eintritt in den (oder Austritt aus dem) Filter 10 aufgrund der fehlenden spitzen in 90° abgewinkelten Faltenspitzen 30a, 30b. Dies führt zu einem geringeren Druckabfall beim Eintritt und Austritt in den und aus dem Filter 10, da das Fluid einen idealen Eintrittsweg annimmt. Folglich treffen sich einer der ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen 30a, 30b und eines der ersten und zweiten axialen Enden 28a, 28b an einem Satz von strömungsfördernden Übergängen mit verringerter Drosselung, wobei der Satz von strömungsfördernden Übergängen mit verringerter Drosselung ein Fluiddynamikprofil aufweist, das dazu konfiguriert ist, den Druckabfall entlang derer zu verringern und eine geringere Drosselung zu schaffen als ein spitzer Übergangswinkel von 90° der jeweiligen Faltenspitzen 30a, 30b und axialen Enden 28a, 28b des Filtermediums 12.
8 zeigt einen Querschnitt eines Filters 10 gemäß einem sechsten Beispiel. In diesem Beispiel ist das gefaltete Filtermedium 12 zylindrisch und definiert eine zentrale Öffnung 36, deren Durchmesser D1 abgesehen von einem gekrümmten Abschnitt 38a gleich bleibt. Die Breite der mehreren Falten 24 zwischen einem ersten Satz von Faltenspitzen 30a und einem zweiten Satz von Faltenspitzen 30b in der Querrichtung y bleibt in der axialen Richtung x konstant, bis der gekrümmte Abschnitt 38a erreicht ist. Am gekrümmten Abschnitt 38a ist der zweite Satz von Faltenspitzen 30b mit ersten axialen Enden 28a verbunden. Das gefaltete Filtermedium 12 wird durch die Endkappen 14, 16 in seiner zylindrischen Form gehalten.
Zu filterndes Fluid strömt im Allgemeinen axial in den Filter 10 in der Richtung des Pfeils F. Fluid strömt durch die axialen Strömungskanäle 32, durch die mehreren Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt, und verlässt dann das Filtermedium 12 im Allgemeinen axial, wie durch die Pfeile F''' gezeigt. In dieser Weise trifft Fluid auf eine verringerte Drosselung, wie vorstehend beschrieben, wenn es in den ersten gekrümmten Abschnitt 38a mit idealer Eintrittsform eintritt.
9 zeigt einen Querschnitt eines Filters 10 gemäß einem siebten Beispiel. In diesem Beispiel variiert die Breite W1 der Falten 24 nicht zwischen einem ersten Satz von Faltenspitzen 30a und einem zweiten Satz von Faltenspitzen 30b, bis ein gekrümmter Abschnitt 38b erreicht ist. Der gekrümmte Abschnitt 38b verbindet den ersten Satz von Faltenspitzen 30a mit den zweiten axialen Enden 28b. Das gefaltete Filtermedium 12 ist zylindrisch und definiert eine zentrale Öffnung 36 mit einem Durchmesser D1, der entlang der Länge der Filtermedium 12 in der axialen Richtung x gleich bleibt. Obwohl hier nicht dargestellt, könnte der zweite Satz von Faltenspitzen 30b ebenso mit den ersten axialen Enden 28a verbunden sein, wie in 8 gezeigt.
Zu filterndes Fluid tritt in den Filter am Einlassende 18 ein, wie durch den Pfeil F gezeigt, strömt durch die axialen Strömungskanäle 32 und die mehreren Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt, und verlässt den Filter 10 im Allgemeinen axial, wie durch den Pfeil F''' gezeigt. Aufgrund des gekrümmten Abschnitts 38b trifft das Fluid auf eine verringerte Drosselung, wie vorstehend beschrieben, wenn es den Filter 10 verlässt.
10 zeigt ein achtes Beispiel eines Filters 10, das zu dem in 6 und 7 gezeigten Beispiel ähnlich ist. Ein zweiter Satz von Faltenspitzen 30b und zweite axiale Enden 28b sind durch einen gekrümmten Abschnitt 38b verbunden. In diesem Beispiel umfasst jedoch der Filter 10 eine Dichtung 40 am gekrümmten Abschnitt 38b. Die Dichtung 40 dichtet die Faltenspitzen 30b vollständig ab. Die vollständige Abdichtung der Faltenspitzen 30b bewirkt, dass das Fluid, das in den Filter 10 im Allgemeinen, wie durch den Pfeil F gezeigt, eintritt, auf eine noch weiter verringerte Drosselung trifft als ein Filter mit einem gekrümmten Abschnitt, aber ohne Dichtung aufgrund der Kombination des gekrümmten Abschnitts 38b und der glatten Dichtung 40, die das Fluid in den V-förmigen Kanal 35 führen. Eine Klebstofflinie 41 für jedes Filtermedium 12 ist sich in einem Winkel zur axialen Richtung x erstreckend gezeigt. Die Klebstofflinie 41 dichtet abwechselnde axiale Strömungskanäle 32 ab, wie vorstehend beschrieben. Um mehr Fläche innerhalb des Filtermediums 12 zu nutzen, könnte jedoch die Klebstofflinie 41 mehr unmittelbar benachbart zur Dichtung 40 angeordnet sein und könnte ebenso der Form der Dichtung 40 folgen.
11 zeigt ein neuntes Beispiel eines Filters 10, das auch zu dem Beispiel von 6 und 7 ähnlich ist. Ein erster Satz von Faltenspitzen 30a ist mit ersten axialen Enden 28a an einem gekrümmten Abschnitt 38a verbunden. Eine Dichtung 40 befindet sich am gekrümmten Abschnitt 38a. In diesem Beispiel sind das Einlassende 18 und das Auslassende 20 gegenüber vorherigen Beispielen umgekehrt. Die Dichtung 40 über dem gekrümmten Abschnitt 38a verringert die Drosselung des Fluids, wenn es in den Filter am Einlassende 18 strömt und weiter in Richtung des gefalteten Filtermediums 12 geführt wird, wie durch die Pfeile F gezeigt. Das Fluid tritt dann in das Filtermedium 12 ein, wie durch die Pfeile F' gezeigt, strömt durch die axialen Strömungskanäle 32 und die Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt, und verlässt das gefaltete Filtermedium 12 und das Auslassende 20 im Allgemeinen axial, wie durch die Pfeile F''' gezeigt.
12 zeigt ein zehntes Beispiel eines Filters 10 mit einer Z-Filteranordnung. Der Filter 10 umfasst ein Gehäuse 42, das zwei gefaltete Filtermedien 12 hält. Die Z-Filteranordnung weist ein Einlassende 18 und ein Auslassende 20 auf, die durch das Gehäuse 42 definiert sind. Die gefalteten Filtermedien 12 werden durch eine interne Teilungswand 44 zusammengehalten. Die in diesem Beispiel gezeigten gefalteten Filtermedien 12 umfassen beide mindestens ein Segment 34a, 34b eines Abschnitts von mehreren Falten 24 mit einem Satz von Faltenspitzen 30a, 30b, die in einem Winkel α in Bezug auf die axiale Richtung x orientiert sind. Hinsichtlich des unteren gefalteten Filtermediums 12 erstreckt sich der erste Satz von Faltenspitzen 30a beispielsweise in dem Winkel α zur axialen Richtung x. Hinsichtlich des oberen gefalteten Filtermediums 12 erstreckt sich der zweite Satz von Faltenspitzen 30b in einem Winkel α zur axialen Richtung x. Die Faltenspitzen 30a, 30b in den oberen und unteren Filtermedien 12 müssen sich jedoch nicht im gleichen Winkel zur axialen Richtung x erstrecken. Ein zweiter Satz von Biegelinien 22b des unteren Filtermediums 12 ist zur axialen Richtung x im Wesentlichen parallel, während ein erster Satz von Biegelinien 22a des oberen Filtermediums 12 im Wesentlichen zur axialen Richtung x parallel ist. Die gegenüberliegenden Filtermedien 12 definieren folglich eine Z-Filteranordnung. Z-Filteranordnungen sind weiter im US-Patent Nr. 7 540 895 beschrieben, das durch den Hinweis in der Gesamtheit hier aufgenommen wird. Die Begriffe ”obere” und ”untere” werden hier nur verwendet, um die Beschreibung des gezeigten Beispiels zu verdeutlichen, und sollen nicht begrenzend sein.
Zu filterndes Fluid strömt im Allgemeinen axial in den Filter 10 durch das Einlassende 18, wie durch den Pfeil F gezeigt. Das Fluid tritt in das gefaltete Filtermedium 12 im Allgemeinen axial ein, wie durch die Pfeile F' gezeigt. Das Fluid strömt durch die axialen Strömungskanäle 32 und die axialen Faltensegmente 26 im Allgemeinen seitlich (in der z-Richtung), wie vorstehend beschrieben und durch die Pfeile F'' gezeigt. Das Fluid verlässt dann das gefaltete Filtermedium 12 im Allgemeinen axial, wie durch die Pfeile F''' gezeigt, und verlässt schließlich den Filter 10 am Auslassende 20, wie durch die Pfeile F'''' gezeigt. In einer herkömmlichen Z-Filteranordnung ist die Fläche zwischen der Oberfläche des Filtermediums 12 und der Innenwandoberfläche 43 des Gehäuses 42 klein und erzeugt einen Bereich mit hohem Druckabfall. Der Druckabfall wird durch Vergrößern des Spalts zwischen der Innenwandoberfläche 43 des Gehäuses 42 und der Oberfläche des unteren gefalteten Filtermediums 12 verringert, wie es beispielsweise bei G1 gezeigt ist. Das Erzeugen des Spalts G1 wird durch Verändern der Faltenbreite entlang des Segments 34a des unteren gefalteten Filtermediums 12 erreicht. Ebenso wird der Druckabfall beim Austritt aus dem oberen gefalteten Filtermedium 12 durch Vergrößern eines Spalts G2 zwischen der Oberfläche des oberen gefalteten Filtermediums 12 und der Innenwandoberfläche 43 des Gehäuses 42 verringert. Das Erzeugen des Spalts G2 wird durch Verändern der Faltenbreite entlang des Segments 34b des oberen gefalteten Filtermediums 12 erreicht.
13 zeigt ein elftes Beispiel eines Filters 10 mit einer Z-Filteranordnung. Dieses Beispiel ist ähnlich zu dem Beispiel von 12, außer dass es vielmehr gekrümmte Abschnitte 38a, 38b als lineare Segmente 34a, 34b aufweist, wie in 12 gezeigt. Ein erster Satz von Faltenspitzen 30a des unteren gefalteten Filterelements 12 ist mit ersten axialen Enden 28a durch einen gekrümmten Abschnitt 38a verbunden. Ein zweiter Satz von Faltenspitzen 30b des oberen gefalteten Filtermediums 12 ist mit zweiten axialen Enden 28b durch einen gekrümmten Abschnitt 38b verbunden. Ein zweiter Satz von Biegelinien 22b des unteren gefalteten Filtermediums 12 ist zur axialen Richtung x entlang der Länge des Filtermediums 12 im Wesentlichen parallel und ein erster Satz von Biegelinien 22a des oberen gefalteten Filtermediums 12 ist zur axialen Richtung x entlang der Länge des Filtermediums 12 im Wesentlichen parallel. Andere Bezugszeichen von 13 entsprechen jenen in 12.
Der Druckabfall wird durch die in 13 gezeigte Konfiguration ganz in der Weise verringert, wie der Druckabfall durch die in 12 und 6 und 7 gezeigten Konfigurationen verringert wird. Das Fluid erfährt eine verringerte Drosselung entlang der gekrümmten Abschnitte 38a und 38b und folglich ist der Druckabfall entlang des gefalteten Filtermediums 12 verringert. Obwohl hier nicht gezeigt, könnten einer oder mehrere der gekrümmten Abschnitte 38a, 38b ferner eine Dichtung 40 umfassen, wie z. B. die in 10 und 11 gezeigte.
Verschiedene Verfahren zum Ausbilden des gefalteten Filtermediums 12 werden nun mit Bezug auf 14a–18 beschrieben. 14a zeigt ein Filtermedium 46, an dem erste und zweite Sätze von Biegelinien 22a, 22b ausgebildet werden. Das Filtermedium 46 kann gefaltet werden, um mehrere Falten 24 auszubilden, die aus Faltensegmenten 26 bestehen, die sich in der axialen Richtung x zwischen ersten und zweiten axialen Enden 28a, 28b erstrecken und sich in der Querrichtung y zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen 30a, 30b erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien 22a, 22b definiert sind. Axiale Strömungskanäle 32 werden zwischen den Faltensegmenten 26 in der seitlichen Richtung z definiert, so dass die mehreren Falten 24 eine Breite in der Querrichtung y aufweisen, die entlang der axialen Richtung x variiert. Obwohl hier nicht gezeigt, kann die veränderte Breite durch Ausbilden eines gekrümmten Abschnitts, der eines der ersten und zweiten axialen Enden 28a, 28b mit einem der ersten bzw. zweiten Sätze von Faltenspitzen 30a, 30b verbindet, erreicht werden. Dieses Beispiel eines gefalteten Filtermediums 12 ist in 6 und 7 gezeigt. Alternativ kann die veränderte Breite durch Verbinden von einem der ersten und der zweiten axialen Enden 22a, 22b mit einem der ersten bzw. zweiten Sätze von Faltenspitzen 30a, 30b durch einen linearen Abschnitt 34, wie in 1–4 gezeigt, erreicht werden.
In einem Beispiel, das in 14a und 14b gezeigt ist, wird der lineare Abschnitt 34 der mehreren Falten 24 durch mehrere versenkte Falten 48 ausgebildet, die zwischen Faltensegmenten 26 in der seitlichen Richtung z verschachtelt sind. Die Bahn von Filtermedien 46 wird gefaltet, um die mehreren versenkten Falten 48 auszubilden. Das Filtermedium 46 wird so gefaltet, dass die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien 22a, 22b sich axial erstrecken, und so, dass jede versenkte Falte in den mehreren versenkten Falten 48 sich in der Querrichtung z von einem der ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen 30a, 30b nach innen erstreckt, um dritte, vierte und fünfte Sätze von Biegelinien 22c, 22d, 22e auszubilden, die sich in einem Winkel θ zur axialen Richtung x erstrecken. Jede versenkte Falte in den mehreren 48 umfasst versenkte Faltensegmente 26a, 26b, die sich in der Querrichtung y zwischen der fünften Biegelinie 22e und einer der dritten und vierten Biegelinien 22c, 22d erstrecken. Das versenkte Faltensegment 26a wird beispielsweise zwischen den Biegelinien 22c und 22e ausgebildet. Ebenso wird das versenkte Faltensegment 26b zwischen den Biegelinien 22e und 22d ausgebildet. Jede versenkte Falte in den mehreren 48 weist folglich einen dreieckigen Querschnitt in der axialen Richtung x und in der Querrichtung y auf.
In einem anderen Beispiel, das in 15a und 15b gezeigt ist, wird der lineare Abschnitt 34 der mehreren Falten 24 durch Sätze von geklebten Kanten 50a, 50b ausgebildet, die sich in einem Winkel θ von einem der ersten und zweiten Sätze von sich axial erstreckenden Biegelinien 22a, 22b erstrecken. Die Bahn von Filtermedien 46 wird so gefaltet, dass die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien 22a, 22b sich axial erstrecken. Dann wird die Bahn von Filtermedien 46 geschnitten, um gegenüberliegende Kanten 50a, 50b von Faltensegmenten 26 auszubilden, die sich im Winkel θ von einem der ersten und zweiten Sätze von sich axial erstreckenden Biegelinien 22a, 22b erstrecken. In dem gezeigten Beispiel erstrecken sich die gegenüberliegenden Kanten 50a, 50b vom zweiten Satz von Biegelinien 22b. Dann werden die Kanten 50a, 50b zusammengeklebt. Dies erzeugt Faltensegmente 26, die Breiten aufweisen, die axial (in der x-Richtung) und quer (in der y-Richtung) miteinander zusammenfallen und im Wesentlichen gleich in der Querrichtung y variieren. Die gegenüberliegenden Kanten 50a, 50b können in vielen verschiedenen Weisen geklebt werden, beispielsweise mit einem Klebstoff, der entlang der in 15a gezeigten gestrichelten Linien aufgebracht wird.
16 zeigt eine Nahansicht des gefalteten Filtermediums 12. Das Filtermedium 12 weist Faltensegmente 26 und axiale Strömungskanäle 32 auf. Erste und zweite Sätze von Biegelinien 22a, 22b und erste und zweite Sätze von Faltenspitzen 30a, 30b sind auch gezeigt. In dem gezeigten Beispiel erstrecken sich der erste Satz von Biegelinien 22a und der erste Satz von Faltenspitzen 30a im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung x entlang der Länge des Filtermediums 12. Ein erstes Segment 34a des zweiten Satzes von Faltenspitzen 30b erstreckt sich in einem Winkel α zur axialen Richtung x. Ein zweiter Abschnitt 34b des gefalteten Filtermediums 12 weist axiale Biegelinien 22b und Faltenspitzen 30b auf, die sich im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung x erstrecken. Folglich sind die Faltenspitzen 30a, 30b nur teilweise durch die Biegelinien 22a, 22b definiert, außer wenn sich die Biegelinien 22a, 22b nicht axial erstrecken oder wenn sie geschnitten sind, um einen linearen oder gekrümmten Abschnitt auszubilden. In diesem Beispiel sind auch mehrere versenkte Falten 48 gezeigt. Wie in dem Beispiel von 15a und 15b könnten jedoch die versenkten Falten 48 entfernt werden und die restlichen Kanten entlang der ersten und zweiten Kanten 50a, 50b zusammengeklebt werden.
17 und 18 stellen ein drittes Verfahren zum Ausbilden des gefalteten Filtermediums 12 dar. Ein Filtermedium 46 wird zu einem Bogen entlang der gebogenen Linien 52a und 52b geschnitten. Die übrigen Abschnitte (schraffiert gezeigt) des Filtermediums 46 werden weggeworfen. Die Bahn von Filtermedien 46 wird auf- und abgefaltet, so dass erste und zweite Sätze von Biegelinien 22a, 22b sich radial in Winkeln zur axialen Richtung x erstrecken. In dem gezeigten Beispiel sind diese Winkel σ. 18 zeigt, wie das Falten des Filtermediums 46 in dieser Weise zu Faltensegmenten 26 mit einer Breite führt, die entlang der axialen Richtung x in der Querrichtung y variiert. Die Breite variiert beispielsweise von W1 zu W2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6391076 [0003]
US 2006/0065592 [0004]
US 7314558 [0005, 0038]
US 7323106 [0006, 0038]
US 7540895 [0007, 0060]
US 2008/0011673 [0008]
US 7879125 [0009]
US 6482247 [0038]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. § 112, sechster Absatz [0035]

Claims

Gefaltetes Filtermedium, das sich in einer axialen Richtung, einer Querrichtung, die zur axialen Richtung senkrecht ist, und einer seitlichen Richtung, die zur axialen Richtung senkrecht und zur Querrichtung senkrecht ist, erstreckt, wobei das gefaltete Filtermedium Folgendes umfasst: mehrere Falten, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind; wobei axiale Strömungskanäle zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert sind und wobei die mehreren Falten eine Breite in der Querrichtung aufweisen, die entlang der axialen Richtung variiert.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die Breite der mehreren Falten in der Querrichtung zumindest entlang eines Abschnitts der mehreren Falten variiert.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt der mehreren Falten einen gekrümmten Abschnitt umfasst, der eines der ersten und zweiten axialen Enden mit einem der ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen verbindet.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 3, wobei der gekrümmte Abschnitt ein glatter gekrümmter Abschnitt ist.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 3 mit einer Dichtung am gekrümmten Abschnitt.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 3, wobei der gekrümmte Abschnitt einer von zwei gegenüberliegenden gekrümmten Abschnitten ist, die das erste axiale Ende mit dem ersten Satz von Faltenspitzen verbinden bzw. das zweite axiale Ende mit dem zweiten Satz von Faltenspitzen verbinden.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt der mehreren Falten einen linearen Abschnitt umfasst, der sich in einem Winkel zur axialen Richtung erstreckt.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 7, wobei der lineare Abschnitt erste und zweite Segmente umfasst, die sich jeweils in verschiedenen Winkeln zur axialen Richtung erstrecken.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 7, wobei der lineare Abschnitt durch mehrere versenkte Falten ausgebildet ist, die zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung verschachtelt sind.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 9, wobei die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien sich axial erstrecken und wobei jede versenkte Falte in den mehreren versenkten Falten in der Querrichtung von einem der ersten und zweiten Sätze von sich axial erstreckenden Faltenspitzen nach innen gebogen ist, um dritte, vierte und fünfte Sätze von Biegelinien auszubilden, die sich in mindestens einem Winkel zur axialen Richtung erstrecken.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 10, wobei jede versenkte Falte in den mehreren versenkte Faltensegmente umfasst, die sich in der Querrichtung zwischen der fünften Biegelinie und einer der dritten und vierten Biegelinien erstrecken.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 11, wobei jede versenkte Falte in den mehreren einen dreieckigen Querschnitt in der axialen und der Querrichtung aufweist.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Biegelinien sich axial erstrecken und wobei der lineare Abschnitt der mehreren Falten durch Sätze von geklebten Kanten ausgebildet ist, die sich in einem Winkel von einem der ersten und zweiten Sätze von sich axial erstreckenden Biegelinien erstrecken.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 13, wobei die Faltensegmente Breiten aufweisen, die axial und quer miteinander zusammenfallen und im Wesentlichen gleich in der Querrichtung variieren.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die ersten und/oder zweiten Sätze von Faltenspitzen und eines der ersten und zweiten axialen Enden sich an einem Satz von strömungsfördernden Übergängen mit verringerter Drosselung treffen, wobei der Satz von strömungsfördernden Übergängen mit verringerter Drosselung ein Fluiddynamikprofil aufweist, das dazu konfiguriert ist, den Druckabfall entlang derer zu verringern und eine geringere Drosselung als ein spitzer Übergangswinkel von 90° einer jeweiligen Faltenspitze und eines axialen Endes des Filtermediums zu schaffen.
Gefaltetes Filtermedium nach Anspruch 13, wobei: der eine der ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen einen ersten Filtermedium-Kantenabschnitt, der sich axial erstreckt, und einen zweiten Filtermedium-Kantenabschnitt, der sich vom ersten Filtermedium-Kantenabschnitt erstreckt und von der axialen Richtung zur Querrichtung hin gekrümmt ist, aufweist, wobei der erste Filtermedium-Kantenabschnitt in den zweiten Filtermedium-Kantenabschnitt entlang eines kontinuierlichen nicht geradlinigen Übergangs übergeht; der eine der ersten und zweiten Sätze von axialen Enden einen dritten Filtermedium-Kantenabschnitt, der sich quer erstreckt, und einen vierten Filtermedium-Kantenabschnitt, der sich vom dritten Filtermedium-Kantenabschnitt erstreckt und zur axialen Richtung hin gekrümmt ist, aufweist, wobei der dritte Filtermedium-Kantenabschnitt in den vierten Filtermedium-Kantenabschnitt entlang eines kontinuierlichen nicht geradlinigen Übergangs übergeht; und wobei der zweite und der vierte Filtermedium-Kantenabschnitt entlang eines kontinuierlichen nicht geradlinigen Übergangs ineinander übergehen.
Verfahren zum Ausbilden eines Filtermediums, das sich in einer axialen Richtung, einer Querrichtung, die zur axialen Richtung senkrecht ist, und einer seitlichen Richtung, die zur axialen Richtung senkrecht und zur Querrichtung senkrecht ist, erstreckt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Falten einer Bahn von Filtermedien, um mehrere Falten auszubilden, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind; wobei axiale Strömungskanäle zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert sind; und Ausbilden der mehreren Falten mit einer Breite in der Querrichtung, die entlang der axialen Richtung variiert.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Ausbilden eines gekrümmten Abschnitts umfasst, der eines der ersten und zweiten axialen Enden mit einem der ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen verbindet.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Falten der Bahn von Filtermedien umfasst, um mehrere versenkte Falten auszubilden, die zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung verschachtelt sind.
Verfahren nach Anspruch 19, das das Falten der Bahn von Filtermedien umfasst, so dass die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien sich axial erstrecken, und so dass jede versenkte Falte in den mehreren versenkten Falten sich in der Querrichtung von einem der ersten und zweiten Sätze von Faltenspitzen nach innen erstreckt, um dritte, vierte und fünfte Sätze von Biegelinien auszubilden, die sich in einem Winkel zur axialen Richtung erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Falten der Bahn von Filtermedien, so dass die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien sich axial erstrecken; das Schneiden der Bahn von Filtermedien, um gegenüberliegende Kanten der Faltensegmente auszubilden, die sich in einem Winkel von einem der ersten und zweiten Sätze von sich axial erstreckenden Biegelinien erstrecken; und dann das Zusammenkleben der Kanten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Schneiden der Bahn von Filtermedien in einen Bogen und Falten der Bahn von Filtermedien so, dass die ersten und zweiten Sätze von Biegelinien sich radial in Winkeln zur axialen Richtung erstrecken, umfasst.
Filter zum Filtern von Fluid, wobei sich der Filter in einer axialen Richtung, einer Querrichtung, die zur axialen Richtung senkrecht ist, und einer seitlichen Richtung, die zur axialen Richtung senkrecht und zur Querrichtung senkrecht ist, erstreckt, wobei der Filter Folgendes umfasst: ein Gehäuse, das ein gefaltetes Filtermedium hält; wobei das gefaltete Filtermedium mehrere Falten umfasst, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die zumindest teilweise durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind; wobei axiale Strömungskanäle zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert sind und wobei die mehreren Falten eine Breite in der Querrichtung aufweisen, die entlang der axialen Richtung variiert.
Filter nach Anspruch 23, wobei das Filtermedium eines von mindestens zwei gegenüberliegenden Filtermedien ist, die in dem Gehäuse gehalten sind, die jeweils die mehreren Falten umfassen, die aus Faltensegmenten bestehen, die sich in der axialen Richtung zwischen ersten und zweiten axialen Enden erstrecken und sich in der Querrichtung zwischen ersten und zweiten Sätzen von Faltenspitzen erstrecken, die durch erste und zweite Sätze von Biegelinien definiert sind; wobei axiale Strömungskanäle zwischen den Faltensegmenten in der seitlichen Richtung definiert sind; und wobei die mehreren Falten eine Breite in der Querrichtung aufweisen, die entlang der axialen Richtung variiert.
Filter nach Anspruch 24, wobei jedes gegenüberliegende Filtermedium mindestens einen Satz von Faltenspitzen umfasst, die in einem Winkel in Bezug auf die axiale Richtung orientiert sind, und wobei der zweite Satz von Biegelinien von einem der Filtermedien zur axialen Richtung im Wesentlichen parallel ist, und wobei der erste Satz von Biegelinien des anderen der Filtermedien zur axialen Richtung im Wesentlichen parallel ist, so dass die gegenüberliegenden Filtermedien eine Z-Filteranordnung definieren.
Filter nach Anspruch 24, wobei jedes gegenüberliegende Filtermedium mindestens einen Satz von Faltenspitzen umfasst, die in einem Winkel in Bezug auf die axiale Richtung orientiert sind, und wobei der erste Satz von Biegelinien jedes Filtermediums zur axialen Richtung im Wesentlichen parallel ist, so dass die gegenüberliegenden Filtermedien einen Kanal mit einem V-förmigen Querschnitt dazwischen entlang der axialen Richtung definieren.
Filter nach Anspruch 23, wobei das gefaltete Filtermedium zylindrisch ist und eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser definiert, der entlang der axialen Richtung vom ersten axialen Ende zum zweiten axialen Ende des jeweiligen Filtermediums zunimmt.
Filter nach Anspruch 27, wobei die zentrale Öffnung entlang der axialen Richtung im Wesentlichen V-förmig im Querschnitt ist.
Filter nach Anspruch 23, wobei der erste und/oder der zweite Satz von Faltenspitzen und eines der ersten und zweiten axialen Enden sich an einem Satz von strömungsfördernden Übergängen mit verringerter Drosselung treffen, wobei der Satz von strömungsfördernden Übergängen mit verringerter Drosselung ein Fluiddynamikprofil aufweist, das dazu konfiguriert ist, den Druckabfall entlang derer zu verringern und eine geringere Drosselung als ein spitzer Übergangswinkel von 90° einer jeweiligen Faltenspitze und eines axialen Endes des Filtermediums zu schaffen.