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Filtereinsatz aus gefaltetem Papier Die Erfindung betrifft einen'Filtereinsatz
aus gefaltetem Papier, der in Luftfiltern, Ölfiltern oder auch in Treibstofffiltern
verwendet werden kann.
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Die bis heute bekannten Filtereinsätze sind im allgemeinen aus einem
Filterpapier gebildet, das ziehharmonikaartig gefaltet und so aufgerollt ist, daß
es einen Zylinder bildet.
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Das zu filtrierende Fluidum durchquert die verschiedenen Falten des
Filterpapiers, während es von der Außen. nach der Innenseite des zylindrischen Filterdnsatzes
strömt.
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Die Kanten der Falten sind auf den Mantellinien des Zylinders angeordnet,
der von dem Einsatz gebildet wird. Zwischen din inneren benachbarten Kanten der
Falten ist ein Zwischenraum vorgesehen, um das Abströmen des Fluidums zu ermögli
chen. Dieser Zwischenraum hat einen minimalen Wert, der die maximale Filterfläche
bedingt, die man für einen gegebenen Raumbedarf des Einsatzes erhalten kann.
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Für einen gegebenen Durchmesser des Einsatzes kann man folglich, um
eine identische Filterfläche zu erhalten, entweder die Anzahl der Falten erhöhen,
wobei man ihre Größe vorkleinert,
oder die Anzahl der Falten verringern,
wobei man ihre Größe vergrößert. Die zwei Einsatztypes, welche man auf diese Weise
erhalt, haben den Nachteil, daß sie eine Zone enthalten, die für die Filtration
nicht genutzt wird, die aber einen wichtigen Teil des Volumens des Filtereinsatzes
darstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, diesen Nachteil durch die Verwendung
einer besonderen Faltung zu vermeiden, die die Nutzung der zuvor ungenutzten Zone
fUr die Filtration erlaubt.
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Zu diesem Zweck ist der zylindrische Filtereinsatz, der aus einem
Streifen von gefaltetem Filterpapier besteht, dessen Faltkanten auf den Mantellinien
des Zylinders angeordnet sind, der von dem Filtereinsatz gebildet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Filterpapier eine Folge von asymmetrischen Flächenwinkel#
bildet, von denen jeder aus einer Seite mit großer Breite und einer Seite mit kleiner
Breite gebildet wird.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist jeder Flächenwinkel
zu jedem von zwei angrenzenden Flächenwinkeln in bezug auf eine radiale Ebene symmetrisch,
so daß im Querschnitt das Filterpapier einen Kranz aus M-förmigen Teilstücken bildet,
die mit ihren inneren, sich auf der inneren Zylinderfläche des Einsatzes befindenden
Enden vorbunden sind, wobei die Spitzen der M auf der äußeren Zylinderfläche des
Einsatzes angeordnet sind.
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In einer erfidungsgemäßen Ausführungsform, wie sie vorstehend beschrieben
ist, ist die Entfernung zwischen den inneren Enden der Schenkel jedes M, d.h. zwischen
den inneren Kanten des gefallten Filterpapiers, gleich der minimalen nötigen Entfernung,
damit das Fluidum tor der Außenseite zur Innenseite des Einsatzes strömen kann.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform stellt Jede
d-r Falten des Kranzes, der durch das gefaltete
Filterpapier gebildet
ist, im Querschnitt die Form eines V oder eines Zickzack dar, wobei die verschiedenen
Falten Uber den ganzen Umfang des Filtereinsatzes teilweise ineinanker hineingezogen
sind.
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Der erfindungsgemäße Filtereinsat bietet den Vorteil, daß fr einen
gegebenen Raumbedarf, d0h. einen gegebenen Durchmesser, seine Filterfläche bemerkenswert
größer als diejenige eines herkömmlichen Filtereinsatzes ist, wobei die Steigerung
der Filterfläche 50 % erreichen kann.
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Der Filtereinsatz kann leicht durch Falten von Filterpapier auf einer
herkömmlichen Rollenmaschine hergestellet werden.
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Er kann besonders zur Filtrierung von Motorschmieröl, eines Kraftstoffs
oder von Luft verwendet werden. Er ermöglicht Filterleistungen, die 40 - 50 % höher
als jene von herkömmlichen Einsätzen mit gleichem Raumbedarf sind.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeiciinungen beschrieben. In stellen dar: Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch
einen Filtereinsatz mit M-förmigen Falten, wobei der linke Teil dieser Figur in
strichpunktierten Linien die Form der Falten eines herkömmlichen Filtereinsatzes
mit gleichen Durchmesser zeigt; Fig. 2 schematisch den Faltvorgang des Filterpapiers,
um den Filtereinsatz nach Fig. 1 zu erhalten, Fig. 3 einen Teilschnitt einer anderen
Ausführungsform eines Filtereinsatzes mit Zickzackfalten, wobei der linke Teil dieser
Figur in strichpunktierten Linien die Falten des Filterpapiers eines herkömmlichen
Einsatzes, der eine gleichwertige Filterfläche hat. neigt; Fig. 4 schematisch des
Falten des Filterpapiers zur Herstellung des Einsatzes nach Fig. 3.
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Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäß Filtereinsatz besteht aus
einem Filterpapierstreifen 1, der gefaltet und
derart aufgewickelt
wird, daß ein zylindrischer Ein#tz mit einem äußeren Durchmesser A und einem inneren
Durchmesser B gebildet wird. Der Filterpapierstreifen 1 wird derart gefaltet, daß
er im Querschnitt eine Folge von M-förmigen Falten oder auch ein. Folge von asymmetrischen
Flächenwin keln bildet. Wenn man eine M-förmige Falte betrachtet. sieht man, daß
sie aus zwei Seiten 2 und 3 von großer Breite a, die die großen oder äußeren Schenkel
des M bilden, und zwei Seiten 4 und 5 von kleiner Breite b, die die inneren Schenkel
des M bilden, besteht. Die Seiten von großer Breite 2 und 3 sind mit den Seiton
der angrenzenden M-förmigen Falten längs innerer Kanten 6 verbunden, welche auf
dem Zylinder mit dem Durchmesser B angeordnet sind. Andererseits sind die äußeren
Kanten 7, die au der Verbindung der Seiten 2 und 4 einerseits und 3 und 5 andererseits
gebildet werden, auf den äußeren Zylinder mit Durchmesser A angeordnet. Die mittleren
Kanten 8, die an der Verbindung dor Seiten 4 und 5 mit kleiner Breite gebildet werden,
befinden sich schließlich auf einem Zylinder mit einen mittleren Durchmesser C.
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Man sieht folglich, daß der asymmetrische Flächenwinkel, der von den
Seiten 2 und 4 der ersten Falte im X gebildet wird, zu dem folgenden Flächenwinkel,
der von den Seiten 3 und 5 gebildet wird, in bezug auf eine radiale Ebene Ox1, die
durch die Achse des Zylinders und die mittlere Kante 8 verläuft, symmetrisch ist.
Desgleichen ist der asymmetrische Flächenwinkel, der von den Seiten 3 und 5 der
ersten Falte im M gebildet wird, in bezug auf eine radiale Ebene 0z2, die durch
die innere Kante 6 verläuft, symmetrisch zu dem Flächenwinkel, der von den Seiten
1 und 4 der zweiten Falte im M gebildet wird. Diese Abwechslung der Flächenwinkel
findet sich über den ganzen Umfang des Filtereinsatzes wieder.
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Die Entfernung c zwischen zwei aufeinanderfolgenden inneren Kanten
6 hat den Minimalwert, der dem Fluidum erlaubt, von der Außenseite nach der Innenseite
des Einsatzes zu strömen.
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In der linken Seite der Fig. 1 ist in strichpunktierten Linien
ein
Filterpapier 9 wiedergegeben, das ziehharmonikaartig ge faltet ist, um einen herkömmlichen
Filtereinsatz mit identischein dreieckigen Falten zu bilden. Durch Schraffur ist
die ganze Zone S zwischen den verschiedenen Falten gekennzeichnet worden, die nicht
zur Filtration benutzt wird. Es ist ersichtlich, daß diese unbenutzte Zone S einen
wichtigen Teil des Volumens des Filtereinsatzes vom Durchmesser A darstellt. Dagegen
ist dem richten Teil der Fig. 1 zu entnehmen, daß diese Zone erfindungsgemäß infolge
der Zuordnung von Hilfsfalten in ihr, die von den Seiten mit kleiner Breite 4 und
3 gebildet werden, zur Filtration verwendet wird.
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Ein Filtereinsatz, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, hat eine Filterfläche,
die in bezug auf einen herkömmlichen Einsatz aus zieharmonikaförmig gefaltetem Filterpapier
etwa 50 % großer ist.
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In Fig. 2 ist schematisch die Weise dargestellt, mit welcher die Faltung
des Filterpapiere 1 erfolgen kann, um einen Filterpapiereinsatz nach der Erfindung
zu erhalten. Man verwendet zu diesem Zweck eine herkömmliche Rollenmaschine, die
zwei Zylinder mit horizontalen parallelen Achsen hat, nämlich einen oberen Zylinder
11 und einen unteren Zylinder 12.
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Diese Zylinder, welche sich im entgegengesetzten Sinne dreben, berühren
sich und tragen dünne radiale patrizenförmige 13 und matrizenförmige 14 Faltenreißplatten.
Diese Platten sind in radialen Sitzen in den Zylindern 11 und 12 befestigt und werden
gegen die Außenseite von Federn 13 vorgestoßen.
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An der Stelle, wo die zwei Zylinder 11 und 12 sich merklich berühren,
arbeitet eine der Platten des oberen Zylinders 11 mit einer der Platten des unteren
Zylinders 12 zusammen, um eine Falte nach oben oder nach unten entsprechend der
Lage anzureißen. Zwischen den Zylindern 11 und 12 läuft ein Filterpapierstreifen
16, der von einer Spule 17 abgewickelt und nach dem Anreißen der Falten ti Richtung
auf ein Widerlager 18 geschoben wird. Die Faltung erfolgt automatisch durch das
Schieben des Papierstreifens, der so eine Folge von Falten bildet, die aus zwei
Seiten mit großer Breite, danach aus zwei Seiten mit kleiner Breite, danach aus
zwei Seiten mit
grober Breite und so fort besteht. Um diese Form
der Faltung zu erhalten, sind abwechselnd ein patrizenförmiges und ein matrizenförmiges
dünnes Anreißplättchen auf Jedem der Zylinder 11 und 12 nngeordnet, um eine Folge
von nach oben und unten abwechselnden Falten hervorzurufen. Außerdem gibt der relative
Abetand zwischen den verschiedenen Plittchen auf den Zylindern die Folge der relativen
Breiten der verschiedenen Selten wieder In der Zeichnung sind wiedergegeben, auf
dem unteren Zylinder 12, eine patrizenförmige Anreißplatte 13 zur Bildung einer
nach unten offeen Falte oder einer inneren Xante 6, dann eins Batrizenförmige Anreißplatte
14 in einem Abstand a (Breite der große Seiten) von der vorhergehenden zur Bildung
einer nach oben offenen Falte oder einer äußeren Kante 7, dann eine patrizenförmige
Anreißplatte 13 in einem Abstand b (Breite der kleinen Seiten) von der vorhergehenden
zur Bildung einer nach unten offenen Falte oder einer Mittleren Kante 8, dann eine
matrizenförmige Anreißplattg 14 in einem Abstand b von der vorhergehenden zur Bildung
einer nach oben offenen Falte oder einer äußeren Kante 7, dann eine patrizenförmige
Anreißplatte 13 in einer Entfernung a von der vorhergehenden zur Bildung einer nach
unten offenen Falte oder einer inneren Kante 6 und so weiter.
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Unter Bezug auf Fig. 3 wird nun eine andere Ausführungsform der Erfindung
beschrieben. In dieser Ausführungsform bildet der gefaltete Filterpapierstreifen
21 ein. Reihe von Falten, die im Querschnitt die Form eines V oder eines Zickzack
haben. Jede dieser Falten wird von zwei Flächenwinkeln gebildet, nämlich einem ersten
Flächenwinkel, der von einer inneren Seite 22 und einer äußeren Seite 23 gebildet
wird, die eine mittlere Kante 24 begrenzen, und einem zweiten Flächenwinkel, der
von einer innern Seite 25 und einer äußeren Seite 26 gebildet wird, die eine mittlere
Kante 27 begrenzen. Die inneren Seiten 22 und 25 von zwei angrenzenden Falten sind
untereinander verbunden und begrenzen eine innere Kante 28, während die äußeren
Seiten 23 und 26 derselben Falte untereinander verbunden sind und eine äußere Kante
29 begrenzen. Die Entfernung zwischen den inneren Kanten 28 hat
einen
Wert c, welcher di. minimale Entfernung ist, die das Durchströmen von Fluidum von
der Außenseite nach der Innenseite erlaubt. Die inneren Seiten 22 und 23 jeder Falte
sind in bezug auf den Radius, welcher durch die inneren Kanten 28 geht, viel weniger
geneigt als die Jeweiligen äußeren Seiten 23 und 26.
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In der linken Seite der Fig. 3 ist in strichpunktierten Linien ein
ziehharmoniksfärmig gefalteter Papierstreifen 31 zur Bildung eines herkömmlichen
Filtereinsatzes dargestellt.
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Es ist ersichtlich, daß in diesem Fall wie in demjenigen nach Fig.
1 der ganze schraffierte Zwischenraum zwischen den äußeren Teilen der verschiedenen
Falten für die Filtration verloren ist. Im Gegensatz dazu ist aus Fig. 3 ersichtlich,
daß der erfindungsgemäße Einsatz erlaubt, Nutzen aus diesem Zwischenraum zu ziehen,
indem jede der Falten des Streifens 31 etwa in der Hälfte ihrer Länge gekrümmt und
in der Weise niedergedrückt wird, daß ihre äußere Kante sich in einen Kreis mit
dem Durchmesser A einfügt. Aus Fig. 3 ist folglich ersichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen
Filtereinsatz eine gleichwertige Filteroberfläche erhalten wird, indem man von einem
Durchmesser D des Einsatzes auf einen niederen Durchmesser A geht, wedurch eine
merkliche Verringerung des Raumbedarfes herrührt. D.h. bei gleichen Raumbedarf liegt
die erhaltene Filterfläche etwa 30 - 40 % über der Nutzfläche eines herkömmlichen
Filtereinsatzes mit dem Durchmesser A.
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In Fig. 4 ist schematisch der Faltvorgang wiedergegeben, mit dem ein
zickzackförmig gefalteter Filterpapierstreifen erhalten wird0 wie er in Fig. 3 dargestellt
ist, Die verwendate Maschine ist die gleiche wie im Fall der Fig. 2 und die patrizenförmigen
13 und matrizenförmigen 14 dünnen Anreißplatten sind in Abständen angeordnet, die
mit der Breite der verschiedenen Seiten 22, 23, 25 bzw. 26 der Falten übereinstimmen.
Andererseits erfolgt das Anreißen der Falten nach folgendem Schema: zwei nach oben
offene Falten, danach zwei nach unten offene Falten, danach zwei nach oben offene
Falten usw, um am Ausgang der Maschine einen gefalteten
und zinnenförmig
entwickelten Streifen zu erhalten, der sich im folgenden unter dem auf den Papierstreifen
ausgeübten Druck in eine Zickzackfolge verformt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
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Selbstverständlich kann die Erfindung auch gegenüber den beschriebenen
und dargestellten Formen vorteilhaft abgewandelt werden.
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Dies gilt vor allem insofern, als der erfindungsgemäße Filtereinsatz
aus einem anderen Filtermaterial als Papier hergestellt werden kann, wobei die Filteroberfläche
einheitlich oder vorzugsweise mit aufgeprägtem Muster sein kann, sei es in Form
von Anreißungen oder Ankörnungen oder von kleinen Falten oder von allen anderen
geeigneten Anordnungen, um von vorherein eine Oberfläche zu erhalten, die größer
als eine glatte Oberfläche ist.