DE112016003212T5

DE112016003212T5 - Filtermedium und Mediumpaket für schnell rotierende Kurbelgehäuseentlüftung

Info

Publication number: DE112016003212T5
Application number: DE112016003212.9T
Authority: DE
Inventors: Brian W. Schwandt; Saru Dawar; Christopher E. Holm; Jerald J. Moy; Barry M. Verdegan
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-04-19
Also published as: US10974182B2; CN107847839A; US20210178300A1; US20180353882A1; WO2017034976A1; US11701606B2; CN107847839B

Abstract

Filtermedien und Mediumpakete, die eine solide Leistung in schnell rotierenden Koaleszer- (HSRC-) Elementen für Kurbelgehäuseentlüftungssysteme bereitstellen, werden beschrieben. Das Filtermedium ist ein HSRC-Filtermedium. Als solches hat das Filtermedium eine höhere Beständigkeit gegenüber Komprimierbarkeit als herkömmliche Koaleszer-Filtermedien, wie Filtermedien, die in langsam rotierenden Koaleszeranordnungen oder stationären Koaleszeranordnungen verwendet werden.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/208,284 mit dem Titel „High Speed Rotating Crankcase Ventilation Filter Media“, eingereicht am 21. August 2015, deren Inhalte in der Gesamtheit und für alle Zwecke durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Kurbelgehäuseentlüftungssysteme.
HINTERGRUND
Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors kann ein Teil der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungszylinder in das Kurbelgehäuse des Motors strömen. Diese Gase werden oft als „Leckgase“ (engl. blowby gases) bezeichnet. Die Leckgase inkludieren eine Mischung von Aerosolen, Ölen und Luft. Bei direkter Entlüftung an die Umgebung können die Leckgase die Umwelt schädigen. Dementsprechend werden die Leckgase in der Regel mittels eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems aus dem Kurbelgehäuse geleitet. Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem kann die Leckgase durch einen Tropfenabscheider bzw. Koaleszer (d. h. ein Koaleszenzfilterelement) leiten, um einen Großteil der Aerosole und Öle, die in den Leckgasen enthalten sind, zu entfernen. Der Koaleszer inkludiert Filtermedien. Die gefilterten Leckgase werden dann entweder an die Umgebung entlüftet (in offenen Kurbelgehäuseentlüftungssystemen) oder zum Lufteinlass für den Verbrennungsmotor zur weiteren Verbrennung zurückgeleitet (in geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystemen).
Einige Kurbelgehäuseentlüftungssysteme nutzen rotierende Koaleszer, die die Filtereffizienz der Koaleszenzfilterelemente durch Drehen des Filtermediums während des Filterns erhöhen. In rotierenden Filterpatronen werden die Verunreinigungen (z. B. Öltröpfchen, die in Leckgasen suspendiert und von ihnen transportiert werden) innerhalb des Filtermediums der Filterpatrone durch die Teilchenfangmechanismen, wie Trägheitsaufprall, Abfangen, Diffusion und Schwerkräfte auf die Fasern, abgetrennt. Durch Drehen des Filtermediums werden Trägheitsaufprall und Schwerkräfte durch zusätzliche Fliehkraft verstärkt. Außerdem kann die Drehung der Filterpatrone einen Pumpeffekt erzeugen, was den Druckabfall durch das Filtrationssystem reduziert. Rotierende Filterpatronen können Gewebefilter sowie Zentrifugaltrennvorrichtungen inkludieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform betrifft ein Filtermedium. Das Filtermedium inkludiert Fasern, die einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 40 µm aufweisen. Die Fasern haben eine Festigkeit zwischen 5 % und 30 %. Das Filtermedium hat eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform betrifft ein schnell rotierendes Koaleszerelement. Das schnell rotierende Koaleszerelement inkludiert eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte und ein Filtermediumpaket, das das Filtermedium umfasst, das zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist. Das Filtermedium inkludiert Fasern, die einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 40 µm aufweisen. Die Fasern haben eine Festigkeit zwischen 5 % und 30 %. Das Filtermedium hat eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform betrifft ein Filtermediumpaket für einen schnell rotierenden Koaleszer. Das Filtermediumpaket inkludiert Filtermedien mit Fasern mit einem geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 40 µm ein. Die Fasern haben eine Festigkeit zwischen 5 % und 30 %. Das Filtermedium hat eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa.
Diese und andere Merkmale sowie die Organisation und Art ihrer Betätigung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Filtermediumpakets, das mit dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem von 1 verwendbar ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Filtermediumpakets, das als Teil eines Filterelements dargestellt ist, das mit dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem von 1 verwendbar ist.
4 bis 10 zeigen verschiedene Vergleichsdiagramme, die Medien schnell rotierender Koaleszer (HSRC) mit herkömmlichen Medien vergleichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Figuren im Allgemeinen werden Filtermedien und Mediumpakete beschrieben, die eine solide Leistung in HSRC-Elementen für Kurbelgehäuseentlüftungssysteme bereitstellen. Das Filtermedium ist ein HSRC-Filtermedium. Als solches hat das Filtermedium eine höhere Beständigkeit gegenüber Komprimierbarkeit als herkömmliche Koaleszer-Filtermedien, wie Filtermedien, die in langsam rotierenden Koaleszeranordnungen oder stationären Koaleszeranordnungen verwendet werden. Das HSRC-Filtermedium kann eine einzelne Schicht von Filtermedium, mehrere Schichten von Filtermedien mit unterschiedlichen Eigenschaften oder Filtermedien, deren Eigenschaften als Funktion der Tiefe variieren und die zum Optimieren der Leistung gestaltet sind (d. h. Gradientenfiltermedien), umfassen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben hat die HSRC-Filtermediumstruktur eine höhere Beständigkeit gegenüber Komprimierbarkeit als herkömmliche Koaleszer-Filtermedien.
Bezugnehmend auf 1 ist eine Querschnittsansicht eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 inkludiert ein stationäres Gehäuse 102. Das stationäre Gehäuse 102 inkludiert einen Leckgaseinlass 104, der Leckgase von einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors empfängt. Der Verbrennungsmotor kann zum Beispiel ein Diesel-Verbrennungsmotor sein. Das stationäre Gehäuse 102 inkludiert ferner einen Auslass für gefiltertes Leckgas 106. Der Auslass 106 leitet gefiltertes Leckgas aus dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100. In einigen Anordnungen ist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem. In solchen Anordnungen führt der Auslass 106 das gefilterte Leckgas zu einem Lufteinlass des Verbrennungsmotors. In anderen Anordnungen ist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 ein offenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem. In solchen Anordnungen leitet der Auslass 106 das gefilterte Leckgas an die Umgebung.
Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 inkludiert einen Koaleszer 108. Der Koaleszer 108 ist ein rotierender Koaleszer. Der Koaleszer 108 inkludiert eine erste Endplatte 110 und eine zweite Endplatte 112, die axial von der ersten Endplatte 110 beabstandet ist. Ein Filtermediumpaket 114, zusmmengesetzt aus Filtermedien, ist zwischen der ersten Endplatte 110 und der zweiten Endplatte 112 angeordnet. Das Filtermediumpaket 114 inkludiert Gewebefiltermedium, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Das Gewebefiltermedium kann beliebige von schmelzgeblasenen Polyester-Filtermedien, schmelzgeblasenen Polyphenylensulfid-Filtermedien, nadelverfilzten Spinnvlies-Polyphenylensulfid-Filtermedien, Filtermedien aus Mikroglas mit Acrylbindemittel, Filtermedien aus Mikroglas mit Phenolbindemittel, schmelzgeblasenen Nylon-Filtermedien, Nadelfilz-Polyethylenterephthalat-Filtermedien oder ein anderes geeignetes Filtermedium inkludieren. Das Filtermedium des Filtermediumpakets 114 ist nachstehend ausführlicher beschrieben.
Das Filtermediumpaket 114 ist an die erste und zweite Endplatte 110 und 112 geschweißt, so dass in den Einlass 104 eintretende Leckgase durch das Filtermediumpaket 114 gelangen. Das Filtermediumpaket 114 weist eine zylindrische Form auf. In einigen Anordnungen ist das Filtermediumpaket 114 ein zylindrisches Mediumpaket mit offenem Ende (z. B. wie in 2 dargestellt). In solchen Anordnungen bildet das Filtermedium eine geschlossene Struktur mit offenen Enden, die an der ersten und der zweiten Endplatte 110 und 112 befestigt ist (z. B. durch Verguss, Klebstoff, mechanische Abdichtungssysteme usw.). In weiteren Anordnungen ist das Filtermediumpaket 114 für strukturelle Stützung oder zusätzliche Filtration mit zusätzlichen Mediumschichten entweder vor oder nach dem primären Filtermedium gekoppelt. In solchen Anordnungen bewahrt das Mediumpaket 114 die zylindrische geschlossene Struktur. Die zusätzlichen Mediumschichten können an das Filtermediumpaket 114 gebondet oder anderweitig daran befestigt sein. In zusätzlichen Anordnungen inkludiert das Filtermediumpaket 114 ein gefaltetes Filtermedium (z. B. wie in 3 dargestellt). In weiteren Anordnungen umfasst das Filtermediumpaket 114 nicht gefaltetes zylindrisches Filtermedium.
In einigen Anordnungen inkludiert der Koaleszer 108 einen Stützkorb 116, der zwischen der ersten und zweiten Endplatte 110 und 112 angrenzend an das Filtermediumpaket 114 verläuft. Der Stützkorb 116 stellt eine Trägeroberfläche für das Filtermediumpaket 114 bereit. Der Stützkorb 116 ist von dem Filtermediumpaket 114 in Bezug auf eine Mittelachse 118 des Koaleszers 108 radial außen liegend angeordnet.
Während des Betriebs empfängt das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 Leckgase von einem Verbrennungsmotor durch den Einlass 104. Die Leckgase strömen von einem Innenbereich des Koaleszerelements 108 durch das Filtermediumpaket 114 und aus dem Auslass 106 (wie durch die Pfeile angegeben). Der Koaleszer 108 wird mit einer Drehgeschwindigkeit ω um seine Mittelachse 118 gedreht. Der Koaleszer 108 ist ein HSRC-Element. Wie hier verwendet, bezieht sich ein HSRC-Element auf ein rotierendes Koaleszerelement, das Fliehkräfte an dem Filtermedium oberhalb von 500 G erzeugt (wobei G nachstehend in Gleichung 1 definiert ist). In einigen Anordnungen kann die Drehgeschwindigkeit ω 10.000 U/min übersteigen. Der Koaleszer 108 kann zum Beispiel von einem Elektromotor, einem ölbetriebenen Motor, einer mechanischen Bindung zwischen dem Koaleszer 108 und dem Verbrennungsmotor oder Ähnlichem gedreht werden. Die Verunreinigungen (z. B. Öltröpfchen, Aerosol usw.), die durch Leckgase transportiert werden, werden innerhalb des Filtermediumpakets 114 durch Teilchenfangmechanismen, wie Trägheitsaufprall, Abfangen, Diffusion und Schwerkräfte auf die Fasern, abgetrennt. Durch Drehen des Filtermediumpakets 114 wird der Trägheitsaufprall durch die zusätzliche Fliehkraft verstärkt. Außerdem kann die Drehung des Koaleszers 108 einen Pumpeffekt erzeugen, der den Druckabfall durch das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 reduziert. In einigen Anordnungen inkludiert der Stützkorb 116 Finnen oder Rippen, um den Pumpeffekt zu verstärken. Abgetrennte Verunreinigungen, wie Öl, fallen zum Boden des stationären Gehäuses 102, wo die Verunreinigungen das Gehäuse durch den Abfluss 120 verlassen können.
Wie vorstehend erläutert, entfernt das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 Verunreinigungen, wie feine Öltröpfchen, aus dem Leckgas. Dies hilft bei der Reduzierung von Emissionen aus dem Verbrennungsmotor. In Anordnungen, bei denen das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 ein Teil eines geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystems ist, schützt die Entfernung der Verunreinigungen auch Ansaugkomponenten des Verbrennungsmotors, wie einen Turbolader. In einigen Anordnungen ist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 für hohe Effizienz bei der Entfernung von Verunreinigungen konfiguriert. Zum Beispiel kann das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 so konfiguriert sein, dass es mehr als 99 % der Teilchen, die so eine kleine Größe wie 0,3 µm aufweisen, mit einem Druckabfall von weniger als 0,8 kPa bei Volllast des Verbrennungsmotors entfernt. In einigen Anordnungen beträgt die Lebensdauer des Koaleszers 108 mehr als 7000 Betriebsstunden ohne erhebliche Verschlechterung der Leistung. Der Koaleszer kann bei Temperaturen bis zu 120 Grad Celsius arbeiten. Um die vorstehend genannten Gestaltungsparameter zu erreichen, ist der Koaleszer 108 ein HSRC. Wie nachstehend erörtert, hat das Mediumpaket 114 andere Mediumeigenschaften als Mediumpakete, die für stationäre (d. h. nichtrotierende) Koaleszer und langsam rotierende Koaleszer (LSRC) verwendet werden. Ein LSRC ist ein Koaleszer, der rotiert und eine Fliehkraft von weniger als ungefähr 200 bis 500 G erzeugt, während ein HSRC rotiert und eine Fliehkraft von mehr als 500 G erzeugt und eine Fliehkraft von 1000 G überschreiten kann. G wird durch Gleichung 1 definiert. $G = \frac{ω^{2} R}{9,81}$
In Gleichung 1 ist ω die Drehgeschwindigkeit eines gegebenen rotierenden Koaleszers in Radiant pro Sekunde und R der Radius des rotierenden Koaleszers in Metern.

HSRC-Elemente, wie der Koaleszer 108, sind für andere System- und Betriebsparameter ausgelegt als herkömmliche stationäre (d. h. nichtrotierende) Koaleszeranwendungen und herkömmliche LSRC-Anwendungen. Die herkömmlichen stationären Koaleszeranwendungen und die herkömmlichen LSRC-Anwendungen werden hierin als „herkömmliche Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen“ bezeichnet. In diesen herkömmlichen Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen werden der geometrisch gemittelte Medienfaserdurchmesser, die Festigkeit und Dicke so gesteuert, dass die erforderliche Entfernungseffizienz, der Druckabfall und Lebensdaueranforderungen erfüllt werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „geometrisch gemittelt“ auf einen Mittelwert, der die mittlere Tendenz oder den typischen Wert eines Zahlensatzes angibt, der durch die nte Wurzel des Produkts von n Zahlen (d. h.

{(\prod_{i = 1}^{n} x_{i})}^{1 / n}

für einen Zahlensatz

{x_{i}}_{i = 1)}^{n}_{,}

identifiziert wird, im Gegensatz zum arithmetischen Mittelwert, der auf dem Teilen der Summe von n Zahlen durch n beruht. Für Verbrennungsmotor-Lufteinlassfiltrationssysteme und herkömmliche Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen können niedrige Druckabfälle erforderlich sein, und es wird ein Medium mit niedriger Festigkeit, weniger als 15 %, verwendet. Tabelle 1 fasst einige der Eigenschaften von Filtermedien, die in verschiedenen Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen verwendet werden, zusammen. Tabelle 1

Medium	Beschreibung	Material	Frazier-Durchlässigkeit (l/s (cfm))	Geometrisch gemittelter Faserdurchmesser (µm)	Festigkeit (%)	Biegemodul (MPa)	Komprimierbarkeit bei 20 kPa (%)
A	Schmelzgeblasenes	Polyester - amorph	9,11 (19,3)	7,0	12-15	2300-2800	20
B	Nadelverfilztes Schmelzgesponnenes	Polyphenylensulfid	16,5 (35,0)	15,1	18-22	4300	7
C	Nassgelegtes	Mikroglas mit Acrylbindemittel	11,5 (24,4)	1,2	8	7600	37
D	Schmelzgeblasenes	Nyolon 6,6	60,4 (128)	41,5	13	2800	35
E	Nadelverfilztes	Polyethylenterphthalat	132 (280)	36,7	16	2800	21
F	Schmelzgeblasenes	Polyester - kristallin	7,55 (16,0)	27,2	21	2300-2800	16

Bezugnehmend auf Tabelle 1 sind die Medien A, C, D und E herkömmliche Medien, die in herkömmlichen Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen verwendet werden. Medien B und F sind Beispiele des Mediums, das in HSRC-Anwendungen verwendbar ist, wie des Mediumpakets 114 des Koaleszers 108. Wie hier verwendet, können Medien B und F als „HSRC-Medium“ bezeichnet werden. Eine Vielfalt von Materialien, einschließlich Polyester, Glas, Cellulose, Metallfasern und Polyamid, werden bislang für herkömmliche Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen verwendet. Jedoch ist in HSRC-Anwendungen das Filtermedium aufgrund von Fliehkräften durch die schnelle Drehung zu mehr als 20 kPa Druck freiliegend. Die Fliehkräfte können das Filtermedium komprimieren, was die Leistung in HSRC-Anwendungen beeinträchtigt. Dies ist in den Diagrammen 400 und 500, die nachstehend erörtert sind, dargestellt.
4 zeigt ein Diagramm 400 der Begrenzung als Funktion der Strömungsrate bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius für zwei Typen von Filtermedien: Medium A und Medium B (wie in Tabelle 1 aufgeführt). Medium A ist ein schmelzgeblasenes Polyester- (PE-) Medium, das mithilfe eines Verfahrens, wie in US-Patent Nr. 8,231,752 beschrieben, hergestellt ist, welches durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit und für alle Zwecke unter typischen Verfahrensbedingungen hierin eingeschlossen ist. Ein solches Medium ist für herkömmliche Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen typisch. Medium B ist ein nadelverfilztes Polyphenylensulfid- (PPS-) Filtermedium, das in dem Filtermediumpaket 114 des Koaleszers 108 verwendbar ist. Dementsprechend ist das Medium B in HSRC-Anwendungen verwendbar. Begrenzungsergebnisse für die zwei Medien bei 0 und 10.000 U/min, was ungefähr 5700 G an den Filtermedien ergibt, sind dargestellt. Für Medium A zeigt das Diagramm 400, dass die Neigung der Kurve bei Drehung bei Hochgeschwindigkeit (z. B. 10.000 U/min) viel steiler wird. Tatsächlich übersteigt die Begrenzung bei Hochgeschwindigkeit die stationäre Begrenzung für Strömungsraten von mehr als ungefähr 3 Litern pro Sekunde (l/s) (7 Kubikfuß pro Minute (CFM)). Somit wird ein Filter unter Verwendung von Medium A begrenzender und kann die erforderlichen Filtereffizienzen aufgrund des erhöhten Druckabfalls und der erhöhten Strömungsratenbegrenzungen nicht mehr erfüllen. Der erhöhte Druckabfall und die erhöhte Strömungsratenbegrenzung werden durch Kompression und Kollaps der Struktur von Medium A bei hohen Drehgeschwindigkeiten verursacht. Jedoch wird die Begrenzung von Medium B bei Drehung bei Hochgeschwindigkeit (z. B. 10.000 U/min) bei allen Strömungsraten im Vergleich zu Medium A verringert. Dementsprechend ermöglicht Medium B sowohl hohe Effizienz bei der Entfernung von Verunreinigungen als auch das Erreichen niedrigen Druckabfalls in HSRC-Anwendungen.
Bezugnehmend auf 5 ist ein Diagramm 500 der Begrenzung als Funktion der Strömungsrate bei einer Temperatur von 120 Grad Celsius für zwei Typen von Filtermedien: Medium A und Medium B (wie in Tabelle 1 aufgeführt) dargestellt. Wie in Diagramm 500 dargestellt, haben Medium A und Medium B eine ähnliche Leistung bei 120 Grad Celsius wie bei 20 Grad Celsius (wie in Diagramm 400 dargestellt). Obwohl das Gesamtverhalten von Medium A und Medium B bei der höheren Temperatur ähnlich ist, sind die Wirkungen auf die Begrenzung bei den höheren Motorbetriebstemperaturen für Medium A drastischer, wobei die Neigung der Kurve bei 10.000 U/min für Medium A steiler als bei 20 Grad Celsius ist. Dementsprechend ist die abträgliche Wirkung der Drehung auf die Begrenzung bei höherer Temperatur schlechter. Dies hat schwerwiegende negative Folgen für Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen. Viele Kurbelgehäuseentlüftungssysteme sind in oder nahe der Kammer des Verbrennungsmotors angeordnet und erfahren hohe Temperaturen.
Koaleszermedien, die in Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen verwendet werden, müssen sowohl eine hohe Entfernungseffizienz für feine Tröpfchen als auch niedrigen Druckabfall aufweisen. Die Frazier-Durchlässigkeit, wie nach ASTM D737 oder einem ähnlichen Prüfverfahren bestimmt, ist eine Mediumeigenschaft, die direkt mit Druckabfall unter stationären Bedingungen und indirekt mit der Entfernungseffizienz im Zusammenhang steht. Die Frazier-Durchlässigkeit wird angegeben als die Luftströmungsrate, gemessen in Kubikfuß pro Minute (cfm) bei einem Druckabfall 0,12 kPa (0,5 Inch Wasser). Im Allgemeinen entsprechen niedrigere Werte für die Frazier-Durchlässigkeit einem höheren Druckabfall und einer höheren Entfernungseffizienz. Für HSRC-Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Frazier-Durchlässigkeit kleiner als oder gleich 118 l/s (250 cfm) ist, um diese Anforderungen zu erfüllen. Es ist bevorzugt, dass die Frazier-Durchlässigkeit zwischen 4,7 und 47 l/s (10 und 100 cfm) liegt, um sowohl Entfernungseffizienz- als auch Druckabfallanforderungen für Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen zu erfüllen. In einer spezielleren Ausführungsform kann die Frazier-Durchlässigkeit zwischen 4,7 und 24 l/s (10 und 50 cfm) liegen.
Die relativ schlechte Leistung herkömmlicher Medien, wie Medium A, wie in den Diagrammen 400 und 500 gezeigt, in HSRC-Anwendungen liegt an der Kompression des Filtermediums und dem Kollaps der Struktur des Mediums. Das Filtermedium wird unter den hohen Fliehkräften während der Hochgeschwindigkeitsdrehung komprimiert und kollabiert. Obwohl bekannt ist, dass eine Medienkompression den Druckabfall erhöht, wird die Herausforderung der Mediengestaltung der Reduzierung des Druckabfalls unter Beibehaltung hoher Entfernungseffizienz durch das hierin erörterte HSRC-Medium erreicht. Dementsprechend wird in HSRC-Anwendungen ein Medium benötigt, das sowohl (1) gegenüber Kompression und strukturellem Kollaps bei hohen Drehgeschwindigkeiten beständig ist als auch (2) eine hohe Entfernungseffizienz bewahrt. Ein solches Medium ist nachstehend ausführlicher beschrieben. Die nachstehend beschriebenen spezifischen Werte der Komprimierbarkeit sind als die Grenzen (d. h. die maximalen Komprimierbarkeiten) bei Raumtemperatur (d. h. 20 Grad Celsius) zu verstehen, sofern nicht anders angegeben (z. B. wie i Bezug auf die Beschreibung von 7).
Das Mediumpaket 114 des Koaleszers 108 inkludiert ein HSRC-Filtermedium, das aus Fasern von einem einzelnen Polymermaterial (z. B. PPS), einem einzelnen Copolymer (z. B. Polyoxymethylen-Copolymer) oder einer einzelnen Polymermischung (z. B. Polybutylenterephthalat-Polyethylenterephthalat-Mischung) zusammengesetzt ist und das Eigenschaften besitzt, die Funktionalität hinsichtlich hoher Öltröpfchen-Entfernungseffizienz und niedriger Begrenzung bei Fliehkräften über ungefähr 200 G und insbesondere über 1000 G bereitstellen. In anderen Anordnungen kann sich das HSRC-Filtermedium aus mehr als einem Polymertyp, Mikroglas oder Metallfasern zusammensetzen. In solchen Anordnungen kann das HSRC-Filtermedium als Verbundstoffmedium (z. B. ein Medium mit mehreren unterschiedlichen Mediumfasern), Gradient (z. B. ein Medium mit mehreren unterschiedlichen Mediumfasern, die so angeordnet sind, dass das Filterelement eine Filtereffizienz aufweist, die über eine Tiefe des Filterelements variiert) oder ein mehrschichtiges Medium (z. B. ein Medium mit unterschiedlichen Filtermaterialien, die übereinander geschichtet sind) angeordnet sein, um unterschiedliche Filterbereiche zu erzielen. Zweitens weist das Medium des Mediumpakets 114 chemische Kompatibilität und thermische Eigenschaften, die für Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen geeignet sind, auf. Somit sollte das Filtermedium mit Motoröl, Glycol und Wasser chemisch kompatibel sein und in der Lage sein, bei Temperaturen im Bereich von 80 bis 120 Grad Celsius ohne Verlust der Funktionalität zu bestehen. Im Allgemeinen sollten HSRC-Filtermedium für diese Anwendungen einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser innerhalb des Bereichs von 5 bis 40 µm, eine Festigkeit zwischen 5 und 30 % und eine Frazier-Durchlässigkeit von bis zu 118 l/s bei einem Druckabfall von 0,12 kPa (250 cfm bei 0,5 Inch Wasser) aufweisen. In einigen Anordnungen beträgt die Frazier-Durchlässigkeit 4,7 bis 47 l/s bei einem Druckabfall von 0,12 kPa (10 bis 100 cfm bei 0,5 Inch Wasser). In einigen Anordnungen hat das Filtermedium einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser innerhalb des Bereichs von 10 bis 20 µm, eine Festigkeit zwischen 15 und 30 % und eine Frazier-Durchlässigkeit von 4,7 bis 9,4 l/s bei einem Druckabfall von 0,12 kPa (10 bis 20 cfm bei 0,5 Inch Wasser). Ferner weist das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 20 % bei Drücken von mehr als 20 kPa auf. In einigen Anordnungen weist das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 15 % bei Drücken von mehr als 20 kPa auf. Wie hier verwendet, ist „Komprimierbarkeit“ die relative Veränderung im Filtermediumvolumen infolge von Druck oder Kraft. Hierin erörterte spezifische Beispiele der Komprimierbarkeit wurden bestimmt, indem die Veränderung der Dicke des Filtermediums gemessen wurde, während der Betrag der an die Oberfläche des Mediums angelegten Kraft über den Bereich von ungefähr 1 bis 30 kPa erhöht wurde. „Komprimierbarkeit“ ist hierin als die prozentuale Volumenänderung des Filtermediums bei einem bestimmten Druck bezogen auf das Volumen bei 1 kPa definiert. Somit hat ein Filtermedium, das eine Dicke von 1 mm bei 1 kPa und von 0,9 mm bei 10 kPa aufweist, eine Komprimierbarkeit von 10 % bei 10 kPa. Die Mediumkomprimierbarkeit (bei einer gegebenen Temperatur) als Funktion des Drucks oder der Fliehkraft unterliegt vielen Faktoren, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die Fasergrößenverteilung des Mediums, der Mediumfestigkeit, des Biegemoduls des Polymers (d. h. des Fasermaterials), der Festigkeit und des Grads der Zwischenfaserbindung in dem Medium und des Grads der Verhakung der Fasern.
In 6 ist ein Diagramm 600 der Mediumkomprimierbarkeit als Funktion des Drucks für die verschiedenen in Tabelle 1 beschriebenen Filtermedien dargestellt. Das Diagramm 600 zeigt die Komprimierbarkeiten der sechs in Tabelle 1 beschriebenen Filtermedien. Die sechs Typen von Filtermedien inkludieren vier Typen herkömmlicher Medien (d. h. A, C, D und E) und zwei Beispiele von Medien für HSRC-Anwendungen, Medien B und F, ein. Medien A und B sind vorstehend in Bezug auf 4 und 5 erörtert. Medium C ist ein Mikroglasmedium, das mit einem Acrylharz gebunden wurde. Medium D ist ein schmelzgesponnenes Nylon-6,6-Medium. Medium E ist ein nadelverfilztes Polyethylenterephthalat-Medium. Medium F ist ein schmelzgeblasenes Polyester- (PE-) HSRC-Medium, das in dem Filtermediumpaket 114 des Koaleszers 108 verwendbar ist. Medium F ist aus dem gleichen Polymer und durch das gleiche Verfahren hergestellt wie Medium A, jedoch unter Verwendung anderer Verfahrensbedingungen als Medium A, in diesem Fall als Verfahren 2 bezeichnet, um ein Medium mit den in Tabelle 1 zusammengefassten Eigenschaften zu ergeben, die für HSRC-Medien wünschenswerter sind. Wie in Diagramm 600 dargestellt, nimmt die Mediumkomprimierbarkeit bei angelegtem Druck für die herkömmlichen Medien (A, C, D und E) rasch zu. Die Mediumkomprimierbarkeit für die herkömmlichen Medien beginnt bei Drücken von über ungefähr 5 bis 20 kPa, sich aufgrund von Kollaps der Mediumstruktur einzupegeln. Wie zuvor angegeben, erfahren dies in HSRC-Anwendungen verwendete Medien oberhalb von 20 kPa aufgrund der Fliehkräfte, die durch die schnelle Drehung auf das Medium einwirken. Somit behalten Medien für stationäre und langsame Anwendungen ihre Struktur in HSRC-Anwendungen nicht, und die Komprimierbarkeit bei Drücken in der Größenordnung von 20 kPa müssen für HSRC in Erwägung gezogen werden.
7 zeigt ein Balkendiagramm 700, das die Komprimierbarkeit des herkömmlichen Mediums A und des HSRC-Mediums B bei Temperaturen von 25, 100 und 120 Grad Celsius vergleicht. Wie in dem Diagramm 700 dargestellt, wird der Kompressionswiderstand für HSRC-Medium B auch bei erhöhten Temperaturen, die in Kurbelgehäuseentlüftungssystem-Anwendungen auftreten können, bewahrt.
Die Komprimierbarkeit von HSRC-Medien und Mediumpaketen (z. B. dem Mediumpaket 114) aufgrund von Fliehkräften ist mit dem Kompressionswiderstand des Mediums aufgrund von Druckabfall verbunden. Jedoch spielen bei der Kompression durch Fliehkräfte auch andere Faktoren eine Rolle, wie Mediumpaketgestaltungs- und -anwendungsfaktoren (z. B. Drehgeschwindigkeit, Radius des Mediumpakets usw.). In einigen Anordnungen hat das HSRC-Medium des Mediumpakets 114 eine Komprimierbarkeit von weniger als 20 % bei 200 G bei Raumtemperatur (d. h. bei 20 Grad Celsius). In weiteren Anordnungen hat das HSRC-Medium des Mediumpakets 114 eine Komprimierbarkeit von weniger als 20 % bei 1000 G bei Raumtemperatur (d. h. bei 20 Grad Celsius). In zusätzlichen Anordnungen hat das Medium des Mediumpakets 114 eine Komprimierbarkeit von weniger als 15 % bei 200 G. In weiteren Anordnungen hat das Medium des Mediumpakets 114 eine Komprimierbarkeit von weniger als 15 % bei 1000 G.
Wie vorstehend erörtert, haben die HSRC-Filtermedien und die Mediumpakete (z. B. Mediumpaket 114) einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser innerhalb des Bereichs von 5 bis 40 µm, um die Anforderungen hinsichtlich Entfernungseffizienz, Druckabfall und Komprimierbarkeit für HSRC-Anwendungen zu erfüllen. Bezugnehmend auf 8 sind Histogramme 800 von Faserdurchmessern für die in Tabelle 1 beschriebenen Medien (d. h. die herkömmlichen Medien A, C, D und E und die HSRC-Medien B und F) dargestellt. In 8 bezieht sich „Mittel“ auf das geometrische Mittel und „N“ auf die Anzahl geschlichteter Fasern. Wie in 8 dargestellt, liegen die geometrisch gemittelten Faserdurchmesser der Medien innerhalb des angegebenen Bereichs von 5 bis 40 µm. Geometrisch gemittelte Faserdurchmesser, die erheblich unter dem Bereich von 5 bis 40 µm liegen, (z. B. wie bei Medium C) können eine hohe Entfernungseffizienz bereitstellen, jedoch auch die Komprimierbarkeit übermäßig erhöhen, was zu einem Kollaps der Mediumstruktur und unerwünschtem erhöhten Druckabfall in HSRC-Anwendungen führen kann. Andererseits weist Medium D einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser auf, der größer als der angegebene Bereich von 5 bis 40 µm ist, und Medium E weist einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser auf, der geringfügig kleiner als der angegebene Bereich von 5 bis 40 µm ist. Sowohl Medium D als auch E zeigen unerwünscht niedrige Entfernungseffizienzen und erhöhte Druckabfälle unter Testbedingungen in HSRC-Anwendungen. Sowohl Medium D als auch E zeigen auch eine Frazier-Durchlässigkeit oberhalb der vorstehend angegebenen-Bereiche der HSRC-Filtermedien. In einigen speziellen Anordnungen liegt der geometrisch gemittelte Faserdurchmesser von HSRC-Medien innerhalb des Bereichs von 10 bis 40 µm. Somit zeigen die Daten, dass es einen Bereich des geometrisch gemittelten Faserdurchmessers gibt, unter dem die Mediumstruktur kollabiert und der Druckabfall für HSRC-Anwendungen inakzeptabel hoch wird. Jedoch stellen Medien mit einem geometrisch gemittelten Faserdurchmesser von mehr als ungefähr 5 bis 10 µm möglicherweise nicht die gewünschte Entfernungseffizienz in herkömmlichen Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen bereit. Dies stellt einen Widerspruch dar, da große Fasern ein Kollabieren verhindern sollen, während feine Fasern zur Entfernung benötigt werden. In HSRC-Anwendungen erhöhen die durch die schnelle Drehung des Koaleszerelements 108 hervorgerufenen Fliehkräfte die Entfernung von Verunreinigungen, wodurch sie beim Ausgleichen der nachteiligen Wirkung größerer Faserdurchmesser für die Entfernung helfen. Im Allgemeinen stellen geometrisch gemittelte Faserdurchmesser von mehr als ungefähr 40 µm nicht die gewünschte Entfernungseffizienz für HSRC bereit. Somit haben die Medien B und F einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser innerhalb des Bereichs von 5 bis 30 µm, was dem Faserdurchmesserbereich entspricht, in dem das Medium kompressionsbeständig ist und die gewünschten Entfernungseffizienzen bereitstellt. Bei höheren Drehgeschwindigkeiten kann der gewünschte Faserdurchmesserbereich auf 5 bis 40 µm erweitert werden.
Obwohl der geometrisch gemittelte Faserdurchmesser von HSRC-Medien innerhalb des Bereichs von 5 bis 40 µm liegt, inkludiert das HSRC-Medium in einigen Anordnungen einige Fasern mit einem Durchmesser von mehr als 20 µm. Zum Beispiel beachte man die relativen Zahlen von Fasern, die größer als 20 µm sind, in Medium B und größer als 30 µm in Medium F. Diese größeren Fasern helfen beim Reduzieren der Komprimierbarkeit des gegebenen Mediums. Dementsprechend inkludieren in speziellen Ausführungsformen die HSRC-Medien (z. B. Medien B und F) mindestens einige größere Fasern, jedoch mit einer Überzahl an kleineren Fasern im kleinsten Modus, wie in den Histogrammen 800 dargestellt. Die relative Häufigkeit von Fasern von mehr als ungefähr 30 µm bezogen auf kleinere Fasern sollte gering sein, um die Entfernung von Verunreinigungen nicht zu beeinträchtigen. Dementsprechend können die HSRC-Medien zwischen 1 und 5 % Fasern von mehr als ungefähr 40 µm inkludieren, um die Komprimierbarkeit zu reduzieren. In einigen Anordnungen inkludiert das HSRC-Medium ungefähr 3 % Fasern, die größer als 30 µm sind. In einer anderen Anordnung inkludiert das HSRC-Medium zwischen 1 und 5 % Fasern, die größer als ungefähr 20 µm sind. In weiteren Anordnungen inkludiert das HSRC-Medium eine Schicht von Filtermedium mit einem geometrisch gemittelten Durchmesser innerhalb des Bereichs von 5 bis 40 µm und eine oder mehrere vorgeschaltete und/oder nachgeschaltete Schichten mit Fasern mit einem Durchmesser von mehr als 30 µm.
Ein anderer Faktor, der die Mediumkomprimierbarkeit beeinflusst, ist die Festigkeit des Filtermediums. Festigkeit bezieht sich auf das relative Volumen eines Filtermediums, das physisch von den Mediumfasern eingenommen wird. Somit hat ein vollständig nichtporöser Feststoff, der keine Hohlräume in seiner Struktur besitzt, eine Festigkeit von 100 %, während eine gasförmige oder eine flüssige Probe, die kein festes Material enthält, eine Festigkeit von 0 % aufweist. Numerisch ist die Festigkeit gleich 100 % minus die Porosität einer Filtermediumprobe. Bei niedriger Festigkeit wird das Medium übermäßig komprimierbar in HSRC-Anwendungen. Bei hoher Festigkeit kann das Medium zu begrenzend werden, was einen hohen Druckabfall in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 hervorrufen kann. In einigen Anordnungen hat das HSRC-Medium eine Festigkeit zwischen 5 und 30 % (und insbesondere zwischen 5 und 25 %). In anderen Anordnungen hat das HSRC-Medium eine bevorzugte Festigkeit von 15-30 %. In weiteren Anordnungen hat das HSRC-Medium eine mehr bevorzugte Festigkeit zwischen 18 und 25 %. Zum Vergleich haben die Nicht-HSRC-Medien in Tabelle 1 Festigkeiten von 8-16 %. Die vorstehend genannten Festigkeiten von 15-30 % für die HSRC-Medien sind unerwünscht für herkömmliche Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen und Lufteinlassanwendungen, da der resultierende Druckabfall übermäßig ist. Jedoch ist für HSRC-Anwendungen die hohe Festigkeit sowohl wünschenswert als auch möglich, da bei hohen Geschwindigkeiten eine Drehung des Filters eine Pumpwirkung erzeugt, die die erhöhte Begrenzung des Filtermediums ausgleicht (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 1 erläutert). Somit ist der ideale Bereich von Festigkeiten für HSRC-Medien erheblich größer als der für herkömmliche Kurbelgehäuseentlüftungsmedien.
Materialsteifigkeit beeinflusst ebenfalls die Mediumkomprimierbarkeit. Zum Beispiel sind Fasern mit größerer Steifigkeit (d. h. einem höheren Biegemodul) beständiger gegenüber Kompression. Der Biegemodul kann mithilfe des ASTM-Prüfverfahrens D790 oder eines anderen Prüfverfahrens bestimmt werden. Herkömmliche Medien A (PE - Verfahren 1), Medium D (Nylon 6,6) und Medium E (PET) haben jeweils einen Biegemodul von ungefähr 2400 MPa bis 2800 MPa. Medium B (PPS) hat einen Biegemodul von ungefähr 4200 MPa. Medium F (PE - Verfahren 2) hat einen Biegemodul zwischen 2300 und 2800 MPa, jedoch wird erwartet, dass Medium F infolge seiner kristallineren Polymerstruktur einen größeren Biegemodul aufweist als Medium A. Dementsprechend haben Medium B und Medium F eine erheblich höhere Steifigkeit als Medium A, Medium D und Medium E. Der Biegemodul hängt nicht ausschließlich von dem spezifischen verwendeten Polymer, sondern auch von den Bedingungen, unter denen das Material erzeugt wurde, ab. Zum Beispiel kann die Steifigkeit des herkömmlichen Mediums A erheblich erhöht werden, indem die Geschwindigkeit des Aufnahmedorns während der Herstellung des Mediums verringert wird, was ermöglicht, dass das Polymer langsamer abkühlt und eine kristallinere und dreidimensionale Struktur, wie bei Medium F beobachtet, erreicht wird. Für HSRC-Anwendungen sollte das Polymer, aus dem die Fasern hergestellt werden, einen Biegemodul von mindestens 2000 MPa bei 23 Grad Celsius aufweisen, um gegenüber Kollaps beständig zu sein. In einigen Anordnungen hat das Polymer, aus dem die Fasern für das HSRC-Medium erzeugt werden, einen Biegemodul von mehr als 3000 MPa. In anderen Anordnungen hat das Polymer, aus dem die Fasern für das HSRC-Medium erzeugt werden, einen Biegemodul von mehr als 4000 MPa.
Wie vorstehend beschrieben, sind die HSRC-Medien und Mediumpakete (z. B. Mediumpaket 114) aus Fasern hergestellt, die aus einem einzelnen Polymer, einem einzelnen Copolymer oder einer einzelnen Polymermischung bestehen. In anderen Anordnungen kann sich das HSRC-Filtermedium aus mehr als einem Typ von Polymer, Mikroglas oder Metallfasern zusammensetzen. In solchen Anordnungen kann das HSRC-Filtermedium in einem Verbundstoff, einem Gradienten oder einem mehrschichtigen Medium angeordnet sein, das unterschiedliches Material für unterschiedliche Filterbereich aufweisen kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kurbelgehäuseentlüftungsmedien können die gewünschten Eigenschaften, einschließlich Kompressionswiderstand, bei Erreichen mittels einer Bi- oder Mehrkomponentenstruktur mit Gerüstfasern oder -teilchen oder durch die Verwendung von Bindemitteln oder Harzen zum Halten der Fasern an Ort und Stelle zu weniger wünschenswerten Leistungskompromissen führen. Komprimierbarkeit der resultierenden Medien kann stark von der Festigkeit und dem Grad der Zwischenfaserbindung beeinflusst werden. Die Verwendung eines einzelnen Polymers, eines einzelnen Copolymers oder einer einzelnen Polymermischung vereinfacht die Produktion und Herstellung und ermöglicht auch die Verwendung alternativer Herstellungsverfahren, um beim Herstellen des Mediumpakets 114 eine stärkere Zwischenfaserbindung zu erreichen. In einigen Anordnungen wird die stärkere Zwischenfaserbindung durch ein thermisches Verfahren erreicht. Das Vliesmedium wird durch ein Verfahren wie Schmelzspinnen, Schmelzblasen, Flashspinnen oder Spinnlegen, wobei neu gebildete weiche oder geschmolzene Fasern aufeinander gelegt werden, bevor sie abkühlen und versteifen, um die Bahn oder Matte zu bilden, hergestellt. Beim Abkühlen werden die Fasern ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Bindemittel oder Harze aneinander gebunden.
Das thermische Herstellungsverfahren stellt eine Häufigkeit starker Zwischenfaserbindungen innerhalb des HSRC-Mediums bereit.
Eine Zunahme in der dreidimensionalen Struktur des Filtermediums reduziert ebenfalls die Mediumkompression. Medien, die durch Nass- oder Trockenlegeverfahren, wie Schmelzblasen und Schmelzspinnen, hergestellt werden, ergeben in der Regel Medien, deren einzelne Fasern großteils in einer zweidimensionalen Struktur ausgerichtet sind, die nahezu gestapelte X-Y-Ebenenstrukturen in einem X-Y-Z-Koordinatensystem sind, wobei die X-Y-Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung durch das Filtermedium ist und wobei die Z-Achse parallel zur Strömungsrichtung ist und eine Dicke des Mediums definiert. Medium A, Medium C, Medium D und Medium E sind Beispiele solcher Medien. Um die Kompression zu reduzieren, können HSRC-Medien so hergestellt werden, dass sie eine mehr dreidimensionale Struktur aufweisen (z. B. durch Erhöhen der Faserausrichtung in der Z-Richtung). Dies kann auf eine Reihe von Wegen erfolgen. In einigen Anordnungen wird der dreidimensionale Charakter des Mediums B durch Nadelfilzung (d. h. Vernadelung) verstärkt. In anderen Anordnungen wird die dreidimensionale Struktur des HSRC-Mediums durch andere Verfahren verstärkt, wie die Verwendung von Wasserstrahlen (z. B. Wasserstrahlverfestigung), Luftstrahlen und/oder Filzung. In weiteren Anordnungen wird die dreidimensionale Struktur des HSRC-Mediums durch Erhöhen der Ausrichtung von Fasern in der Z-Richtung während des Mediumherstellungsverfahrens zum Beispiel durch Senken der Liniengeschwindigkeit, die zum Herstellen des Mediums verwendet wird, wie im Falle von Medium F, verstärkt.
Die vorstehend beschriebenen HSRC-Medien (z. B. Medium B und Medium F) und die Mediumpakete (z. B. Mediumpaket 114) bieten Vorteile gegenüber herkömmlichen Kurbelgehäuseentlüftungsmedien für HSRC-Anwendungen. Zum Beispiel ist das HSRC-Medium effizienter bei der Entfernung von Verunreinigungen für Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 0,4 und 2,0 µm. In Tests, die bei Umgebungstemperaturen durchgeführt werden, wurden Entfernungseffizienzen für kumulative Öltröpfchen für Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 0,4 und 2,0 µm von 99,94 % bzw. 99,97 % für herkömmliches Medium A und Medium B erhalten. Wie in 9 dargestellt, ist ein Diagramm 900 des Fraktionsabscheidegrads für Medium A und Medium B dargestellt. Wie in Diagramm 900 dargestellt, sind die Fraktionsabscheidegrade für die zwei Mediumtypen ähnlich. Jedoch hat das Medium A eine etwas höhere Entfernung für Teilchen, die kleiner als ungefähr 0,3 µm sind, während Medium B eine höhere Entfernung für Teilchen von über 1,5 µm aufweist. Für Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen sind die kumulative Entfernungseffizienz und Entfernung größerer Teilchen von größerem Belang. Obwohl eine ähnliche Leistung hinsichtlich der Entfernung erzielt wurde, zeigt Medium B einen erheblich geringeren Systemdruckabfall als herkömmliches Medium A, was in Diagramm 1000 von 10 dargestellt ist. Der niedrigere Druckabfall von Medium B ist ein entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Medien. Tatsächlich ist Medium A, wie andere herkömmliche Medien, nicht in der Lage, die Druckabfallanforderungen für die HSRC-Anwendungen zu erfüllen, ohne die Entfernungseffizienz zu opfern.
Es sollte beachtet werden, dass der hierin verwendete Begriff „beispielhaft“ zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anzeigen soll, dass derartige Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein derartiger Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass derartige Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „etwa“ oder „ungefähr“ in Verbindung mit einer Zahl oder einem Bereich plus oder minus fünf Prozent der modifizierten Zahl oder des modifizierten Bereichs. Bei Beschreibung eines Bereichs als zwischen zwei Zahlen liegend, soll der Bereich die zwei Zahlen, die den Bereich definieren, einschließen.
Der hierin verwendete Begriff „verbunden“ und Ähnliches bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Diese Verbindung kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander integral als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-“, „Unter-“, „oben“, „unten“ usw.) beschreiben lediglich die Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren. Es sollte beachtet werden, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann und die vorliegende Offenbarung derartige Varianten umfasst.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Abschnitten der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig geformt dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Verfahrens- oder Prozessschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu geordnet werden. Darüber hinaus können Merkmale aus bestimmten Ausführungsformen mit Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden, was dem Fachmann klar sein dürfte. Weitere Ersetzungen, Abwandlungen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls bezüglich der Konstruktion, der Betriebsbedingungen und der Anordnung der diversen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62208284 [0001]

Claims

Filtermedium, umfassend: Fasern mit einem geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 40 µm, wobei die Fasern eine Festigkeit zwischen 5 % und 30 % aufweisen; wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei sich die Fasern aus einem Polymermaterial zusammensetzen.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei das Polymermaterial ein nadelverfilztes Polyphenylensulfid-Filtermedium ist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei das Filtermedium zu einem zylindrischen Filtermediumpaket ausgebildet ist.
Filtermedium nach Anspruch 4, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 200 G aufweist, wobei G durch die Gleichung $G = \frac{ω^{2} R}{9,81}$
definiert ist, wobei ω eine Drehgeschwindigkeit des Filtermediumpakets in Radiant pro Sekunde ist und R ein Radius des Filtermediumpakets in Metern ist.
Filtermedium nach Anspruch 5, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 1000 G aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei ungefähr drei Prozent der Fasern einen Durchmesser von mehr als 20 µm aufweisen.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei das Polymermaterial ein einzelnes Polymermaterial, ein einzelnes Copolymermaterial oder eine einzelne Polymermischung ist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei das Filtermedium eine Frazier-Durchlässigkeit von weniger als oder gleich 118 l/s bei einem Wasserdruckabfall von 0,12 kPa aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die Fasern erste Fasern sind und der geometrisch gemittelte Faserdurchmesser ein erster geometrisch gemittelter Faserdurchmesser ist, wobei das Filtermedium ferner zweite Fasern mit einem zweiten geometrisch gemittelten Faserdurchmesser umfasst, wobei der zweite geometrisch gemittelte Faserdurchmesser sich von dem ersten geometrisch gemittelten Faserdurchmesser unterscheidet.
Filtermedium nach Anspruch 10, wobei die zweiten Fasern über die ersten Fasern geschichtet sind, wobei ein mehrschichtiges Filtermedium gebildet wird.
Filtermedium nach Anspruch 10, wobei die zweiten Fasern in Bezug auf die ersten Fasern so angeordnet sind, dass das Filtermedium eine variierende Filtereffizienz über eine Tiefe des Filtermediums aufweist, wobei ein Filtermedium mit einem Effizienzgradienten gebildet wird.
Filtermedium nach Anspruch 10, wobei das Filtermedium ein Verbundstoff-Filtermedium ist, das die ersten Fasern und die zweiten Fasern umfasst.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die Komprimierbarkeit bei 20 Grad Celsius liegt.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die Komprimierbarkeit bei 120 Grad Celsius liegt.
Schnell rotierendes Koaleszerelement, umfassend: eine erste Endplatte; eine zweite Endplatte; ein Filtermediumpaket, umfassend ein Filtermedium, das zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist, wobei das Filtermedium Fasern mit einem geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 40 µm umfasst, wobei die Fasern eine Festigkeit zwischen 5 % und 30 % aufweisen, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa aufweist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei das Filtermedium eine Frazier-Durchlässigkeit von weniger als oder gleich 118 l/s bei einem Wassdruckabfall von 0,12 kPa aufweist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, ferner umfassend einen Stützkorb, der zwischen der ersten und der zweiten Endplatte verläuft, wobei der Stützkorb angrenzend an das Filtermediumpaket angeordnet ist, so dass der Stützkorb eine Trägeroberfläche für das Filtermediumpaket während der Drehung des Koaleszerelements bereitstellt.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei das Polymermaterial ein nadelverfilztes Polyphenylensulfid-Filtermedium ist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei das Filtermediumpaket eine zylindrische Form aufweist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 20, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 200 G aufweist, wobei G durch die Gleichung $G = \frac{ω^{2} R}{9,81}$
definiert ist, wobei ω eine Drehgeschwindigkeit des Filtermediumpakets in Radiant 9,81 pro Sekunde ist und R ein Radius des Filtermediumpakets in Metern ist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 21, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 1000 G aufweist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei ungefähr drei Prozent der Fasern einen Durchmesser von mehr als 20 µm aufweisen.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei das Filtermedium eine Frazier-Durchlässigkeit von weniger als oder gleich 118 l/s bei einem Wasserdruckabfall von 0,12 kPa aufweist.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei die Fasern erste Fasern sind und der geometrisch gemittelte Faserdurchmesser ein erster geometrisch gemittelter Faserdurchmesser ist, wobei das Filtermedium ferner zweite Fasern mit einem zweiten geometrisch gemittelten Faserdurchmesser umfasst, wobei der zweite geometrisch gemittelte Faserdurchmesser sich von dem ersten geometrisch gemittelten Faserdurchmesser unterscheidet.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 25, wobei die zweiten Fasern über die ersten Fasern geschichtet sind, wobei ein mehrschichtiges Filtermedium gebildet wird.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 25, wobei die zweiten Fasern in Bezug auf die ersten Fasern so angeordnet sind, dass das Filtermedium eine variierende Filtereffizienz über eine Länge des Filtermediums aufweist, wobei ein Filtermedium mit einem Effizienzgradienten gebildet wird.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 25, wobei das Filtermedium ein Verbundstoff-Filtermedium ist, das die ersten Fasern und die zweiten Fasern umfasst.
Schnell rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 16, wobei sich die Fasern aus einem Polymermaterial zusammensetzen.
Filtermediumpaket zum Gebrauch in einem schnell rotierenden Koaleszer, wobei das Filtermediumpaket Folgendes umfasst: ein Filtermedium mit Fasern aus einem Polymermaterial, wobei die Fasern einen geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 40 µm aufweisen, wobei die Fasern eine Festigkeit zwischen 5 % und 30 % aufweisen, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa aufweist.
Filtermediumpaket nach Anspruch 30, wobei die Fasern eine Frazier-Durchlässigkeit von weniger als oder gleich 118 l/s bei einem Wasserdruckabfall von 0,12 kPa aufweisen.
Filtermediumpaket nach Anspruch 30, wobei sich die Fasern aus einem Polymermaterial zusammensetzen.
Filtermediumpaket nach Anspruch 32, wobei das Polymermaterial ein nadelverfilztes Polyphenylensulfid-Filtermedium ist.
Filtermediumpaket nach Anspruch 30, wobei das Filtermedium zu einem zylindrischen Filtermediumpaket ausgebildet ist.
Filtermediumpaket nach Anspruch 34, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 200 G aufweist, wobei G durch die Gleichung $G = \frac{ω^{2} R}{9,81}$
definiert ist, wobei ω eine Drehgeschwindigkeit des Filtermediumpakets in Radiant pro Sekunde ist und R ein Radius des Filtermediumpakets in Metern ist.
Filtermediumpaket nach Anspruch 35, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 1000 G aufweist.
Filtermediumpaket nach Anspruch 30, wobei ungefähr drei Prozent der Fasern einen Durchmesser von mehr als 20 µm aufweisen.
Filtermediumpaket nach Anspruch 30, wobei das Filtermedium in einem Zylinder angeordnet ist.
Filtermediumpaket nach Anspruch 30, wobei die Fasern erste Fasern sind und der geometrisch gemittelte Faserdurchmesser ein erster geometrisch gemittelter Faserdurchmesser ist, wobei das Filtermedium ferner zweite Fasern mit einem zweiten geometrisch gemittelten Faserdurchmesser umfasst, wobei der zweite geometrisch gemittelte Faserdurchmesser sich von dem ersten geometrisch gemittelten Faserdurchmesser unterscheidet.
Filtermediumpaket nach Anspruch 39, wobei die zweiten Fasern über die ersten Fasern geschichtet sind, wobei ein mehrschichtiges Filtermedium gebildet wird.
Filtermediumpaket nach Anspruch 39, wobei die zweiten Fasern in Bezug auf die ersten Fasern so angeordnet sind, dass das Filtermedium eine variierende Filtereffizienz über eine Länge des Filtermediums aufweist, wobei ein Filtermedium mit einem Effizienzgradienten gebildet wird.
Filtermediumpaket nach Anspruch 39, wobei das Filtermedium ein Verbundstoff-Filtermedium ist, das die ersten Fasern und die zweiten Fasern umfasst.
Filtermedium, umfassend: Fasern mit einem geometrisch gemittelten Faserdurchmesser zwischen 5 bis 30 µm, wobei die Fasern eine Festigkeit zwischen 5 % und 25 % aufweisen, wobei das Filtermedium eine Frazier-Durchlässigkeit von weniger als oder gleich 118 l/s bei einem Wasserdruckabfall von 0,12 kPa aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 43, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei Drücken von mehr als 20 kPa aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 44, wobei sich die Fasern aus einem Polymermaterial zusammensetzen.
Filtermedium nach Anspruch 45, wobei das Filtermedium zu einem zylindrischen Filtermediumpaket ausgebildet ist.
Filtermedium nach Anspruch 46, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 200 G aufweist, wobei G durch die Gleichung $G = \frac{ω^{2} R}{9,81}$
definiert ist, wobei ω eine Drehgeschwindigkeit des Filtermediumpakets in Radiant pro Sekunde ist und R ein Radius des Filtermediumpakets in Metern ist.
Filtermedium nach Anspruch 47, wobei das Filtermedium eine Komprimierbarkeit von weniger als 25 % bei 1000 G aufweist.