DE112020006342T5

DE112020006342T5 - Filterelement mit strömungleitenden durchlässigkeitsschichten

Info

Publication number: DE112020006342T5
Application number: DE112020006342.9T
Authority: DE
Inventors: Gregory D. Shope; Shantanu Sanjay Ghatnekar; Wassem Abdalla; Arun P. Janakiraman; Kyle Ellison; Barry Mark Verdegan; Scott W. Schwartz; Jeremiah Cupery; Billy M. Bates; Christopher E. Holm
Original assignee: Cummins Filtration Inc
Current assignee: Cummins Filtration Inc
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-10-20
Also published as: CN114845794A; CN114845794B; WO2021133589A1; US20220314144A1

Abstract

Ein Medienpack schließt eine Filtrationsfolie und eine Trägerfolie ein, die aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt ist. Die Filtrationsfolie ist mit der Trägerfolie gekoppelt. Die Trägerfolie ist gewellt, sodass die Filtrationsfolie und die Trägerfolie zusammen eine Vielzahl von Kanälen bilden. Die Kanäle sind abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet. In einer Ausführungsform ist die Durchlässigkeit der Trägerfolie geringer als eine Durchlässigkeit der Filtrationsfolie.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der indischen Patentanmeldung Nr. 201941053893 mit dem Titel „Filter Element with Flow Directing Permeability“, eingereicht am 26. Dezember 2019, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Filter zur Verwendung mit Verbrennungsmotorsystemen.
STAND DER TECHNIK
Verbrennungsmotoren verwenden im Allgemeinen während des Betriebs verschiedene Fluide. Zum Beispiel wird Kraftstoff (z. B. Diesel, Benzin, Erdgas usw.) verwendet, um den Motor zu betreiben. Mit dem Kraftstoff kann Luft gemischt werden, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, das dann vom Motor verwendet wird, um unter stöchiometrischen oder mageren Bedingungen zu laufen. Außerdem kann der Motor mit einem oder mehreren Schmiermitteln versorgt werden, um verschiedene Teile des Motors (z. B. Kolbenzylinder, Kurbelwelle, Lager, Zahnräder, Ventile, Nocken usw.) zu schmieren. Diese Fluide können mit Partikeln (z. B. Kohlenstoff, Staub, Metallpartikeln usw.) verunreinigt werden, die die verschiedenen Teile des Motors beschädigen können, wenn sie nicht aus dem Fluid entfernt werden. Um solche Partikel oder anderweitige Verunreinigungen zu entfernen, wird das Fluid im Allgemeinen durch eine Filterbaugruppe (z. B. ein Kraftstofffilter, ein Schmiermittelfilter, ein Luftfilter, eine Wasserfiltergruppe usw.) geleitet, die strukturiert ist, um die Partikel aus dem Fluid zu entfernen, bevor das Fluid zugeführt wird. Die Haltekapazität von partikulären Stoffen innerhalb einer Filterbauguppe und somit die Gesamtlebensdauer eines Filterelements innerhalb der Filterbaugruppe wird durch die Größe der Filterbaugruppe begrenzt.
KURZDARS TELLUNG
In einem Satz von Ausführungsformen schließt ein Filterelement einen Medienpack ein. Der Medienpack schließt eine Filtrationsfolie und eine gewellte Trägerfolie ein, die mit der Filtrationsfolie gekoppelt ist. Die gewellte Trägerfolie ist aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt. Die gewellte Trägerfolie und die Filtrationsfolie bilden eine Vielzahl von Kanälen, die abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet sind.
In einem anderen Satz von Ausführungsformen schließt ein Filterelement ein Mittelrohr, einen Medienpack und eine erste Endkappe ein. Der Medienpack ist um das Mittelrohr herum angeordnet und schließt eine Filtrationsfolie und eine gewellte Folie ein, die mit der Filtrationsfolie gekoppelt ist. Die gewellte Trägerfolie ist aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt. Die gewellte Trägerfolie und die Filtrationsfolie bilden eine Vielzahl von Kanälen, die abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet sind. Die erste Endkappe ist mit einem ersten axialen Ende des Medienpacks gekoppelt.
In noch einem anderen Satz von Ausführungsformen schließt ein Filterelement ein Mittelrohr, einen Medienpack und eine Endkappe ein. Der Medienpack ist um das Mittelrohr herum angeordnet und schließt eine Filtrationsfolie und eine gewellte Trägerfolie ein, die mit der Filtrationsfolie gekoppelt ist. Die gewellte Trägerfolie und die Filtrationsfolie bilden eine Vielzahl von Kanälen, die abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet sind. Der Medienpack schließt eine erste Filtrationsstufe und eine zweite Filtrationsstufe ein, die eine andere Durchlässigkeit als die erste Filtrationsstufe für ein zu filterndes Fluid aufweist.
In einigen Ausführungsformen ist eine Steifigkeit der Trägerfolie größer als eine Steifigkeit der Filtrationsfolie. Die Durchlässigkeit der Trägerfolie (für ein zu filterndes Fluid) ist kleiner oder gleich der Durchlässigkeit der Filtrationsfolie. In einigen Ausführungsformen schließt die Filtrationsfolie keine Wellungen ein. In einigen Ausführungen ist die Trägerfolie aus einem aus Aluminium oder einem Polymermaterial hergestellt.
In einigen Ausführungsformen schließt der Medienpack eine erste Filtrationsstufe und eine zweite Filtrationsstufe ein, die eine andere Durchlässigkeit (für ein zu filterndes Fluid) als die erste Filtrationsstufe aufweist. Insbesondere kann die Filtrationsfolie für die erste Filtrationsstufe eine geringere Durchlässigkeit (für ein zu filterndes Fluid) als eine zweite Filtrationsfolie für die zweite Filtrationsstufe aufweisen. In einigen Ausführungen kann die erste Filtrationsstufe zumindest teilweise von der zweiten Filtrationsstufe durch eine Klebstoffbarriere getrennt sein.
In einem anderen Satz von Ausführungsformen schließt eine Filterbaugruppe ein Filtergehäuse und ein mit dem Filtergehäuse gekoppeltes Filterelement ein. Das Filterelement schließt einen Medienpack ein, der innerhalb des Filtergehäuses angeordnet ist. Der Medienpack schließt eine Filtrationsfolie und eine Trägerfolie ein, die aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt ist. Die Filtrationsfolie ist mit der Trägerfolie gekoppelt. Die Trägerfolie ist gewellt, sodass die Filtrationsfolie und die Trägerfolie zusammen eine Vielzahl von Kanälen bilden. Die Kanäle sind abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet.
Es sei klargestellt, dass alle Kombinationen der vorstehenden Konzepte und weiterer Konzepte, die nachfolgend eingehender erörtert werden (vorausgesetzt, dass diese Konzepte nicht gegenseitig unvereinbar sind), als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht sind. Insbesondere sind alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstands, die am Ende dieser Offenbarung aufgeführt sind, als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche deutlicher, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen sind. Unter der Voraussetzung, dass diese Zeichnungen lediglich mehrere Ausführungen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Schutzbereichs zu betrachten sind, wird die Offenbarung unter Verwendung der beiliegenden Zeichnungen genauer und ausführlicher beschrieben.

1 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Filterbaugruppenabschnitts gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Filterbaugruppenabschnitts von 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Medienpacks des Filterbaugruppenabschnitts von einem vorgelagerten Ende des Medienpacks.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Medienpacks von 3 vom vorgelagerten Ende des Medienpacks.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Medienpakets von 3 von einem nachgelagerten Ende des Medienpacks gegenüber dem vorgelagerten Ende.
6A ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Medienpacks durch eine einzelne Wellung einer Trägerfolie gemäß einer anderen Ausführungsform.
6B ist eine Tabelle, die Materialeigenschaften für einen Medienpack gemäß einer Ausführungsform zusammenfasst.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Medienpacks von 3 während eines Wickelvorgangs.
8 ist eine perspektivische Darstellung eines Medienpackabschnitts eines Filterelements gemäß einer anderen Ausführungsform.
9 ist eine Reproduktion eines Abschnitts des Medienpacks von 8 nahe einem vorgelagerten Ende des Medienpacks.
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Filterbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform.
11A ist eine perspektivische Ansicht einer Filterbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Medienpacks der Filterbaugruppe von 11.
13 ist eine perspektivische Ansicht des Medienpacks von 12 von einem vorgelagerten Ende des Medienpacks.
14 ist eine Tabelle von Testergebnissen für verschiedene Arten von Filterelementen.
15 ist eine Tabelle, die Testergebnisse von 14 vergleicht.
16 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Filterbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform.
17 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filterelements der Filterbaugruppe von 16.
18 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht des Filterelements von 17.
19 ist eine Querschnittsansicht eines Filterelements gemäß einer anderen Ausführungsform.
20 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Filterelements von 17 zwischen einer ersten Filtrationsstufe und einer zweiten Filtrationsstufe.

In der gesamten folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole in der Regel ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorgibt. Die veranschaulichenden Ausführungen, die in der ausführlichen Beschreibung, in den Zeichnungen und in den Ansprüchen beschrieben werden, sind nicht als einschränkend zu verstehen. Andere Ausführungen können genutzt werden, und es können andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang des hier vorgestellten Gegenstands abzuweichen. Es versteht sich, dass die Aspekte der vorliegenden Offenlegung wie allgemein hierin beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht, in vielen unterschiedlichen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt sind und Teil dieser Offenlegung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Filterbaugruppen, die Axialströmungs- (z. B. Kanalströmungs-, Wandströmungs- usw.) Filterelemente einschließen. Die verschiedenen, vorstehend vorgestellten und nachstehend ausführlich beschriebenen Konzepte können auf eine von zahlreichen Weisen implementiert werden, da die beschriebenen Konzepte nicht auf eine bestimmte Art und Weise der Implementierung beschränkt sind. Beispiele für spezielle Implementierungen und Anwendungen werden hauptsächlich zu Zwecken der Veranschaulichung bereitgestellt.
I. Übersicht
Filterbaugruppen werden in Verbrennungsmotorsystemen verwendet, um partikelförmige Verunreinigungen aus einem Arbeitsfluid (z. B. Luft, Schmieröl, Kraftstoff usw.) zu entfernen. Neben anderen Faktoren hängt die Filterleistung (z. B. Druckabfall, Wirkungsgrad der Verunreinigungsentfernung, Lebensdauer usw.) von den Filtermedieneigenschaften der Filterbaugruppe, der Anordnung des Filtermediums und den Betriebsparametern des Fluidsystems ab. Die Filterleistung hängt insbesondere von dem Gesamtoberflächenbereich des Filtermediums ab, das für die Filtration zur Verfügung steht. Im Allgemeinen verbessert eine Vergrößerung des Medienoberflächenbereichs für eine gegebene Fluiddurchflussrate die Filterleistung (z. B. werden die Flächengeschwindigkeit und der Druckabfall über das Medium verringert und die Partikelhaltekapazität der Filterbaugruppe erhöht). Filtrationsbaugruppen mit großen Medienoberflächenbereichen sind besonders wünschenswert bei der Ölfiltration für Hochdruckhydrauliksysteme und Kraftstofffiltration für Common-Rail-Systeme von Motoren wünschenswert, bei denen hohe Wirkungsgrade der Partikelentfernung bei kleinen Partikelgrößen erforderlich sind. Die Gesamtmenge der Medien, die innerhalb einer Filterbaugruppe untergebracht werden kann, ist jedoch häufig durch spezifische Anforderungen der Anwendung begrenzt.
Eine Möglichkeit zur Vergrößerung des Medienoberflächenbereichs in einer Filterbaugruppe besteht in der Modifizierung der Geometrie des Mediums. Zum Beispiel kann das Medium gewellt (z. B. plissiert, gefaltet, etc.) sein, um einen größere Medienoberflächenbereich über ein festes Volumen bereitzustellen. Die Strömung kann senkrecht zur Filtermedienoberfläche (in einem „Filterelement mit senkrechter Strömung“) oder im Wesentlichen parallel zur Medienoberfläche entlang von Kanälen, die zwischen den Wellungen ausgebildet sind, ausgerichtet sein. Filterelemente mit senkrechter Strömung werden häufig für Dieselkraftstoff-, Hydraulik- und Schmiermittelsowie für viele Lufteinlassanwendungen verwendet. In solchen Anwendungen ist es wichtig, dass die Wellungen in den Medien ihre Form unter dem aufgebrachten Druckabfall des Arbeitsfluids beibehalten. Aus diesem Grund schließen Filterelemente mit senkrechter Strömung häufig Siebe und/oder stärkere, dickere Medien ein.
Filterelemente mit Parallel-, Kanal- oder Axialströmung werden vor allem in Luft-, Dieselemissionskontroll- und Membranfiltrationsanwendungen eingesetzt. In einem Filterelement mit axialer Strömung werden Kanäle durch Stapeln oder anderweitiges Schichten von Folien aus gewellten Medien und anschließendes abwechselndes Abdichten der vorgelagerten und nachgelagerten Enden jedes Kanals erzeugt. In einigen Ausführungsformen werden abwechselnde Schichten von gewellten und flachen Folien von Filtermedien verwendet. In diesen Fällen führt die gewellte Folie die primäre Filtrationsfunktion durch und weist eine höhere Durchlässigkeit auf als die flache Folie (für das zu filternde Fluid), um den Druckabfall zu minimieren und den für das Auffangen von Partikeln/Verunreinigungen verfügbaren Medienoberflächenbereich zu maximieren.
Die Kanäle des Filterelements von Filtermedien können abwechselnd an den vorgelagerten und nachgelagerten Enden unter Verwendung eines Klebstoffprodukts wie Hotmelt oder Leim abgedichtet werden. Das in jeden Kanal eintretende Fluid strömt entlang der Länge des Kanals durch eine Filtermedienschicht und tritt durch das nicht abgedichtete Ende eines angrenzenden Kanals (der ein nicht abgedichtetes nachgelagertes Ende aufweist) aus. Um die Nutzungsdauer (z. B. die Lebensdauer) des Filterelements zu maximieren und den Druckabfall über das Filtermedium zu minimieren, stellt jede Schicht des Mediums eine Filtrationsfunktion bereit. Neben anderen Vorteilen stellt die Schichtung von Filtermedien in einem Filterelement mit axialer Strömung eine wesentliche Vergrößerung des Medienoberflächenbereichs im Vergleich zu einem Filterelement mit senkrechter Strömung für denselben Packungsraum (z. B. Volumen) bereit. Filterelemente mit axialer Strömung eignen sich jedoch nicht für Anwendungen der Flüssigkeitsfiltration mit hohem Druck, da der Druckabfall in diesen Anwendungen ausreicht, um die von den Filtermedien gebildeten Kanäle kollabieren zu lassen. Die Situation verschlechtert sich, wenn hohe Wirkungsgrade der Verunreinigungsentfernung erforderlich sind, da der Druckabfall über die Filtermedien mit zunehmendem Entfernungswirkungsgrad tendenziell steigt.
Im Gegensatz zu den vorangegangenen Konstruktionen von Filterelementen beziehen sich die hierin beschriebenen Ausführungen auf ein Filterelement mit axialer Strömung, das abwechselnd abgedichtete Kanäle einschließt, die durch Schichten von Filtrationsfolien gebildet werden, die durch gewellte (z. B. plissierte, gefaltete usw.) Trägerfolien getrennt sind, die aus einem anderen Material als die Filtrationsfolien bestehen. Insbesondere beziehen sich die hierin beschriebenen Ausführungen auf Filterelemente mit axialer Strömung, die eine gewellte Trägerfolie aufweisen, die restriktiver (z. B. weniger durchlässig) ist als die Filtrationsfolien. Die gewellte Trägerfolie stellt eine strukturelle Unterstützung für das Filterelement bereit und leitet den Strom durch die Filtrationsfolie. In einigen Ausführungsformen ist die Trägerfolie undurchlässig (oder im Wesentlichen undurchlässig) für das in der bestimmten Anwendung zu filternde Fluid (z. B. undurchlässig für Kraftstoff in einer Kraftstofffiltrationsanwendung, undurchlässig für Öl in einer Ölfiltrationsanwendung usw.). Zum Beispiel kann die Trägerfolie aus Metall, Kunststoff, Polymermaterial oder Keramik bestehen und in eine gewünschte Form gebracht werden. In anderen Ausführungsformen schließt die Trägerfolie ein einschränkendes, aber nicht undurchlässiges faseriges Filtermedium ein, um einem kleinen Teil des Fluids das Strömen durch die Trägerfolie zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann die mechanische Steifigkeit der Trägerfolie größer sein als die der Filtrationsfolie. Insbesondere ist der Oberflächenbereich der Trägerfolie aufgrund der Wellungen größer als der Oberflächenbereich der flachen Folie, was die Gesamtstrukturfestigkeit des Filterelements unter einem aufgebrachten Fluiddruck erhöht. Darüber hinaus ermöglicht der durch die Trägerfolie bereitgestellte strukturelle Halt die Verwendung von dünnerem Material für die Filtrationsfolie, was einen größeren Filtermedienoberflächenbereich für eine gegebene Packungsgröße ermöglicht.
In einigen Ausführungen schließt das Filterelement mehrere Filtrationsstufen ein, die jeweils eine unterschiedliche Durchlässigkeit für das zu filternde Fluid aufweisen. Zum Beispiel kann das Filterelement eine erste Filtrationsstufe mit einer ersten Durchlässigkeit und eine zweite Filtrationsstufe mit einer zweiten Durchlässigkeit, die größer ist als die erste Filtrationsstufe, einschließen. Neben anderen Vorteilen verbessert die Integration mehrerer Filtrationsstufen in ein einzelnes Filterelement die Koaleszenz- und Fluidabtrennungsleistung in einer Flüssigkeitsfiltrationsbaugruppe. In Ausführungsformen, in denen mehrschichtige Medien für die Filtrationsfolie verwendet werden (z. B. mehrere Lagen von Medien einschließlich einer Rückseitenfolie und einer Melt-Blown-Schicht usw.), kann die zweite Filtrationsstufe zumindest einen Teil der gleichen Medienformulierung wie die erste Stufe verwenden. Zum Beispiel kann die zweite Stufe nur die Rückseitenfolie der Filtrationsfolie der ersten Stufe einschließen. Auf diese Weise kann das Filterelement mit axialer Strömung, das die erste und die zweite Filtrationsstufe einschließt, während des Herstellungsprozesses als ein einziger einheitlicher Körper zusammengeformt werden (z. B. ohne einen dazwischen liegenden Verklebungsvorgang, um die zweite Filtrationsstufe mit der ersten Filtrationsstufe zu verbinden, usw.).
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Filterelement“ auf eine Kartusche innerhalb der Filtrationsbaugruppe, die im Wesentlichen innerhalb eines Filtergehäuses angeordnet ist. Das Filterelement schließt einen Medienpack und Tragelemente (z. B. Rahmen, Endkappen, Dichtungen usw.) ein, die den Medienpack mechanisch mit dem Filtergehäuse verbinden. Der Begriff „Medienpack“ bezieht sich auf einen Abschnitt des Filterelements, der partikelförmige Verunreinigungen aus einem Fluid, das durch das Filterelement strömt, entfernt. Zusätzlich leitet der Medienpack den Fluidstrom durch die Filtrationsfolie über die Trägerschicht. Der Begriff „Medienform“ bezieht sich auf eine zusammengefügte Schichtung von Materialien (z. B. Folien aus Medien oder Strukturmaterialien), die gefaltet, gestapelt oder auf andere Weise in eine gewünschte Form umgewandelt werden können, um den Medienpack zu bilden. Schließlich kann der Begriff „Filtermedium“ verwendet werden, um im Allgemeinen einen oder mehrere der Medienpacks und/oder Medienformen in der gesamten Beschreibung zu beschreiben.
I. Beispiel Filterelemente
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filterelements 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In einigen Ausführungsformen kann das Filterelement 100 eine austauschbare Schmieröl-Filterkartusche für ein Verbrennungsmotorsystem sein. In anderen Ausführungsformen kann das Filterelement 100 eine austauschbare Kartusche für ein Kraftstofffilter oder ein anderes Flüssigkeitsfiltrationssystem sein. Wie in 1 gezeigt, schließt das Filterelement 100 ein Gehäuse 102, eine Endkappe 104, ein Mittelrohr 106 und einen Medienpack 200 ein. Das Gehäuse 102 bildet einen inneren Hohlraum 110 (z. B. Hohlabschnitt usw.), in den die Endkappe 104, das Mittelrohr 106 und der Medienpack 200 aufgenommen werden. Das Gehäuse 102 schließt eine Gewindeschnittstelle 112 ein, die verwendet werden kann, um das Filterelement 100 mechanisch mit einer Filterbaugruppe (nicht gezeigt) zu koppeln.
Die Endkappe 104 hält das Mittelrohr 106 und den Medienpack 200 in Position innerhalb des Gehäuses 102. Die Endkappe 104 ist mit dem Gehäuse 102 entlang eines äußeren Umfangs der Endkappe 104 abdichtend im Eingriff. Die Endkappe 104 kann einen O-Ring oder ein anderes Dichtungselement einschließen, um zu verhindern, dass Fluid den Medienpack 200 entlang der Schnittstelle zwischen der Endkappe 104 und dem Gehäuse 102 umgeht. Wie in 1 gezeigt, wird die Endkappe 104 in einen vertieften Bereich oder eine Ablage eingepresst, der/die in einem oberen Ende des Gehäuses 102 angeordnet ist. Ein nachgelagertes Ende 202 (z. B. ein oberes Ende, wie in 1 gezeigt) des Medienpacks 200 ist mechanisch mit der Endkappe 104 verbunden. Wie in 1 gezeigt, ist das nachgelagerte Ende 202 des Medienpacks 200 zumindest teilweise innerhalb eines vertieften Bereichs entlang einer unteren Fläche der Endkappe 104 angeordnet. Das nachgelagerte Ende 202 erstreckt sich teilweise in den vertieften Bereich hinein, sodass ein Spalt 114 zwischen einer unteren Innenoberfläche 116 der Endkappe 104 und dem nachgelagerten Ende 202 gebildet wird. Das Filterelement 100 schließt einen Ring aus Klebstoff (z. B. Epoxid, Leim usw.) ein, der sich um einen äußeren Umfang des Medienpacks 200 erstreckt und verhindert, dass Fluid den Medienpack 200 durch die Schnittstelle zwischen dem Medienpack 200 und der Endkappe 104 umgeht.
Der Medienpack 200 ist mit dem Mittelrohr 106 gekoppelt und wird von diesem getragen, das sich entlang einer Mittelachse des Medienpacks 200 erstreckt. Insbesondere ist der Medienpack 200 spiralförmig um das Mittelrohr 106 gewickelt, sodass der Medienpack 200 das Mittelrohr 106 in Umfangsrichtung umgibt. Der Medienpack 200 ist abdichtend mit dem Mittelrohr 106 im Eingriff, um eine Fluid-Umgehung durch das zylindrische Volumen zu verhindern, das von den inneren Schichten des Medienpacks 200 gebildet wird.
1 zeigt den Strömungsweg des Fluids 10 durch das Filterelement 100. In der gezeigten Ausführungsform ist ein unteres Ende des Medienpacks 200 das vorgelagerte Ende 204 und ein oberes Ende des Medienpacks 200, das dem unteren Ende gegenüberliegt, das nachgelagerte Ende 202. Verschmutztes Fluid 10 tritt durch eine Vielzahl von Öffnungen 118, die entlang eines äußeren Umfangsbereichs der Endkappe 104 angeordnet sind, in das Filterelement 100 ein. Als Nächstes strömt das Fluid 10 vertikal nach unten (wie in 1 gezeigt) durch einen ringförmigen Raum, der zwischen einem äußeren Umfang des Medienpacks 200 und einer Innenwand des Gehäuses 102 gebildet wird. Das Fluid wird vom vorgelagerten Ende des Medienpacks 200 entlang einer Vielzahl von Kanälen, die durch den Medienpack 200 gebildet werden, in einer Axialrichtung parallel zu einer Mittelachse 206 des Medienpacks 200 geleitet (z. B. eine Mittelachse des Mittelrohrs 106, vertikal wie in 1 gezeigt, usw.). Verunreinigungen (z. B. Partikel usw.) werden aus dem Fluid 10 entfernt, das durch die Filtermedien innerhalb des Medienpacks 200 strömt. Sauberes gefiltertes Fluid 10 wird vom nachgelagerten Ende 202 des Medienpacks 200 durch den Spalt 114 abgeführt und durch eine zentrale Öffnung 122, die durch die Endkappe 104 definiert ist, ausgestoßen (z. B. abgeführt).
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des nachgelagerten Endes 202 des Medienpacks 200. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des vorgelagerten Endes 204 des Medienpacks 200 gegenüber dem nachgelagerten Ende 202. In einigen Ausführungsformen ist der Medienpack 200 so konfiguriert, dass er Fluidströme in der entgegengesetzten Richtung durch das Filterelement 100 aufnimmt, als in 1 gezeigt. Mit anderen Worten kann das Filterelement 100 schmutziges Fluid durch die zentrale Öffnung 122 empfangen und sauberes Fluid durch die Vielzahl der Umfangsöffnungen 118 ausstoßen.
Wie in 2-3 gezeigt, kann der Medienpack 200 aus einer gespulten Medienform 208 gebildet sein, die spiralförmig um das Mittelrohr 106 gewickelt ist. Wie in 3 gezeigt, schließt die Medienform 208 eine Vielzahl von Medienschichten ein, die in einer radialen Richtung (z. B. seitlich, senkrecht zur Mittelachse 206 des Medienpacks 200) übereinander gestapelt sind. Insbesondere schließt die Medienform 208 eine Filtrationsfolie 210 und eine Trägerfolie 212 ein, die abwechselnd übereinander gestapelt sind. Wie in 3 gezeigt, ist die Trägerfolie 212 gewellt (z. B. plissiert, gefaltet usw.), während die Filtrationsfolie 210 eine flache Folie ist, die sich zwischen den Wellungen erstreckt. Die Filtrationsfolie 210 und die Trägerfolie 212 bilden zusammen eine Vielzahl von Axialströmungskanälen 214, die relativ zur Mittelachse 206 in paralleler Ausrichtung angeordnet sind. Die Kanäle 214 sind an jedem Ende des Medienpacks 200 abwechselnd abgedichtet, sodass ein offener Kanal 214 an einem vorgelagerten Ende 204 des Medienpacks 200 am nachgelagerten Ende 202 des Medienpacks 200 geschlossen ist.
4-5 zeigen Querschnittsansichten eines Abschnitts des Medienpacks 200 von dem vorgelagerten Ende 204 bzw. dem nachgelagerten Ende 202. Die Kanäle 214 werden durch den Schnittpunkt zwischen der gewellten Trägerfolie 212 und der Filtrationsfolie 210 gebildet. Wie in 4-5 gezeigt, sind die Kanäle 214, die durch eine obere Oberfläche jeder gewellten Trägerfolie 212 definiert sind, am vorgelagerten Ende 204 abgedichtet und am nachgelagerten Ende 202 offen. Im Gegensatz dazu sind die Kanäle 214, die von einer unteren Oberfläche jeder gewellten Trägerfolie 212 gebildet werden, am vorgelagerten Ende 204 offen und am nachgelagerten Ende geschlossen. Die Kanäle 214 können an beiden Enden unter Verwendung von Hotmelt, Leim oder einem anderen geeigneten Klebstoffprodukt während des Herstellungsprozesses verschlossen werden, wie weiter beschrieben wird. In anderen Ausführungsformen können die Enden der Kanäle 214 ohne Leim oder Klebstoff verschlossen werden. Zum Beispiel können die Enden der Kanäle 214 verschlossen werden, indem eine vorgeformte Trägerfolie 212 über das Ende der Filtrationsfolie 210 gefaltet wird. In Ausführungsformen, in denen die Trägerfolie 212 aus einem Polymermaterial besteht, können die Enden der Kanäle 214 unter Verwendung eines Ultraschallschweißverfahrens verschlossen werden, um die Trägerfolie 212 an den Enden der Kanäle 214 abdichtend mit der Filtrationsfolie 210 in Eingriff zu bringen.
Im Betrieb strömt schmutziges Fluid, das durch das vorgelagerte Ende 204 in den Medienpack 200 eintritt, axial (in die Seite, wie in 4 gezeigt) durch die Kanäle 214 (z. B. die Kanäle 214, die durch eine untere Oberfläche der Trägerfolie 212 definiert sind), in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu den Wänden der Kanäle 214 verläuft. Das Fluid strömt durch die Wände der Filtrationsfolie 210 von einer verschmutzten Seite der Filtrationsfolie 210 zu einem angrenzenden Kanal 214 auf einer sauberen Seite der Filtrationsfolie 210 (z. B. die Kanäle 214, die durch eine obere Oberfläche der Trägerfolie 212 definiert sind), wo das Fluid aus dem Medienpack 200 abgeführt wird.
Wie in 4-5 gezeigt, ist die gewellte Trägerfolie 212 gefaltet oder anderweitig zu einer V-Form geformt, die Kanäle 214 mit einer dreieckigen Querschnittsform aufweist. In anderen Ausführungsformen kann die Trägerfolie 212 in eine andere geeignete Form gebracht werden. Zum Beispiel kann die Trägerfolie 212 plissiert, gefaltet oder anderweitig in eine durchgehende Sinuswellenform, eine Sägezahnform oder eine andere geeignete Form gebracht werden. In ähnlicher Weise kann sich die Querschnittsform der Kanäle 214 in verschiedenen Ausführungsformen unterscheiden. Zum Beispiel können die Trägerfolie 212 und die Filtrationsfolie 210 Kanäle mit einer elliptischen Querschnittsform, einer rechteckigen Querschnittsform oder einer anderen geeigneten Form aufweisen. Je nach der Querschnittgeometrie der Kanäle kann der Medienpack 200 elliptische Kanäle, geriffelte Kanäle, tetraederförmige Kanäle oder eine andere geeignete Form einschließen. In einigen Ausführungsformen variiert die Form der Wellungen in der Strömungsrichtung entlang der Trägerfolie 212, sodass die Kanäle eine ungleichmäßige Geometrie entlang einer Strömungsrichtung durch den Medienpack 200 aufweisen. Zum Beispiel kann die Trägerfolie 212 gebogen oder anderweitig so geformt sein, dass die Größe der Kanäle entlang der Strömungsrichtung durch den Medienpack 200 variiert.
6A ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Medienform 308 eines anderen Filterelements, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Wie in 6A gezeigt, schließt die Trägerfolie 308 eine gewellte Trägerfolie 312 ein, die in einer V-Form mit einem Biegeradius 316 am Schnittpunkt zwischen angrenzenden Wellungen geformt ist. 6A zeigt auch die verschiedenen Parameter der Wellungsgeometrie, die zur Optimierung der Leistung des Medienpacks 300 variiert werden können. Zum Beispiel ist die Wellungsgeometrie der Trägerfolie 212 zum Teil durch einen Biegewinkel 318 zwischen angrenzenden Wellungen, eine Höhe 320 zwischen einer unteren Oberfläche und einer oberen Oberfläche des Kanals 314 und eine Dicke 322 der Trägerfolie 312 gekennzeichnet. Der Biegewinkel 318 und der Biegeradius 316 sowie die Dicke 322 der Trägerfolie 312 sind so gewählt, dass die Trennung der angrenzenden Filtrationsfolien 310 aufrechterhalten wird (z. B. um eine Deformation der Filtrationsfolien 310 in den Kanälen 314 usw. zu verhindern), und auch, um die Verarbeitung der Trägerfolie 312 zum Medienpack 300 zu ermöglichen. In der Ausführungsform von 6A variiert die Höhe 320 jedes der Kanäle 314 innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 0,25 mm und 10 mm, und insbesondere innerhalb eines Bereichs von etwa 1-2 mm. In anderen Ausführungsformen kann der Bereich der Höhen 320 unterschiedlich sein.
Die in 4 bzw. 6A gezeigten Medienformen 208, 308 schließen eine Filtrationsfolie und eine Trägerfolie ein, die aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt ist. Insbesondere besteht der Trägerfolie aus einem Material, das restriktiver (z. B. weniger durchlässig) ist als die Filtrationsfolie. In einigen Ausführungsformen ist die Trägerfolie aus einem völlig anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt. In anderen Ausführungsformen ist die Trägerfolie zumindest teilweise aus demselben Material wie die Trägerfolie hergestellt, aber schließt auch anderes Material (z. B. eine Versteifungsschicht usw.) ein. In 6A dient die Filtrationsfolie 310 als das primäre (oder einzige) Filtrationselement. Mit anderen Worten ist die Trägerfolie 312 undurchlässig (oder im Wesentlichen undurchlässig) für das zu filternde Fluid (z. B. undurchlässig für Kraftstoff in einer Kraftstofffiltrationsanwendung, undurchlässig für Öl in einer Ölfiltrationsanwendung usw.). In anderen Ausführungsformen schließt die Trägerfolie 312 ein restriktives, aber nicht undurchlässiges faseriges Filtermedium ein, um einem kleinen Teil des Fluids das Strömen durch die Trägerfolie 312 zu ermöglichen. Die Filtrationsfolie 310 schließt ein poröses Material mit einer mittleren Porengröße ein, das so konfiguriert ist, dass es Partikel aus einem hindurchströmenden Fluid herausfiltert, um ein gefiltertes Fluid zu erzeugen. Die Filtrationsfolie 310 kann jedes geeignete faserige Filtermedium, Membranfiltermedium und/oder Verbundfiltermedium mit Partikelentfernungs- und Einschränkungseigenschaften einschließen, die für die Anwendung geeignet sind. In einigen Ausführungsformen schließt die Filtrationsfolie 310 ein Nanofasermaterial ein (z. B. ein Material, das Fasern mit einem Faserdurchmesser von weniger als oder gleich etwa 1 µm einschließt). Die Filtrationsfolie 310 kann außerdem eine oder mehrere Verstärkungsschichten (z. B. Folien usw.) wie eine Gitterstoffschicht zur Unterstützung des Nanofasermaterials einschließen. Zum Beispiel kann die Filtrationsfolie 310 zwei Gitterstoffschichten einschließen, zwischen denen Nanofasern sandwichartig eingeschlossen oder anderweitig angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen schließt die Filtrationsfolie 310 Fasern oder Nanofasern aus einem Polymer wie Polyamid, Nylon, Polyester, Fluorkohlenstoff, Glas, Keramik, Metall und/oder anderen Materialien ein. Verschiedene Beispiele für Nanofasermaterialien, die zur Verwendung bei der Flüssigkeitsfiltration geeignet sind, sind im US-Patent Nr. 8,678,202 , eingereicht am 2. Mai 2013, in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2018/0243675 , eingereicht am 27. April 2018, im US-Patent Nr. 10,391,434 , eingereicht am 3. Juli 2018, in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/0160405 , eingereicht am 8. Oktober 2018, und im US-Patent Nr. 9,199,185 , eingereicht am 14. Mai 2010, bereitgestellt, die alle hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
Der Trägerfolie 312 stellt dem Medienpack 300 (z. B. der Filtrationsfolie 310) eine strukturelle Unterstützung bereit, leitet Fluid entlang der Kanäle 314 und verhindert eine Deformation und/oder ein Kollabieren der Kanäle 314 unter einem aufgebrachten fluidischen Druckabfall über den Medienpack 300. Insbesondere ermöglicht die durch die Trägerfolie 312 bereitgestellte Struktur in Kombination mit der im Wesentlichen ebenen und/oder flachen Filtrationsfolie 310 die Verwendung von Nanofasermaterial, das normalerweise aufgrund der Anfälligkeit von Nanofasern für Deformationen unter einem aufgebrachten Fluiddruck verboten ist. Die mechanische Festigkeit, die durch die Trägerfolie 312 bereitgestellt wird, ermöglicht eine Reduzierung der Materialstärke 323 des Filtermediums (z. B. Filtrationsfolie 310) im Vergleich zu anderen Konstruktionskonfigurationen von Filterelementen mit axialer Strömung. Neben anderen Vorteilen ermöglicht die Verwendung einer dünneren Filtrationsfolie 310 das Verpacken eines größeren Filtermedienoberflächenbereichs innerhalb eines gegebenen Volumens, was zu einer etwa entsprechenden Erhöhung der Filterlebensdauer führt.
Wie in Bezug auf 6A beschrieben, ist die strukturelle Festigkeit der Trägerfolie 312 abhängig von den Materialeigenschaften der Trägerfolie 312 und der Geometrie der Wellungen (z. B. Falten usw.). In einigen Ausführungsformen ist die Steifigkeit (z. B. die Gurley- und/oder Taber-Steifigkeit) der Trägerfolie 312 größer als die Steifigkeit der Filtrationsfolie 310. Außerdem ist die Trägerfolie 312 aus einem Material hergestellt, das mit dem Fluid (z. B. Luft, Kraftstoff, Schmieröl usw.) unter den Betriebsbedingungen der vorgesehenen Anwendung chemisch verträglich ist. Insbesondere ist die Trägerfolie 312 für das zu filternde Fluid undurchlässig (oder im Wesentlichen undurchlässig) oder zumindest weniger durchlässig für das zu filternde Fluid als die Filtrationsfolie 310. In einigen Ausführungsformen schließt die Trägerfolie 312 undurchlässige Folien aus Metall (z. B. Aluminium), Kunststoff, Polymermaterial (z. B. Gummi mit geformten Wellungen, Nylon, Phenol usw.) und/oder Keramik ein, die in die gewünschte Form gebracht werden. In anderen Ausführungsformen schließt die Trägerfolie 312 restriktive, aber nicht undurchlässige faserige Filtermedien ein, wie Glasmedien mit geringer Durchlässigkeit, die mit Polymerharzen und/oder anderen restriktiven und strukturell robusten Materialien (z. B. einem Vliesstoff usw.) verbunden sind. Wichtig ist, dass die für die Trägerfolie 312 verwendeten Materialien so gewählt werden sollten, dass der Großteil des Fluids durch die Filtrationsfolie 310 strömt (z. B. sodass die Fluiddurchflussrate und -geschwindigkeit durch die Trägerfolie 312 wesentlich geringer ist als durch die Filtrationsfolie 310). Dadurch wird sichergestellt, dass jedes Fluid, das durch die Trägerfolie 312 strömt, sauberer ist als das Fluid, das durch die Filtrationsfolie 310 strömt. Neben anderen Vorteilen stellt die Verwendung eines restriktiven, aber nicht undurchlässigen Materials für die Trägerfolie 312 ähnliche Vorteile bereit wie die Kombination von Vollstrom-/ Umgehungsfilterelementen und Filterbaugruppen, unterscheidet sich aber dadurch, dass die Vollstrom- und Umgehungskomponenten in denselben Medienpack 300 integriert sind und dasselbe Raumvolumen einnehmen.
6B ist eine Tabelle, die einen Beispielbereich von Materialeigenschaften für die Filtrationsfolie 310 und die Trägerfolie 312 zusammenfasst. Sofern nicht anders angegeben, sind alle in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Zahlen, die Mengen von Eigenschaften, Parametern, Bedingungen usw. ausdrücken, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ modifiziert werden. Dementsprechend sind die in der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter, sofern nicht das Gegenteil angegeben wird, Näherungswerte. Jeder numerische Parameter sollte zumindest unter Berücksichtigung der Anzahl der ausgewiesenen signifikanten Stellen und unter Anwendung der üblichen Rundungsmethoden ausgelegt werden. Der Begriff „etwa“, wenn er vor einer numerischen Bezeichnung verwendet wird, z. B., einer Menge und/oder einem Betrag, der einen Bereich einschließt, zeigt Näherungswerte an, die um (+) oder (-) 10 %, 5 % oder 1 % variieren können.
Wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, umfassen für beliebige und alle Zwecke, insbesondere im Hinblick auf die Bereitstellung einer schriftlichen Beschreibung, alle hierin offenbarten Bereiche auch beliebige und alle möglichen Unterbereiche und Kombinationen dieser Unterbereiche. Jeder aufgeführte Bereich lässt sich leicht als ausreichend beschreibend erkennen und ermöglicht die Unterteilung desselben Bereichs in mindestens gleiche Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel, Zehntel usw. Als nicht einschränkendes Beispiel kann jeder hierin erläuterte Bereich unschwer in ein unteres Drittel, ein mittleres Drittel und ein oberes Drittel usw. unterteilt werden. Wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, schließen alle Ausdrücke wie „bis zu“, „mindestens“, „größer als“, „kleiner als“ und dergleichen die genannten Zahlen ein und beziehen sich auf Bereiche, die anschließend, wie vorstehend erläutert, in Unterbereiche unterteilt werden können. Schließlich schließt ein Bereich, wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, jedes einzelne Element ein.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht des mehrschichtigen Medienpacks 200 aus 3 während eines Formungsvorgangs. Der mehrschichtige Medienpack 200 wird durch Wickeln, Rollen und/oder Umwickeln der Medienform 208 in einer Spirale um einen Dorn (z. B. das Mittelrohr 106 von 1) gebildet. Insbesondere schließt ein Verfahren zur Herstellung des Medienpacks 200 das Bereitstellen einer gewellten Trägerfolie 212 und einer Filtrationsfolie 210 ein. Die Trägerfolie 212 und die Filtrationsfolie 210 können als Bulkmaterialrollen bereitgestellt werden, die auf etwa gleiche Breite geschnitten sind. Alternativ können die Trägerfolie 212 und die Filtrationsfolie 210 während des Zuführvorgangs geschnitten werden (z. B. vor dem Verkleben der Filtrationsfolie 210 mit der Trägerfolie 212). Das Verfahren kann ferner das Plissieren, Biegen oder anderweitiges Formen von Wellungen in die Trägerfolie 212 einschließen.
Wie in 7 gezeigt, schließt das Verfahren außerdem das Verkleben eines ersten Endes der Filtrationsfolie 210 mit der Trägerfolie 212 ein. Zum Beispiel kann das Verfahren das Ausrichten der Filtrationsfolie 210 mit der Trägerfolie 212 an einer Position über der Trägerfolie 212 und das Auftragen von Klebstoff (z. B. Leim, Hotmelt usw.) einschließen, um gegenüberliegende Enden der Trägerfolie 212 abzudichten (z. B. entlang eines der vorgelagerten oder nachgelagerten Enden der Trägerfolie 212, zwischen den Wellungen usw.). Alternativ kann der Klebstoff auch auf die Filtrationsfolie 210 oder sowohl auf die Trägerfolie 212 als auch auf die Filtrationsfolie 210 aufgebracht werden. Der Klebstoff kann in Punkten entlang der Länge der Trägerfolie 212 und/oder der Filtrationsfolie 212 oder in einer Raupe entlang der Kante der Trägerfolie 212 und/oder der Filtrationsfolie 212 aufgebracht werden. Als Nächstes wird die Filtrationsfolie 210 auf eine obere Oberfläche der Trägerfolie 212 über dem Klebstoff aufgebracht. Das Verfahren schließt ferner das Aufbringen einer zweiten Klebstoffraupe auf die Filtrationsfolie 210, parallel zur ersten Raupe, entlang einer der ersten Raupe gegenüberliegenden Kante der Filtrationsfolie 210, ein. Zusammen bilden die gewellte Trägerfolie 212, die Filtrationsfolie 210 und die erste und zweite Klebstoffraupen eine Medienform 208. Das Verfahren schließt außerdem das Wickeln der Medienform auf sich selbst entlang einer Zuführrichtung parallel zu der ersten und zweiten Klebstoffraupe ein (z. B. in einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn, wie in 7 gezeigt). In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren zusätzliche, weniger und/oder andere Vorgänge einschließen.
Die unter Bezugnahme auf 1-7 beschriebene Anordnung und Geometrie der Medienpacks 200, 300 sollte nicht als einschränkend angesehen werden. Viele Variationen sind möglich, ohne von den hierin offenbaren erfinderischen Konzepten abzuweichen. Zum Beispiel zeigen 8-9 perspektivische Ansichten eines Medienpacks 400, der eine geriffelte Kanalgeometrie einschließt, ähnlich dem Medienpack 300, der unter Bezugnahme auf 6A beschrieben wird. Der Medienpack 400 wird wiederum durch abwechselndes Stapeln einer gewellten Trägerfolie 412 und einer im Wesentlichen flachen Filtrationsfolie 410 und Wickeln der Schichten in eine zylindrische Form gebildet. In anderen Ausführungsformen können die Schichten in einer länglichen Form (z. B. ein längliches Rechteck/Rennbahnform oder Oval), einer quadratischen Form, einer rechteckigen Form oder einer anderen geeigneten Form gewickelt werden. Fluid strömt in die offenen vorgelagerten Enden der abwechselnd abgedichteten Kanäle 414, parallel zu den Wänden der Kanäle 414, und durch die Wände der Filtrationsfolie 410 zu einem angrenzenden Kanal 415 auf der Reinseite des Medienpacks 400. Fluid wird aus den Öffnungen des angrenzenden Kanals 415 an einem nachgelagerten Ende des Medienpacks 400 abgeführt.
Die Strömungskonfiguration durch den Medienpack kann in verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich sein. 10 zeigt zum Beispiel ein Filterelement 500, bei dem die Strömungsrichtung des Fluids gegenüber dem unter Bezugnahme auf das Filterelement 100 von 1 gezeigten und beschriebenen Filterelement umgekehrt ist. Verschmutztes, verunreinigtes Fluid 20 tritt in einer Axialrichtung in das Filterelement 500, parallel zu einer Mittelachse 506 eines Medienpacks 600 ein. Das Fluid 20 wird in den Einlasskanälen 615 durch Öffnungen am oberen Ende des Medienpacks 600 aufgenommen. Das Fluid 20 wird entlang der Kanäle durch die gewellte Trägerfolie 612 und durch die Filtrationsfolie 610 in einen angrenzenden Auslasskanal 616 auf der Reinseite des Medienpacks 600 geleitet. Die Filtrationsfolie 610 entfernt Partikel/Verunreinigungen aus dem Fluid 20, um ein sauberes Fluid 20 zu produzieren. Das Fluid 20 wird aus den Auslasskanälen 616 durch Öffnungen an einem unteren Ende des Medienpacks 600 und in einen Fluidaufnahmebereich 524 zwischen dem Medienpack 600 und einem Gehäuse 502 des Filterelements 500 ausgestoßen (z. B. abgeführt). Das saubere Fluid 20 wird aus dem Fluidaufnahmebereich 524 durch eine zentrale Öffnung an einem oberen Ende des Gehäuses 502 abgeführt.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Filterelements 700, das, gemäß einer Ausführungsform, einen Medienpack 800 aufweist, der in einer allgemein rechteckigen Form angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen kann der Filtermedienpack 800 in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein; der Filtermediumpack kann zum Beispiel in einer quadratischen oder anderen polygonalen Form, einer gekrümmten Form (z. B. oval, kreisförmig, elliptisch), einer asymmetrischen Form oder einer anderen Form basierend auf anwendungsspezifischen Anforderungen angeordnet werden. Der Filtermediumpack 800 ist innerhalb eines Gehäuses 702 oder Rahmens angeordnet, der den Filtermediumpack 800 im Wesentlichen an vier Seiten des Filtermediumpacks 800 umgibt. Der Medienpack 800 ist abdichtend mit dem Gehäuse 702 im Eingriff, um zu verhindern, dass Fluid durch eine Schnittstelle zwischen dem Gehäuse 702 und dem Medienpack 800 umgeht. Der Medienpack 800 kann mit dem Gehäuse 702 unter Verwendung eines Klebstoffprodukts wie Leim oder Hotmelt mechanisch verbunden sein. Alternativ oder in Kombination kann das Filterelement 700 Abdichtungen (z. B. Dichtungen usw.) einschließen, die sich entlang eines Umfangs des Gehäuses 702 entlang der Schnittstelle zwischen dem Medienpack 800 und dem Gehäuse 702 erstrecken. In anderen Ausführungsformen schließt das Gehäuse 702 eine Polyurethanbeschichtung ein, die entlang aller vier Seiten (z. B. der Nichtstromflächen) des Medienpacks 800 aufgebracht wird.
Wie in 11 gezeigt, definiert der Medienpack 800 eine Einlassoberfläche an einem vorgelagerten Ende 804 des Medienpacks 800, die so konfiguriert ist, dass sie ungefiltertes (z. B. verschmutztes) Fluid aufnimmt, und eine Auslassoberfläche an einem nachgelagerten Ende 802 des Medienpacks 800, die so konfiguriert ist, dass sie gefiltertes Fluid (z. B. Fluid, das durch den Medienpack 800 hindurchgetreten ist, entlang einer Strömungsrichtung 803 durch den Medienpack 800) ausstößt. In anderen Ausführungsformen kann die Strömungsrichtung gegenüber der in 11 gezeigten umgekehrt sein.
12-13 sind perspektivische Ansichten eines Abschnitts des Filtermediumpacks 800 von 11. Wie in 12-13 gezeigt, ist der Medienpack 800 ein mehrschichtiges Filtermedium, welches eine Vielzahl von Trägerfolien 812 und eine Vielzahl von Filtrationsfolien 810 einschließt, die in abwechselnder Reihenfolge übereinander gestapelt oder anderweitig angeordnet sind. Insbesondere wird der Medienpack 800 durch Stapeln einer Vielzahl von Medienformen 808 gebildet, die vor der Baugruppe (z. B. vor dem Stapeln und Einsetzen in das Gehäuse 702) jeweils auf eine gewünschte Länge und Breite zugeschnitten werden. Wie bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen werden die Strömungskanäle 814 durch den Schnittpunkt zwischen der Filtrationsfolie 810 und der Trägerfolie 812 gebildet. Die Kanäle 814 sind an jedem Ende des Medienpacks 800 abwechselnd abgedichtet, sodass ein offener Kanal 814 an einem vorgelagerten Ende 804 des Medienpacks 800 am nachgelagerten Ende 802 des Medienpacks 800 geschlossen ist.
Wie in 13 gezeigt, schließt die Trägerfolie 812 Material ein, das durch eine Vielzahl von ineinandergreifenden tetraedrischen Formen definiert ist, die sich von den vorgelagerten und nachgelagerten Enden des Medienpacks 800 erstrecken. Die Struktur der tetraedrischen Formen kann der in 13 gezeigten ähnlich sein und ist ausführlich in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. PCT/US2019/039876 , eingereicht am 28. Juni 2019, und dem US-Patent Nr. 8,397,920 , eingereicht am 14. Oktober 2011, beschrieben, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Wie in 13 gezeigt, schließt die Trägerfolie 812 eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Wandsegmenten ein (z. B. sich in einer Axialrichtung 844 erstreckend), die sich schlangenförmig zwischen einer Vielzahl von axial erstreckenden Biegelinien erstrecken. Die Wandsegmente schließen einen ersten Satz von Wandsegmenten 816 ein, die am vorgelagerten Ende 804 abwechselnd gegeneinander abgedichtet sind, z. B. durch Klebstoff 818 oder dergleichen, um einen ersten Satz von Kanälen 814 mit offenen vorgelagerten Enden und einen zweiten Satz von Kanälen 822, der mit dem ersten Satz von Kanälen 814 ineinandergreifend ist und geschlossene vorgelagerte Enden aufweist, zu definieren. Die Wandsegmente schließen auch einen zweiten Satz von Wandsegmenten 824 ein, die am nachgelagerten Ende 802 abwechselnd gegeneinander abgedichtet sind, z. B. durch Klebstoff 826 oder dergleichen, um einen dritten Satz von Kanälen (nicht gezeigt - in der Geometrie ähnlich dem zweiten Satz von Kanälen 822) mit geschlossenen vorgelagerten Enden und einen vierten Satz von Kanälen 828, der mit dem dritten Satz von Kanälen ineinandergreifend ist und offene nachgelagerte Enden aufweist, zu definieren. Ein erster Satz von Biegelinien 830 schließt eine erste Teilmenge von Biegelinien 832 ein, die den ersten Satz von Kanälen 814 definiert, und eine zweite Teilmenge von Biegelinien 834, die den zweiten Satz von Kanälen 822 definiert. Die zweite Teilmenge von Biegelinien 834 verjüngt sich in Querrichtung 836 (senkrecht zur Axialrichtung 844), wenn sie sich vom vorgelagerten Ende 804 axial zum nachgelagerten Ende 802 erstrecken. Eine zweite Teilmenge von Biegelinien 838 schließt eine dritte Teilmenge von Biegelinien 840 ein, die den dritten Satz von Kanälen definieren, und eine vierte Teilmenge von Biegelinien 842, die den vierten Satz von Kanälen 828 definieren. Die dritte Teilmenge von Biegelinien 840 verjüngt sich in der Querrichtung 836, wenn sie sich vom vorgelagerten Ende 804 axial zum nachgelagerten Ende 802 erstrecken. Der zweite Satz von Kanälen 822 weist entlang der Querrichtung 836 eine abnehmende Querkanalhöhe auf, während sich der zweite Satz von Kanälen 822 axial entlang der Axialrichtung 844 in Richtung des nachgelagerten Endes 802 erstreckt. Die Verjüngung der zweiten Teilmenge von Biegelinien 834 in der Querrichtung 836 ergibt die abnehmende Querkanalhöhe des zweiten Satzes von Kanälen 822. Der dritte Satz von Kanälen weist eine abnehmende Querkanalhöhe entlang der Querrichtung 836 auf, während sich der dritte Satz von Kanälen axial entlang der Axialrichtung 844 zum vorgelagerten Ende 804 erstreckt. Die Verjüngung der dritten Teilmenge von Biegelinien 840 in der Querrichtung 836 ergibt die abnehmende Querkanalhöhe des dritten Satzes von Kanälen.
Ankommendes verschmutztes, zu filterndes Fluid strömt entlang der Axialrichtung 844 in offene Kanäle 814 am vorgelagerten Ende 804 und durchläuft die Filtrationsfolien 810 in Querrichtung und strömt dann axial entlang der Axialrichtung 844 als sauberes, gefiltertes Fluid durch offene Kanäle (z. B. den dritten Satz von Kanälen) am nachgelagerten Ende 802. In einigen Ausführungsformen wird der Strom durch den Medienpack 800 umgekehrt, sodass ankommendes, verschmutztes, zu filterndes Fluid entlang der Axialrichtung 844 in offene Kanäle (z. B. den dritten Satz von Kanälen) strömt und die Filtrationsfolien 810 in Querrichtung durchläuft und dann axial entlang der Axialrichtung 844 als sauberes, gefiltertes Fluid durch offene Kanäle 814 strömt.
Die zweite Teilmenge von Biegelinien 834 verjüngt sich zu den jeweiligen Abschlusspunkten und stellt an diesen Abschlusspunkten die minimale Querkanalhöhe des zweiten Satzes von Kanälen 814 bereit. Die dritte Teilmenge von Biegelinien 840 verjüngt sich zu den jeweiligen Abschlusspunkten und stellt an solchen Abschlusspunkten die minimale Querkanalhöhe des dritten Satzes von Kanälen 60 bereit. Die Abschlusspunkte der zweiten Teilmenge von Biegelinien 834 sind axial nachgelagert der Abschlusspunkte der dritten Teilmenge von Biegelinien 840. Dadurch ergeben sich die erwähnten axial überlappenden Abschnitte 846.
Der erste Satz von Wandsegmenten 816 ist abwechselnd am Klebstoff 818 am vorgelagerten Ende 804 gegeneinander abgedichtet, um einen ersten Satz von Tetraederformen 814, die offene vorgelagerte Enden aufweisen, und einen zweiten Satz von Tetraederformen 822, der mit dem ersten Satz von Tetraederformen 814 ineinandergreifend ist und geschlossene vorgelagerte Enden aufweist, zu definieren. Der zweite Satz von Wandsegmenten 824 ist abwechselnd am Klebstoff 826 am nachgelagerten Ende 802 gegeneinander abgedichtet, um einen dritten Satz von Tetraederformen, der geschlossene vorgelagerte Einlässe aufweist, und einen vierten Satz von Tetraederformen 828, der mit dem dritten Satz von Tetraederformen ineinandergreifend ist und offene vorgelagerte Einlässe aufweist, zu definieren.
Der erste Satz von Tetraederformen 814 und der zweite Satz von Tetraederformen 822 sind dem dritten Satz von Tetraederformen und dem vierten Satz von Tetraederformen 828 gegenüberliegend. Jede der Tetraederformen ist in der Axialrichtung 844 verlängert. Jede der Tetraederformen weist einen Querschnittsbereich entlang einer Querschnittsebene auf, die durch die Querrichtung 836 (senkrecht zur Axialrichtung 844) und die Lateralrichtung 848 (senkrecht sowohl zur Axialrichtung 844 als auch zur Querrichtung 836) definiert ist. Die Querschnittsbereiche des ersten Satzes von Tetraederformen 814 und des zweiten Satzes von Tetraederformen 822 nehmen ab, wenn sich der erste Satz von Tetraederformen 814 und der zweite Satz von Tetraederformen 822 entlang der Axialrichtung 844 von dem vorgelagerten Ende 804 zu dem nachgelagerten Ende 802 erstrecken. Die Querschnittsbereiche des dritten Satzes von Tetraederformen und des vierten Satzes von Tetraederformen 828 nehmen ab, wenn sich der dritte Satz von Tetraederformen und der vierte Satz von Tetraederformen 828 entlang der Axialrichtung 28 vom vorgelagerten Einlass 24 in Richtung des nachgelagerten Auslasses erstrecken. Die Biegelinien in der Trägerfolie 812 können, wie in 13 gezeigt, in einem spitzen Winkel gebogen oder in einem bestimmten Radius abgerundet sein. In anderen Ausführungsformen kann eine andere geeignete Wellungsgeometrie in die Trägerfolie 812 eingeformt werden.
14 zeigt eine Tabelle mit den Testergebnissen für Filterelemente mit axialer Strömung (Tests A und C) und Filterelemente mit senkrechter Strömung (Tests B und D) unter verschiedenen Testbedingungen. Zum Beispiel vergleichen die Tests A und B zwei verschiedene Filtertypen mit identischem Filtermediumvolumen. Test A zeigt die normalisierte Staubhaltekapazität (z. B. die vom Filter aufgenommene Staubmasse geteilt durch das Volumen des Filters, in Einheiten von kg pro Kubikmeter) eines Filterelements mit axialer Strömung gemäß der vorliegenden Offenbarung, während Test B die normalisierte Kapazität eines Filterelements mit senkrechter Strömung zeigt. 15 zeigt die prozentuale Veränderung der Staubhaltekapazität zwischen den Tests A und B. Wie gezeigt, weist das Filterelement mit axialer Strömung eine um 48 % höhere Schmutzhaltekapazität auf als ein Filterelement mit senkrechter Strömung, welches das gleiche Volumen einnimmt.
In den Tests C und D wird die Leistung eines Filterelements mit axialer Strömung gemäß der vorliegenden Offenbarung mit der eines Filterelements mit senkrechter Strömung bei gleicher Flächengeschwindigkeit verglichen. Aus dem Vergleich der Tests A und C bzw. B und D in 15 geht hervor, dass eine Erhöhung der Flächengeschwindigkeit die Gesamtstaubhaltekapazität beider Filterelemente verringert. Die Leistungsveränderung zwischen den beiden Typen von Filterelementen, die unter identischen Flächengeschwindigkeitsbedingungen getestet wurden, wird in der letzten Zeile von 15 gezeigt (Vergleich der Tests C und D). Wie gezeigt, weist das Filterelement mit axialer Strömung unter diesen Bedingungen eine um etwa 21 % höhere Schmutzhaltekapazität auf. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Leistungsverbesserung, die mit der hierin offenbaren Geometrie des Filterelements mit axialer Strömung verbunden ist, nicht einfach darauf zurückzuführen ist, dass mehr Medien in das gleiche Volumen gepackt werden (und die daraus resultierende Reduzierung der Flächengeschwindigkeit).
III. Beispiel Mehrstufiges Filterelement
16 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Filterbaugruppe 1000, die gemäß einer Ausführungsform ein mehrstufiges Filterelement 1100 einschließt. In einigen Ausführungen ist das Filterelement 1100 ein austauschbares Koaleszenzelement für ein Kraftstoff-Wasser-Trennsystem. Wie in 16 gezeigt, ist das Filterelement 1100 innerhalb eines Gehäuses 1002 der Filterbaugruppe 1000 angeordnet. Ein unteres Ende des Filterelements 1100 ist abdichtend mit dem Gehäuse 1002 entlang eines Umfangs des Filterelements 1100 im Eingriff, um eine Fluid-Umgehung zwischen einer reinen und einer verschmutzten Seite des Filterelements 1100 zu verhindern. Wie in 17 gezeigt, schließt das Filterelement 1100 kein eigenes Gehäuse ein; Vielmehr ist der Medienpack 1200 einer Umgebung ausgesetzt, die das Filterelement 1100 umgibt. Der Medienpack 1200 schließt eine erste Filtrationsstufe 1201 und eine zweite Filtrationsstufe 1203 ein, die eine andere Durchlässigkeit für das zu filternde Fluid aufweist als die erste Filtrationsstufe 1201. Insbesondere weist die Filtrationsfolie der ersten Filtrationsstufe 1201 eine andere Durchlässigkeit auf als die Filtrationsfolie der zweiten Filtrationsstufe 1203. Die erste Filtrationsstufe 1201 ist der zweiten Filtrationsstufe 1203 entlang einer Strömungsrichtung durch den Medienpack 1200 (z. B. parallel zu einer Mittelachse des Medienpacks 1200 usw.) vorgelagert angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die erste Filtrationsstufe 1201 und die zweite Filtrationsstufe 1203 die gleiche Durchlässigkeit aufweisen. Mit anderen Worten könnte die zweite Filtrationsstufe 1203 als eine Veredelung der ersten Filtrationsstufe 1201 verwendet werden, um den Gesamtwirkungsgrad der Partikelentfernung des Filterelements zu erhöhen. In einer solchen Ausführungsform könnten die in der zweiten Filtrationsstufe 1203 verwendeten Medien dieselben sein wie die in der ersten Filtrationsstufe 1201 verwendeten Medien.
18 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Filterelements 1100 nahe des nachgelagerten Endes 1202 des Medienpacks 1200. Das Filterelement 1100 schließt eine Endkappe 1104 ein, die mit dem nachgelagerten Ende 1202 gekoppelt ist. Die Endkappe 1104 schließt einen oberen Abschnitt oder Schürze 1101, ein hohles Mittelrohr 1103, das sich von der Schürze 1101 in einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung relativ zur Schürze 1101 nach oben erstreckt, und einen unteren Abschnitt oder Flansch 1107 ein, der von einer unteren Oberfläche der Schürze 1101 beabstandet ist. Die Endkappe 1104 schließt ferner einen hydrophoben Filter 1109 (z. B. ein Sieb usw.) ein, der mit dem Flansch 1107 gekoppelt ist und einen Eingang des hohlen Mittelrohrs 1103 abdeckt. Wie in 18 gezeigt, ist das nachgelagerte Ende 1202 des Medienpacks 1200 mit der Schürze 1101 gekoppelt.
In einigen Ausführungsformen wird der Medienpack 1200 in die Endkappe 1104 eingegossen, indem die Schürze 1101 erwärmt (z. B. mit einer Flamme oder einer anderen Wärmequelle) und der Medienpack 1200 in die teilweise geschmolzene Schürze 1101 eingebettet wird. Neben anderen Vorteilen verringert das Einbetten des Medienpacks 1200 in eine erwärmte Schürze 1101 die Qualitätsbedenken (z. B. blockierte Kanäle im Medienpack 1200), die mit der Verwendung eines Klebstoffprodukts wie Leim oder Hotmelt zusammenhängen, das während des Vergießens auf eine oder mehrere Öffnungen am Abführende des Medienpacks 1200 überlaufen kann.
Die unter Bezugnahme auf 18 beschriebene Konstruktion der Endkappe 1104 sollte nicht als einschränkend angesehen werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungen das Mittelrohr 1103 getrennt von der Endkappe 1104 gebildet und in den Medienpack 1200 unabhängig von der Endkappe 1104 eingebettet werden. 19 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Filtermediums 1300 gemäß einer anderen Ausführungsform. Auch hier schließt das Filterelement 1300 eine Endkappe 1304 und ein hohles Mittelrohr 1303 ein. Im Gegensatz zu der in 18 gezeigten Endkappe 1104 erstreckt sich das Mittelrohr 1303 der Endkappe 1304 von 19 jedoch nur teilweise in einen durch den Medienpack 1400 gebildeten hohlen Innenbereich.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Filterbaugruppe 1000 von 16-18, ist der Strömungsweg des Fluids 30 durch die Filterbaugruppe 1000 durch den durchgezogenen Pfeil in 16 angezeigt. Verschmutztes Fluid 30 wird innerhalb eines ringförmigen Raums zwischen dem Filterelement 1100 und einer Innenoberfläche des Gehäuses 1002 aufgenommen. Das Fluid tritt durch eine obere Oberfläche des Filterelements 1100 an einem vorgelagerten Ende 1204 des Medienpacks 1200 in das Filterelement 1100 ein. Vom vorgelagerten Ende 1204 wird das Fluid 30 vertikal nach unten geleitet (wie in 16 gezeigt), durch einen der Vielzahl von Kanälen, die durch die erste Filtrationsstufe 1201 des Medienpacks 1200 gebildet werden. Das Fluid 30 wird von der ersten Filtrationsstufe 1201 in die zweite Filtrationsstufe 1203 geleitet. Nach Durchströmen der zweiten Filtrationsstufe 1203 wird das Fluid 30 durch ein nachgelagertes Ende 1202 des Medienpacks 1200 ausgestoßen (z. B. abgeführt). Das Fluid 30 wird dann um den Flansch 1107 herum und durch den hydrophoben Filter 1109 zu einer Abführöffnung des Gehäuses 1002 umgeleitet.
20 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Filterelements 1100 der 16-18, nahe eines Schnittpunkts zwischen der ersten Filtrationsstufe 1201 und der zweiten Filtrationsstufe 1203. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Filtrationsstufe 1203 getrennt von der ersten Filtrationsstufe 1201 als ein separater Medienpack ausgebildet, der an ein nachgelagertes Ende der ersten Filtrationsstufe 1201 geklebt ist. In anderen Ausführungsformen (wie in 20 gezeigt) ist die erste Filtrationsstufe 1201 einstückig mit der zweiten Filtrationsstufe 1203 als ein einzelner einheitlicher Körper ausgebildet. Die erste Filtrationsstufe 1201 und die zweite Filtrationsstufe 1203 schließen jeweils eine gewellte Trägerfolie 1212 ein, die durchgehend über die erste Filtrationsstufe 1201 und die zweite Filtrationsstufe 1203 ist. Mit anderen Worten wird eine einzelne gewellte Trägerfolie 1212 von der ersten Filtrationsstufe 1201 und der zweiten Filtrationsstufe 1203 gemeinsam genutzt.
In einigen Ausführungsformen wird ein Abschnitt einer mehrschichtigen Filtrationsfolie 1210 auch von der ersten Filtrationsstufe 1201 und der zweiten Filtrationsstufe 1203 gemeinsam genutzt. Zum Beispiel kann die zweite Filtrationsstufe 1203 nur eine einzelne Schicht (z. B. eine Rückseitenschicht usw.) der Filtrationsfolie 1210 einschließen, während die erste Filtrationsstufe 1201 alle Schichten einschließt (z. B. die Rückseitenschicht und die Filtrationsschichten usw.). Somit kann die zweite Filtrationsstufe 1203 eine höhere Durchlässigkeit für das zu filternde Fluid aufweisen als die erste Filtrationsstufe 1201. Neben anderen Vorteilen kann die umgekehrte Abstufung (fein zu grob) zwischen der ersten Filtrationsstufe 1201 und der zweiten Filtrationsstufe 1203 die Koaleszenzleistung verbessern. In Ausführungen, in denen die Rückseitenschicht zu offen ist, um als Koaleszenzschicht zu dienen, kann der Filtrationsfolie 1210 eine geeignete schmelzgeblasene Schicht zugegeben werden, die als funktionales Koaleszenzmedium in der zweiten Filtrationsstufe 1203 dient. Alternativ oder in Kombination können verschiedene Abschnitte der Filtrationsfolie 1210 mit unterschiedlichen Materialschichten (z. B. zusätzliche schmelzgeblasene Schichten usw.) gebildet werden, um die Leistung des Filterelements 1100 weiter anzupassen. In einigen Ausführungsformen kann die Filtrationsfolie 1210 in der zweiten Filtrationsstufe 1203 ein hydrophobes Sieb einschließen, das mit einer Rückseitenfolie versiegelt ist (z. B. durch einen Ultraschallschweißvorgang in der Nähe der oberen und unteren Klebeverbindungen). In der Nähe des Bodens des hydrophoben Siebs können Perforationen zugegeben werden, um das durch das Sieb gesammelte Wasser aus der zweiten Filtrationsstufe 1203 abzuleiten.
Wie in 20 gezeigt, ist die erste Filtrationsstufe 1201 zumindest teilweise von der zweiten Filtrationsstufe 1203 durch eine Klebstoffbarriere 1205 (z. B. Leim oder Hotmelt) getrennt. Die Klebstoffbarriere 1205 verhindert, dass ungefiltertes Fluid 30 die erste Filtrationsstufe 1201 umgeht. Wie in 20 gezeigt, drückt die Klebstoffbarriere 1205 das Fluid 30 durch die Filtrationsfolie 1210 (z. B. eine flache Filtrationsfolie) in der ersten Filtrationsstufe 1201 und in einen angrenzenden Kanal der ersten Filtrationsstufe 1201, der fluidisch mit dem vorgelagerten Ende eines entsprechenden Kanals der zweiten Filtrationsstufe 1203 gekoppelt ist.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Beispiel“, wie hierin zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Veranschaulichungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass solche Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Wie hierin verwendet, sollen der Begriff „im Wesentlichen“ und ähnliche Begriffe eine weitreichende Bedeutung haben im Einklang mit der gebräuchlichen und akzeptierten Verwendung durch den Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich der Gegenstand dieser Offenbarung bezieht. Es ist für den Fachmann, der diese Offenbarung liest, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Schutzumfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand (z. B. innerhalb von plus oder minus fünf Prozent eines angegebenen Winkels oder eines anderen Wertes) als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend betrachtet werden, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt.
Die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen bedeuten im hierin verwendeten Sinne das direkte oder indirekte Verbinden zweier Elemente miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. abnehmbar oder lösbar) geschehen. Eine solche Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, oder dadurch, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, aneinander befestigt werden.
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 Proportionen 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. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls an der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der hier beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
Obwohl diese Beschreibung viele spezielle Ausführungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Ausführungsformen oder der Ansprüche gedacht sein, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungen von bestimmten Ausführungsformen spezifisch sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Ausführungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Ausführung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Ausführung beschriebene Merkmale auch in mehreren Ausführungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Obwohl Merkmale vorstehend so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen wirksam sind und auch anfänglich als solche beansprucht sein können, können zudem ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination beziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

IN 201941053893 [0001]
US 8678202 [0031]
US 2018/0243675 [0031]
US 10391434 [0031]
US 2019/0160405 [0031]
US 9199185 [0031]
US 2019/039876 PCT [0043]
US 8397920 [0043]

Claims

Medienpack, umfassend: eine Filtrationsfolie; und eine gewellte Trägerfolie, die mit der Filtrationsfolie gekoppelt ist, wobei die gewellte Trägerfolie aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt ist und die gewellte Trägerfolie und die Filtrationsfolie eine Vielzahl von Kanälen bilden, die abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet sind.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei, für ein zu filterndes Fluid, eine Durchlässigkeit der gewellten Trägerfolie geringer ist als eine Durchlässigkeit der Filtrationsfolie.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei, für ein zu filterndes Fluid, eine Durchlässigkeit der gewellten Trägerfolie gleich ist wie eine Durchlässigkeit der Filtrationsfolie.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei die gewellte Trägerfolie im Wesentlichen für ein zu filterndes Fluid undurchlässig ist.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei die Filtrationsfolie und die gewellte Trägerfolie entlang einer radialen Richtung abwechselnd übereinander gestapelt sind, wobei die Filtrationsfolie und die gewellte Trägerfolie zusammen eine Vielzahl von Axialströmungskanälen definieren, die in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung relativ zu einer Mittelachse des Medienpacks angeordnet sind.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei die Filtrationsfolie keine Wellungen einschließt.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei die Filtrationsfolie ein Nanofasermaterial umfasst.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei der Medienpack eine erste Filtrationsstufe und eine zweite Filtrationsstufe umfasst, wobei die zweite Filtrationsstufe eine andere Durchlässigkeit als die erste Filtrationsstufe für ein zu filterndes Fluid aufweist.
Medienpack nach Anspruch 8, wobei die gewellte Trägerfolie von der ersten Filtrationsstufe und der zweiten Filtrationsstufe gemeinsam genutzt wird.
Medienpack nach Anspruch 8, wobei die Filtrationsfolie eine mehrschichtige Folie ist, und wobei mindestens eine Schicht der mehrschichtigen Folie von der ersten Filtrationsstufe und der zweiten Filtrationsstufe gemeinsam genutzt wird.
Medienpack nach Anspruch 1, wobei die gewellte Trägerfolie ein vorgelagertes Ende und ein nachgelagertes Ende umfasst und entlang einer Vielzahl von Biegelinien gefaltet ist, wobei sich die Vielzahl von Biegelinien axial entlang einer Axialrichtung erstreckt und einen ersten Satz von Biegelinien umfasst, der sich von dem vorgelagerten Ende axial zu dem nachgelagerten Ende erstreckt, und einen zweiten Satz von Biegelinien, der sich von dem nachgelagerten Ende axial zu dem vorgelagerten Ende erstreckt, wobei die gewellte Trägerfolie eine Vielzahl von Wandsegmenten aufweist, die sich schlangenlinienförmig zwischen den Biegelinien erstrecken, wobei sich die Wandsegmente axial erstrecken und dazwischen axiale Kanäle definieren, wobei die axialen Kanäle eine Höhe entlang einer Querrichtung aufweisen, wobei die Querrichtung senkrecht zu der Axialrichtung verläuft, wobei sich mindestens eine der Biegelinien in der Querrichtung verjüngt, wenn sich die mindestens eine der Biegelinien in der Axialrichtung erstreckt.
Filterelement, umfassend: ein Mittelrohr; einen Medienpack, der um das Mittelrohr angeordnet ist, wobei der Medienpack Folgendes umfasst: eine Filtrationsfolie; und eine gewellte Trägerfolie, die mit der Filtrationsfolie gekoppelt ist, wobei die gewellte Trägerfolie aus einem anderen Material als die Filtrationsfolie hergestellt ist und die gewellte Trägerfolie und die Filtrationsfolie eine Vielzahl von Kanälen bilden, die abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet sind; und eine erste Endkappe, die mit einem ersten axialen Ende des Medienpacks gekoppelt ist.
Filterelement nach Anspruch 12, wobei die erste Endkappe einen vertieften Bereich definiert, wobei sich das erste axiale Ende des Medienpacks teilweise in den vertieften Bereich erstreckt und axial von einer Innenoberfläche der ersten Endkappe beabstandet ist.
Filterelement nach Anspruch 12, wobei sich die erste Endkappe um einen äußeren Umfang des Medienpacks erstreckt und abdichtend mit diesem in Eingriff steht.
Filterelement nach Anspruch 12, wobei die Filtrationsfolie und die gewellte Trägerfolie spiralförmig um das Mittelrohr gewickelt sind.
Filterelement nach Anspruch 12, wobei die Filtrationsfolie und die gewellte Trägerfolie entlang einer radialen Richtung abwechselnd übereinander gestapelt sind, wobei die Filtrationsfolie und die gewellte Trägerfolie zusammen eine Vielzahl von Axialströmungskanälen definieren, die in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung relativ zu einer Mittelachse des Medienpacks angeordnet sind.
Filterelement nach Anspruch 12, wobei der Medienpack eine erste Filtrationsstufe und eine zweite Filtrationsstufe umfasst, wobei die zweite Filtrationsstufe eine andere Durchlässigkeit als die erste Filtrationsstufe für ein zu filterndes Fluid aufweist.
Filterelement nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine zweite Endkappe, die an einem zweiten axialen Ende des Medienpacks angeordnet ist, wobei die zweite Endkappe einen unteren Abschnitt umfasst, der axial von dem zweiten axialen Ende beabstandet ist; und ein hydrophobes Filter, das mit dem unteren Abschnitt gekoppelt ist.
Filterelement nach Anspruch 12, wobei die gewellte Trägerfolie ein vorgelagertes Ende und ein nachgelagertes Ende umfasst und entlang einer Vielzahl von Biegelinien gefaltet ist, wobei sich die Vielzahl von Biegelinien axial entlang einer Axialrichtung erstreckt und einen ersten Satz von Biegelinien, der sich von dem vorgelagerten Ende axial zu dem nachgelagerten Ende erstreckt, und einen zweiten Satz von Biegelinien umfasst, der sich von dem nachgelagerten Ende axial zu dem vorgelagerten Ende erstreckt, wobei die gewellte Trägerfolie eine Vielzahl von Wandsegmenten aufweist, die sich schlangenlinienförmig zwischen den Biegelinien erstrecken, wobei sich die Wandsegmente axial erstrecken und dazwischen axiale Kanäle definieren, wobei die axialen Kanäle eine Höhe entlang einer Querrichtung aufweisen, wobei die Querrichtung senkrecht zu der Axialrichtung verläuft, wobei sich mindestens eine der Biegelinien in der Querrichtung verjüngt, wenn sich die mindestens eine der Biegelinien in der Axialrichtung erstreckt.
Filterelement, umfassend: ein Mittelrohr; einen Medienpack, der um das Mittelrohr angeordnet ist, wobei der Medienpack Folgendes umfasst: eine Filtrationsfolie; und eine gewellte Trägerfolie, die mit der Filtrationsfolie gekoppelt ist, wobei die gewellte Trägerfolie und die Filtrationsfolie eine Vielzahl von Kanälen bilden, die abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Medienpacks abgedichtet sind, wobei der Medienpack eine erste Filtrationsstufe und eine zweite Filtrationsstufe umfasst, wobei die zweite Filtrationsstufe eine andere Durchlässigkeit als die erste Filtrationsstufe für ein zu filterndes Fluid aufweist; und eine Endkappe, die mit einem axialen Ende des Medienpacks gekoppelt ist.
Filterelement nach Anspruch 20, wobei die gewellte Trägerfolie von der ersten Filtrationsstufe und der zweiten Filtrationsstufe gemeinsam genutzt wird.
Filterelement nach Anspruch 20, wobei die Filtrationsfolie eine mehrschichtige Folie ist, und wobei mindestens eine Schicht der mehrschichtigen Folie von der ersten Filtrationsstufe und der zweiten Filtrationsstufe gemeinsam genutzt wird.