DE19737954C2 - Filterelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement, insbe­ sondere zum Filtrieren von Mineralölen in Hydraulik-Systemen, umfassend einen gefalteten, mehrlagigen Filterbalg mit einer Feinfilterschicht und mindestens einer weiteren Schicht. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelementes.

Unter der Feinfilterschicht ist dabei diejenige Filterschicht zu verstehen, die die Filterfeinheit des Filterelementes be­ stimmt. Umfaßt der Filterbalg nur eine Filterschicht, so ist diese Filterschicht die Feinfilterschicht. Umfaßt der Filter­ balg mehrere Filterschichten, so ist die Feinfilterschicht die Filterschicht mit der größten Filterfeinheit.

Filterelemente der eingangs genannten Art sind zur Filtrie­ rung von Fluiden, insbesondere von Mineralölen in Hydraulik­ systemen, allgemein in Gebrauch. Durch die Faltung des Fil­ terbalges wird eine Erhöhung der effektiv nutzbaren Filter­ fläche erreicht, ohne die Außenabmessungen des Filterelemen­ tes zu vergrößern. Damit möglichst die gesamte Filterfläche des gefalteten Filterbalges zur Wirkung kommen kann, muß sichergestellt sein, daß sich die Falten des Filterbalges auch bei hohen Differenzdrücken weder auf der Zulauf- noch auf der Ablaufseite des Filterbalges dicht aneinanderlegen können.

Um ein solches Aneinanderlegen der Falten des Filterbalges, eine sogenannte Paketbildung, zu verhindern, wird bei den bekannten Filterelementen sowohl auf der Ablaufseite als auch auf der Zulaufseite des Filterbalges ein Stützgewebe, übli­ cherweise ein Metallgewebe, angeordnet, das sich der gefalte­ ten Form des Filterbalges anschmiegt und aufgrund seiner Steifigkeit und seiner Oberflächenstruktur ein Aneinander­ legen der Falten des Filterbalges verhindert.

Die Verwendung eines Metallgewebes als Stützgewebe sowohl auf der Ablauf- als auch auf der Zulaufseite des Filterbalges verursacht jedoch hohe Materialkosten und bedingt ein auf­ wendiges Herstellungsverfahren.

Aus der US-Patentschrift Nr. 36 92 184 ist ein Filterelement mit einem gefalteten Filterbalg bekannt, bei dem eine Filterschicht zum Einsatz kommt, auf die im gefalteten Zustand eine quer zu den Falten verlaufende Stützstruktur in Form eines schmelzflüssigen Klebermaterials aufgetragen wird. Bei einer hohen Differenzdruckbelastung, wie sie während des Filtervorgangs auftreten kann, kann es hierbei an den Klebestellen zu einer Rissbildung der Filterschicht kommen und damit zu einer Beeinträchtigung der Filterfeinheit.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement der vorstehend genannten Art zu schaffen, bei dem eine Paketbildung auf einfachere und kostengünstigere Weise verhindert wird, wobei jedoch gewährleistet werden soll, daß trotzdem eine gewünschte Filterfeinheit des Filterelementes selbst bei einer hohen Differenzbelastung aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Dem erfindungsgemäßen Konzept liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Stabilität des Filterbalges gegenüber Formänderungen statt mit einem flächenhaft ausgedehnten Stützgewebe auch mittels eines im wesentlichen linear ausgedehnten Stütz­ elementes in Form eines Stützwulstes, der sich quer zu den Falten des Filterbalges erstreckt, realisiert werden kann.

Der Stützwulst ist hierbei nicht unmittelbar mit der Feinfilterschicht verbunden. Dadurch ist gewährleistet, daß bei einer Verformung des Filterbalges infolge einer hohen Differenzdruckbelastung Risse allenfalls in der von der Fein­ filterschicht verschiedenen Deckschicht des Filterbalges, nicht jedoch in der Feinfilterschicht entstehen können. Die intakte Feinfilterschicht gewährleistet demnach auch dann die gewünschte Filterfeinheit des Filterelementes, wenn in der Deckschicht aufgrund der Verbindung der Deckschicht mit dem Stützwulst der Stützstruktur Risse entstanden sind.

Der Stützwulst kann insbesondere im Bereich der Faltenspitzen mit der Deckschicht verbunden sein.

Um die Schmutzaufnahmekapazität des Filterelementes zu ver­ größern, kann vorgesehen sein, daß die Deckschicht ein Fil­ termaterial umfaßt.

Da die Filterfeinheit durch das Material der Feinfilter­ schicht gewährleistet wird und die Deckschicht lediglich die Aufnahmekapazität des Filterelementes vergrößern soll, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Filtermaterial der Deckschicht eine geringere Filterfeinheit als das Filter­ material der Feinfilterschicht aufweist.

In diesem Falle kann die Deckschicht als eine Vorfilter­ schicht dienen. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Deckschicht ausschließlich eine Vorfilterschicht umfaßt.

Vorzugsweise wird der Stützwulst aus einem Schmelzkleber, insbesondere einem reaktiven Hot-melt-Kleber, gebildet. Ein solcher Stützwulst läßt sich in besonders einfacher und kostengünstiger Weise herstellen, wie im folgenden noch aus­ geführt werden wird.

Besonders günstig ist es, wenn die Stützstruktur ausschließ­ lich den Stützwulst oder gegebenenfalls mehrere Stützwülste umfaßt. Dadurch ist gewährleistet, daß die nicht unmittelbar von dem Stützwulst oder den Stützwülsten überdeckten Bereiche des Filterbalges für das zu filtrierende Fluid frei zugäng­ lich bleiben und somit der Durchflußwiderstand des Filter­ elementes durch die Stützstruktur nur wenig erhöht wird. Die Stützwülste selbst verursachen aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Ausdehnung quer zu ihrer Längsrichtung nur eine ge­ ringfügige Erhöhung des Durchflußwiderstandes des Filter­ elementes.

Von Vorteil ist es, wenn die Stützstruktur auf der Zulauf­ seite des Filterbalges angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß Teilchen, die sich im Betrieb aus dem Material der Stützstruktur ablösen, ins Filtrat gelangen. Wenn die Stützstruktur auf der Zulaufseite des Filterbalges angeordnet ist, werden solche Teilchen vielmehr von der Filterschicht des Filterbalges zurückgehalten.

Wenn der Stützwulst vorteilhafterweise im Bereich der Falten­ spitzen des Filterbalges mit dem Filterbalg verbunden und im Bereich zwischen zwei in Längsrichtung des Stützwulstes auf­ einanderfolgenden Faltenspitzen von dem Filterbalg beabstan­ det ist, der Stützwulst sich also nicht dem Verlauf der Ober­ fläche des Filterbalges anschmiegt, sondern dem kürzesten Weg zwischen zwei aufeinanderfolgenden Faltenspitzen des Filter­ balges folgt, so wird dadurch eine Verkürzung des Stütz­ wulstes und somit eine Materialeinsparung erreicht.

Zusätzlich zu der Stabilisierung durch die Stützstruktur kann der Filterbalg eine Stützschicht, vorzugsweise aus einem Metallgewebe oder einem Kunststoffnetzgitter, umfassen, um insbesondere bei für hohe Differenzdrücke zwischen der Zu­ lauf- und der Ablaufseite ausgelegten Filterelementen die Formstabilität des Filterbalges weiter zu erhöhen.

Da die erfindungsgemäße Stützstruktur vorzugsweise auf der Zulaufseite des Filterbalges angeordnet ist, ist es von Vor­ teil, wenn die zusätzliche Stützschicht auf der Ablaufseite des Filterbalges angeordnet ist.

Besonders platzsparend sind Filterelemente, bei denen der Filterbalg im wesentlichen die Form eines Zylinders aufweist. Dieser Zylinder kann von dem zu filtrierenden Fluid entweder von außen nach innen oder in umgekehrter Richtung durchflos­ sen werden.

Weist der Filterbalg im wesentlichen die Form eines Zylinders auf, so umfaßt die Stützstruktur vorteilhafterweise mehrere ringförmige Stützwülste.

Besonders einfach herzustellen ist eine Stützstruktur, die mehrere kreisringförmige Stützwülste umfaßt, deren Ringachsen im wesentlichen mit der Längsachse des Filterbalges überein­ stimmen.

Ist bei einer Stützstruktur mit mehreren ringförmigen Stützwülsten der Abstand einander benachbarter Stützwülste zu groß, so ist die Stabilisierungswirkung der Stützwülste in dem Bereich zwischen denselben nicht ausreichend. Ist ande­ rerseits der Abstand einander benachbarter Stützwülste zu klein, so wird ein zu großer Anteil der Fläche des Filterbalges durch die Stützwülste überdeckt, so daß der Durchfluß­ widerstand des Filterelementes in unerwünschter Weise zu­ nimmt.

Vorzugsweise wird daher das Verhältnis des Abstandes einander benachbarter Stützwülste in Längsrichtung des Filterbalges zu dem Außendurchmesser des Filterbalges zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,6 gewählt.

Alternativ oder ergänzend zu einer Stützstruktur mit mehreren ringförmigen Stützwülsten kann auch eine Stützstruktur vorge­ sehen sein, welche einen spiralförmigen Stützwulst aufweist, dessen Spiralachse im wesentlichen mit der Längsachse des Filterbalges übereinstimmt.

Aus den bereits im Zusammenhang mit einer Stützstruktur aus mehreren ringförmigen Stützwülsten genannten Gründen ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis der Ganghöhe des spiralför­ migen Stützwulstes zu dem Außendurchmesser des Filterbalges zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,6 liegt.

Wenn vorgesehen ist, daß der Filterbalg des Filterelementes ringförmig geschlossen sein soll, so müssen die Endbereiche des Filterbalges fluiddicht miteinander verbunden sein.

Ist das Filterelement für nicht allzu hohe Differenzdrücke in der Größenordnung bis zu 10 bar ausgelegt, so kann vorgesehen sein, daß zwei Endbereiche des Filterbalges mittels eines Klipps fluiddicht miteinander verbunden sind.

Insbesondere kann der Klipp auf die aneinander anliegenden Endbereiche des Filterbalges aufgeschoben sein.

Eine höhere Differenzdruckbeständigkeit der fluiddichten Ver­ bindung zwischen den Endbereichen des Filterbalges wird er­ reicht, wenn die beiden Endbereiche des Filterbalges in einen fluiddichten Dichtungsblock eingebettet sind.

Eine weitere Vereinfachung der Herstellung des Filterelemen­ tes und eine damit verbundene Kostensenkung ergibt sich, wenn der Dichtungsblock aus demselben Material gebildet ist wie der Stützwulst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zu­ grunde, ein einfaches und preiswertes Verfahren zur Herstel­ lung eines Filterelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 18 anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes gelöst, bei dem aus mehre­ ren Lagen, umfassend eine Feinfilterschicht und mindestens eine weitere Schicht, ein Filterbalg gefaltet und in die ge­ wünschte Form gebracht wird und bei dem anschließend eine Stützstruktur des Filterelementes gebildet wird, indem minde­ stens ein Stützwulst so quer zu den Falten des Filterbalges an demselben angeordnet wird, daß der Stützwulst sich mit einer von der Feinfilterschicht verschiedenen Deckschicht des Filterbalges, nicht jedoch unmittelbar mit der Feinfilterschicht verbindet.

Dadurch kann verhindert werden, daß aufgrund der bei einer Formveränderung des Filterbalges durch den Stützwulst auf den Filterbalg übertragenen Spannungen die Feinfilterschicht des Filterbalges beschädigt wird.

Der Stützwulst kann in einfacher Weise durch Aufbringen einer fließfähigen Masse auf den Filterbalg und anschließendes Aus­ härten oder Erstarren der Masse gebildet werden.

Insbesondere kann die fließfähige Masse aus einer Düse direkt auf den Filterbalg extrudiert werden.

Um zu erreichen, daß sich der Stützwulst nicht unmittelbar mit der Feinfilterschicht des Filterbalges verbindet, was aus den vorstehend genannten Gründen erwünscht ist, wird die fließfähige Masse vorzugsweise so auf den Filterbalg aufge­ bracht, daß sie in die Deckschicht des Filterbalges, nicht aber in die Feinfilterschicht des Filterbalges eindringt.

Die Eindringtiefe der fließfähigen Masse kann insbesondere durch eine geeignete Einstellung der Verarbeitungstemperatur und damit der Viskosität der fließfähigen Masse beeinflußt werden.

Um ein Filterelement mit einem ringförmig geschlossenen Fil­ terbalg zu erhalten, das auch hohen Differenzdrücken zwischen der Zulauf- und der Ablaufseite von mehr als 10 bar standhal­ ten kann, ist es günstig, zwei Endbereiche des Filterbalges in einen Dichtungsblock aus der fließfähigen Masse einzu­ betten.

Insbesondere kann als fließfähige Masse ein Schmelzkleber, vorzugsweise ein reaktiver Hot-melt-Kleber, verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungs­ form eines Filterelementes mit ringförmigen Stützwülsten;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erste Ausfüh­ rungsform eines Filterelementes aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem schematischen Querschnitt durch die erste Ausführungsform eines Filterelementes aus den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Filterbalg der ersten Ausführungsform eines Filterelementes aus den Fig. 1 bis 3 im Bereich einer Falten­ spitze mit einem darauf angeordneten Stütz­ wulst;

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Filterelementes, bei der Endbereiche des Filterbalges in einen fluiddichten Dich­ tungsblock eingebettet sind; und

Fig. 6 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungs­ form eines Filterelementes mit einem spiral­ förmigen Stützwulst.

In allen Figuren werden gleiche oder funktional äquivalente Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Eine in den Fig. 1 bis 4 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete erste Ausführungsform eines Filterelementes um­ faßt (s. Fig. 2) ein hohlzylindrisches Stützrohr 102, dessen Zylinderachse eine Längsachse 104 des Filterelementes 100 bildet. Das Stützrohr 102 besteht aus Metall oder Kunststoff und wird in radialer Richtung von zahlreichen Durchfluß­ löchern 106 durchsetzt.

Auf dem Außenmantel des Stützrohrs 102 ist ein im wesentli­ chen hohlzylinderförmiger, zu dem Stützrohr 102 koaxialer mehrlagiger Filterbalg 108 angeordnet, der durch parallel zu der Längsachse 104 verlaufende Falten sternförmig so gefaltet ist, daß längs seines Umfangs radial außenliegende Falten­ spitzen 110 und radial innenliegende Faltengründe 112 abwech­ selnd aufeinanderfolgen, wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist.

Hierbei ist zu beachten, daß die Fig. 3 eine rein schemati­ sche Darstellung ist. In der Regel wird ein Filterelement mit einem gefalteten Filterbalg eine größere Anzahl von Falten aufweisen. Vorzugsweise beträgt der Faltenabstand am Falten­ grund ungefähr das 2,5-fache der Dicke des mehrlagigen Fil­ termaterials. Ferner wird in der Regel das Verhältnis des Außendurchmessers des Filterbalges, d. h. des Abstandes der Faltenspitzen 110 von der Längsachse 104, zu dem Außendurch­ messer des Stützrohres 102 kleiner sein als das in der Fig. 3 gezeigte.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, weist der Filterbalg 108 dadurch eine geschlossene Filterfläche auf, daß ein erster Endbereich 114 und ein zweiter Endbereich 116 des Filter­ balges 108 aneinander anliegen und durch einen auf die Außen­ seiten dieser Endbereiche aufgeschobenen Klipp 118, welcher einen U-förmigen Querschnitt aufweist und sich in Richtung der Längsachse 104 über die gesamte Länge des Filterbalges 108 erstreckt, kraftschlüssig und fluiddicht miteinander ver­ bunden sind.

An seinem (in den Fig. 1 und 2 rechts dargestellten) unteren Ende trägt das Filterelement 100 eine fluiddichte untere Ab­ schlußkappe 120, die eine kreisförmige, koaxial zu dem Stütz­ rohr 102 ausgerichtete Abschlußscheibe 122 umfaßt, welche an ihrem äußeren Rand mit einem in axialer Richtung nach oben vorstehenden, einen unteren Randbereich des Filterbalges 108 umgebenden unteren Abschlußring 124 versehen ist.

Die untere Abschlußkappe 120 ist mittels eines Epoxidharz­ klebers oder mittels eines Klebers auf Polyurethanharz-Basis 160 mit dem unteren Randbereich des Filterbalges 108 und mit dem Stützrohr 102 dicht verbunden.

An seinem (in den Fig. 1 und 2 links dargestellten) oberen Ende ist das Filterelement 100 mit einer oberen Abschlußkappe 126 versehen, die einen im wesentlichen hohlzylindrischen, zu der Längsachse 104 koaxialen mittigen Haltering 128 umfaßt.

Die Innenwand des Halterings 128 ist mit einer Ringnut 130 versehen, in der ein ringförmiger O-Ring 132 angeordnet ist.

Ferner ist der Haltering 128 mit einem von seiner Außenwand radial nach außen abstehenden, kreisringförmigen Abschluß­ flansch 134 versehen, der an seinem äußeren Umfang einen in axialer Richtung nach unten vorstehenden, einen oberen Rand­ bereich des Filterbalges 108 umgebenden oberen Abschlußring 136 trägt.

Die obere Abschlußkappe 126 ist mittels eines Epoxidharz­ klebers oder eines Klebers auf Polyurethanharz-Basis 160 mit dem oberen Randbereich des Filterbalges 108 und mit dem Stützrohr 102 verbunden.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, ist der mehrlagige Filterbalg 108 aus mehreren Schichten, nämlich aus einer Vor­ filterschicht 138, einer Feinfilterschicht 140 und einer Stützschicht 142 aufgebaut, die in dieser Reihenfolge in der Durchflußrichtung eines zu filtrierenden Fluids, die durch die Pfeile 144 angegeben ist, aufeinanderfolgen.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform eines Filter­ elementes verläuft die Durchflußrichtung 144 des zu filtrie­ renden Fluids von der Außenseite des Filterelementes 100 in dasselbe hinein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das Filterelement von dem zu filtrierenden Fluid von innen nach außen durchfließen zu lassen. In diesem Fall würde sich auch die Reihenfolge der Vorfilterschicht 138, der Feinfilter­ schicht 140 und der Stützschicht 142 umkehren.

Die Feinfilterschicht 140 besteht aus einem Filtermaterial mit der gewünschten Filterfeinheit, beispielsweise aus einem Vlieswerkstoff aus Glas- oder Kunststoffasern.

Die Vorfilterschicht 138 besteht aus einem Filtermaterial, das eine geringere Filterfeinheit als das Material der Fein­ filterschicht 140 aufweist, beispielsweise aus einem Filter­ papier aus Zellulosefasern.

Die Vorfilterschicht 138 dient der Aufnahme gröberer Schmutz­ partikel aus dem zu filtrierenden Fluid und erhöht so die Aufnahmekapazität und damit die Standzeit des Filterelementes 100.

Die ablaufseitig angeordnete Stützschicht 142 dient dazu, zu verhindern, daß sich die Falten des Filterbalges 108 auf der Ablaufseite aneinanderlegen. Eine sogenannte Paketbildung durch Aneinanderlegen einander benachbarter Falten des Fil­ terbalges 108 kann insbesondere dann auftreten, wenn ein hoher Differenzdruck zwischen der Zulauf- und der Ablaufseite des Filterelementes 100 herrscht.

Beim Filtrieren von Mineralöl treten solche hohen Differenz­ drücke insbesondere in Betriebszuständen auf, in denen die Temperatur des zu filtrierenden Öls niedrig und dessen Visko­ sität daher hoch ist.

Die Paketbildung ist unerwünscht, da sie zu einer ungleich­ mäßigen Durchflußverteilung und zu einer Verringerung der effektiv nutzbaren Filterfläche und somit zu einer Verringe­ rung der Aufnahmekapazität und der Standzeit des Filter­ elementes führt.

Zur Verhinderung der Paketbildung umfaßt die Stützschicht 142 ein Stützmaterial, das eine hinreichende Steifigkeit auf­ weist, um die Form des Filterbalges 108 aufrecht zu erhalten. Beispielsweise können ein Metallgewebe, vorzugsweise aus Stahldraht, oder ein Netzgitter aus Kunststoff für die Stütz­ schicht 142 verwendet werden.

Um ein Aneinanderlegen der Falten auch auf der Zulaufseite des Filterelementes zu verhindern, wird bei herkömmlichen Filterelementen üblicherweise eine weitere zulaufseitige Stützschicht verwendet, die in der Durchflußrichtung vor der Vorfilterschicht angeordnet ist. Eine solche zusätzliche Stützschicht erhöht die Herstellungskosten des Filterelemen­ tes jedoch beträchtlich.

Daher wird bei der hier beschriebenen Ausführungsform eines Filterelementes 100 auf eine solche zusätzliche Stützschicht verzichtet. Statt dessen umfaßt das Filterelement 100 eine Stützstruktur 146 aus mehreren, beispielsweise sechs ring­ förmigen Stützwülsten 148, die den Filterbalg 108 im wesent­ lichen konzentrisch umgeben und im Bereich der Faltenspitzen 110 mit der Vorfilterschicht 138 des Filterbalges 108 verbun­ den sind (siehe Fig. 4).

Somit dient bei dieser Ausführungsform des Filterelementes 100 die Vorfilterschicht 138 als Deckschicht zur Verankerung der Stützwülste 148.

Vorzugsweise bestehen die Stützwülste 148 aus einem Schmelz­ kleber.

Insbesondere eignet sich für die Stützwülste ein sogenannter reaktiver Hot-melt-Kleber, der gegenüber dem Filtermaterial der Vorfilterschicht 138, beispielsweise dem Zellulosepapier, eine gute Adhäsionseigenschaft aufweist.

Die Stützwülste 148 erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zu den Falten des Filterbalges 108 über die Faltengründe 112 hinweg.

Die Stützwülste 148 weisen eine hinreichende Steifigkeit auf, um eine Abstandsänderung zweier aufeinanderfolgender Falten­ spitzen 110, die jeweils mit demselben Stützwulst 148 verbunden sind, und damit ein unerwünschtes Zusammenlegen der Fal­ ten des Filterbalges 108 zu verhindern.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist jeder der Stützwülste 148 dadurch mit der Vorfilterschicht 138 des Filterbalges 108 im Bereich der Faltenspitzen 110 verbunden, daß Material des Stützwulstes 148 in einen Bereich 149 der Vorfilterschicht 138 eingedrungen und dort ausgehärtet oder erstarrt ist.

Das Material des Stützwulstes 148 ist aber nicht bis in die Feinfilterschicht 140 vorgedrungen, so daß keine unmittelbare Verbindung zwischen dem Stützwulst 148 und der Feinfilter­ schicht 140 besteht. Durch das Fehlen einer Verbindung zwi­ schen dem Stützwulst 148 und der Feinfilterschicht 140 wird verhindert, daß die Feinfilterschicht 140 bei einer Ver­ formung des Filterbalges 108 infolge einer hohen Differenz­ druckbelastung des Filterelementes 100 im Bereich des Stütz­ wulstes 148 einreißen kann. Vielmehr werden die bei einer Verformung des Filterbalges 108 auftretenden Spannungen allein von der Vorfilterschicht 138 aufgenommen und gegebe­ nenfalls durch die punktuelle Ausbildung von Rissen in der Vorfilterschicht im Bereich des Stützwulstes 148 abgebaut.

Im Gegensatz zu einer Rißbildung in der Feinfilterschicht 140 führt eine solche Rißbildung in der Vorfilterschicht 138 nicht zu einem Versagen des Filterelementes 100, da die Vor­ filterschicht 138 ja lediglich der Erhöhung der Schmutzauf­ nahmekapazität des Filterbalges 108 dient und die erforderli­ che Filterfeinheit durch die unbeschädigte Feinfilterschicht 140 weiterhin gewährleistet ist.

Der Abstand der Stützwülste 148 längs der Längsachse 104 des Filterelementes 100 darf einerseits nicht zu groß gewählt werden, damit ein Zusammenlegen der Falten des Filterbalges 108 auch in dem gesamten Bereich zwischen zwei einander be­ nachbarten Stützwülsten 148 verhindert wird.

Andererseits ist auch ein zu kleiner Abstand einander benach­ barter Stützwülste 148 von Nachteil, da die Stützwülste 148 für das zu filtrierende Fluid undurchlässig sind und sich somit mit steigender Anzahl der Stützwülste pro Längeneinheit des Filterelementes 100 der Durchflußwiderstand des Filter­ elementes 100 erhöht.

Vorzugsweise ist daher vorgesehen, daß das Verhältnis des Ab­ standes einander benachbarter Stützwülste 148 in Längsrich­ tung des Filterbalges 108 zu dem Außendurchmesser des Filter­ balges 108 zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,6 liegt. Be­ sonders bevorzugt wird ein Wert des vorstehend genannten Ver­ hältnisses, der ungefähr 0,45 beträgt.

Um den Durchflußwiderstand für das zu filtrierende Fluid mög­ lichst gering zu halten, ist es ferner von Vorteil, die Dicke der Stützwülste 148 möglichst gering zu halten. Andererseits dürfen die Stützwülste 148 auch nicht zu dünn sein, damit sie eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um eine Verformung des Filterbalges 108 zu verhindern.

Beispielsweise kann der Durchmesser des Klebewulstes zu unge­ fähr 2,5 mm gewählt werden bei einer Höhe des Filterbalges 108, d. h. einem radialen Abstand der Faltenspitzen 110 von den Faltengründen 112 des Filterbalges 108, von ungefähr 12,5 mm.

Zur Filtrierung eines Fluids wird das vorstehend beschriebene Filterelement 100 wie folgt verwendet:
Das Filterelement 100 wird in einen Filtertopf eingesetzt, in den eine Zulaufleitung für das zu filtrierende Fluid mündet. Dieser Filtertopf wird mittels eines Filterdeckels geschlos­ sen, durch den fluiddicht ein Ablaufrohr für das filtrierte Fluid hindurchgeführt ist. Der Außendurchmesser des Ablauf­ rohres ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Halteringes 128 der oberen Abschlußkappe 126 des Filter­ elementes 100, so daß das Ablaufrohr mit seiner Mündungs­ öffnung durch den Haltering 128 in das Innere des Stützrohrs 102 des Filterelementes 100 einführbar ist, wobei der O-Ring 132 den Innenraum des Stützrohrs 102 gegen den Innenraum des Filtertopfs abdichtet.

Im Betrieb des Filterelementes 100 strömt zu filtrierendes Fluid durch die Zulaufleitung in das Innere des Filtertopfs und von dort durch den Filterbalg 108 und die Durchflußlöcher 106 in dem Stützrohr 102 in den Innenraum des Stützrohrs 102. Aus dem Innenraum des Stützrohrs 102 läuft das filtrierte Fluid dann durch das Ablaufrohr ab.

Aufgrund der Stabilisierung des Filterbalges 108 durch die die Stützwülste 148 umfassende Stützstruktur 146 kann das Filterelement bei Differenzdrücken zwischen der Zulauf- und der Ablaufseite des Filterbalges 108 von bis zu 200 bar be­ trieben werden.

Zur Herstellung der vorstehend beschriebenen ersten Ausfüh­ rungsform eines Filterelementes 100 wird wie folgt vorge­ gangen:
Der Filterbalg 108 wird in an sich bekannter Weise durch Fal­ tung aus der Vorfilterschicht 138, der Feinfilterschicht 140 und der Stützschicht 142 ausgebildet. Der gefaltete Filter­ balg 108 wird an der Außenwand des Stützrohres 102 angeord­ net, und die Endbereiche 114 und 116 des Filterbalges 108 werden durch Aufschieben des Klipps 118 fluiddicht mitein­ ander verbunden. Die untere Abschlußkappe 120 und die obere Abschlußkappe 126 werden mittels eines Epoxidharzklebers oder eines Klebers auf Polyurethanharz-Basis 160 mit dem Filter­ balg 108 und dem Stützrohr 102 verbunden.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, die Abschlußkappen 120 und 126 erst nach Herstellung der Stützwülste 148 mit dem Filterbalg 108 und dem Stützrohr 102 zu verbinden.

Anschließend wird ein in einem Schmelzkleber-Reservoir be­ findlicher Schmelzkleber erwärmt, so daß er fließfähig wird, und über eine Zuführleitung einer Extrudierdüse zugeführt, deren Düsenachse im wesentlichen radial zur Längsachse 104 des Filterelementes 100 angeordnet ist. Aus dieser Düse wird der Schmelzkleber direkt auf den Filterbalg 108 extrudiert, wobei das Filterelement 100 um seine Längsachse 104 gedreht wird, so daß aus dem Schmelzklebermaterial nach dem Aushärten oder Erstarren desselben ein ringförmiger Stützwulst 148 ge­ bildet wird.

Beim Aufbringen des Schmelzklebers auf den Filterbalg 108 werden die Temperatur des Schmelzklebers und damit dessen Viskosität, der Durchfluß des Schmelzklebers durch die Düsen­ öffnung der Extrudierdüse und die Drehgeschwindigkeit des Filterelementes 100 so gewählt und aufeinander abgestimmt, daß der fließfähige Schmelzkleber in die Vorfilterschicht 138 eindringen kann, jedoch aushärtet oder erstarrt, bevor er die Feinfilterschicht 140 erreicht. Somit wird der gebildete Stützwulst 148 in der Vorfilterschicht 138 verankert, ohne unmittelbar mit der Feinfilterschicht 140 verbunden zu sein.

Nach jeweils einer vollständigen Umdrehung des Filterelemen­ tes 100, bei der ein vollständiger ringförmiger Stützwulst 148 extrudiert worden ist, wird die Ausgabe von fließfähigem Schmelzkleber durch die Extrudierdüse unterbrochen und das Filterelement 100 in Richtung seiner Längsachse 104 um den gewünschten Abstand zwischen zwei einander benachbarten Stützwülsten 148 relativ zu der Extrudierdüse verschoben. Darauf wird ein weiterer Stützwulst 148 in der vorstehend beschriebenen Weise durch Extrusion des Schmelzklebers direkt auf den Filterbalg 108 gebildet. So wird weiter verfahren, bis die gewünschte Anzahl von Stützwülsten 148 der Stütz­ struktur 146 des Filterelementes 100 gebildet ist.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise kann auch vorgesehen sein, die gewünschte Relativbewegung zwischen der Extrudierdüse und dem Filterelement 100 durch Bewegen der Extrudierdüse statt durch Bewegen des Filter­ elementes 100 zu erzeugen.

Eine in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsform eines Filterelementes 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß die fluid­ dichte Verbindung zwischen den aneinander anliegenden End­ bereichen 114 und 116 des Filterbalges 108 nicht durch Auf­ schieben eines Klipps, sondern durch eine Längsnahtverklebung hergestellt wird.

Zu diesem Zweck wird der zulaufseitige Zwischenraum zwischen der dem ersten Endbereich 114 des Filterbalges 108 benach­ barten Falte und der dem zweiten Endbereich 116 des Filterbalges 108 benachbarten Falte mit einer fließfähigen Masse ausgegossen, so daß die aneinander anliegenden Endbereiche 114 und 116 des Filterbalges 108 nach dem Aushärten oder Er­ starren dieser Masse in einen fluiddichten Dichtungsblock 150 eingebettet sind, der sich in Richtung der Längsachse 104 über die gesamte Länge des Filterbalges 108 erstreckt.

Eine solche Längsnahtverklebung ist insbesondere dann vor­ teilhaft, wenn das Filterelement 100 für einen Betrieb bei Differenzdrücken zwischen der Zulauf- und der Ablaufseite von mehr als 10 bar vorgesehen ist.

Die Herstellung der zweiten Ausführungsform des Filterelemen­ tes 100 gestaltet sich dann besonders einfach, wenn als fließfähige Masse für die Herstellung der Längsnahtverklebung dieselbe fließfähige Masse verwendet wird, aus der auch die Stützwülste 148 gebildet werden.

Insbesondere kann also ein Schmelzkleber zur Herstellung der Längsnahtverklebung dienen. In diesem Fall wird der Schmelz­ kleber vor oder nach der Bildung der Stützwülste 148 in den Zwischenraum zwischen den den Endbereichen 114 und 116 be­ nachbarten Falten des Filterbalges 108 eingefüllt.

Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform des Filter­ elementes 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellung mit der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform über­ ein, auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Eine in Fig. 6 dargestellte dritte Ausführungsform eines Filterelementes 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß die Stütz­ struktur 146 des Filterelementes 100 nicht mehrere ringförmige Stützwülste 148 umfaßt, sondern statt dessen einen spiralförmigen Stützwulst 152, der in derselben Weise mit der Vorfilterschicht 138 des Filterbalges 108 im Bereich der Faltenspitzen 110 verbunden ist wie die ringförmigen Stützwülste 148 der ersten Ausführungsform.

Die Ganghöhe des spiralförmigen Stützwulstes 152, d. h. der Abstand aufeinanderfolgender Windungen des Stützwulstes 152 in Richtung der Längsachse 104 des Filterelementes 100, wird vorzugsweise so gewählt, daß sie zwischen dem ungefähr 0,3-fachen und dem ungefähr 0,6-fachen des Außendurchmessers des Filterbalges 108 liegt.

Zur Herstellung des spiralförmigen Stützwulstes 152 wird so vorgegangen, daß ein fließfähiger Schmelzkleber aus einer Extrudierdüse, deren Düsenachse im wesentlichen radial zu der Längsachse 104 des Filterelementes 100 ausgerichtet ist, direkt auf den Filterbalg 108 des Filterelementes 100 extru­ diert wird, während sich das Filterelement 100 um die Längs­ achse 104 dreht und zugleich in Richtung der Längsachse 104 relativ zu der Extrudierdüse verschoben wird, wobei die Vor­ schubgeschwindigkeit der axialen Bewegung des Filterelementes 100 so gewählt wird, daß die gewünschte Ganghöhe des spiral­ förmigen Stützwulstes 152 erhalten wird.

Im übrigen stimmt die dritte Ausführungsform des Filter­ elementes 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellung mit der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform über­ ein, auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Fil­ terelementes 100 ist die Stützstruktur 146 mit den ringförmigen Stützwülsten 148 oder dem spiralförmigen Stützwulst 152 auf der Außenseite des Filterbalges 108 angeordnet.

Insbesondere dann, wenn die Durchflußrichtung 144 des Fil­ terelementes 100 umgekehrt werden soll, das Filterelement 100 also von dem zu filtrierenden Fluid von innen nach außen durchflossen werden soll, wird die Stützstruktur mit den ringförmigen Stützwülsten oder dem spiralförmigen Stützwulst vorzugsweise an der Innenseite des Filterbalges 108 angeord­ net. Die Reihenfolge der Schichten des mehrlagigen Filter­ balges 108 wird dabei umgekehrt, so daß die Stützwülste oder der Stützwulst sich wiederum mit der dann innen liegenden Vorfilterschicht 138 verbinden, während keine unmittelbare Verbindung zwischen den Stützwülsten oder dem Stützwulst und der Feinfilterschicht 140 besteht.

Zur Herstellung einer an der Innenseite des Filterbalges 108 angeordneten Stützstruktur wird eine Extrudierdüse verwendet, die an einem Ende eines Zuführrohres so angeordnet ist, daß die Düsenachse im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Zuführrohres ausgerichtet ist. Die Länge des Zuführrohres entspricht mindestens der Ausdehnung des Filterbalges 108 in Richtung der Längsachse 104. Somit kann das Zuführrohr mit der Extrudierdüse in den Innenraum des Filterbalges 108 ein­ tauchen, und die ringförmigen Stützwülste oder der spiral­ förmige Stützwulst der Stützstruktur können unter Ausführung einer geeigneten Relativbewegung zwischen der Extrudierdüse und dem Filterbalg 108 durch Extrusion des Schmelzklebers direkt auf die Innenseite des Filterbalges 108 ausgebildet werden.

Claims (24)

1. Filterelement, insbesondere zum Filtrieren von Mineralölen in Hydrauliksystemen, umfassend einen gefalteten, mehrlagigen Filterbalg (108) mit einer Feinfilterschicht (140) und mindestens einer wei­ teren Schicht, sowie eine Stützstruktur (146), wobei die Stützstruktur (146) mindestens einen Stützwulst (148; 152) umfaßt, der sich quer zu den Falten des Filterbalges (108) erstreckt und der mit einer von der Feinfilterschicht (140) ver­ schiedenen, für das Filtrat durchlässigen Deckschicht (138) des Filterbalges (108), jedoch nicht unmittelbar mit der Feinfilterschicht (140) verbunden ist.

2. Filterelement nach Anspruch 1, wobei die Deckschicht (138) ein Filtermaterial umfaßt.

3. Filterelement nach Anspruch 2, wobei das Filtermaterial der Deckschicht (138) eine geringere Filterfeinheit als das Filtermaterial der Feinfilterschicht (140) aufweist.

4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stützwulst (148; 152) aus einem Schmelzkleber gebildet ist.

5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stützstruktur (146) ausschließlich den Stützwulst (152) oder die Stützwülste (148) umfaßt.

6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stützstruktur (146) auf der Zulaufseite des Filterbalges (108) angeordnet ist.

7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stützwulst (148; 152) im Bereich der Faltenspitzen (110) des Filterbalges (108) mit dem Filterbalg (108) verbunden und im Bereich zwischen zwei in Längsrichtung des Stützwulstes (148; 152) aufeinanderfolgenden Faltenspitzen (110) von dem Filterbalg (108) beabstandet ist.

8. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Filterbalg (108) eine Stützschicht (142), vorzugsweise aus einem Metallgewebe oder einem Kunststoffnetzgitter, umfaßt.

9. Filterelement nach Anspruch 8, wobei die Stützschicht (142) auf der Ablaufseite des Filterbalges (108) angeordnet ist.

10. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Filterbalg (108) im wesentlichen die Form eines Zylinders aufweist.

11. Filterelement nach Anspruch 10, wobei die Stützstruktur (146) mehrere ringförmige Stützwülste (148) umfaßt.

12. Filterelement nach Anspruch 11, wobei die Stützstruktur (146) mehrere kreisringförmige Stützwülste (148) umfaßt, deren Ringachsen im wesentlichen mit der Längsachse (104) des Filterbalges (108) übereinstimmen.

13. Filterelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Verhältnis des Abstandes einander benachbarter Stützwülste (148) in Längsrichtung (104) des Filterbalges (108) zu dem Außendurchmesser des Filterbalges (108) zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,6 liegt.

14. Filterelement nach Anspruch 10, wobei die Stützstruktur (146) einen spiralförmigen Stützwulst (152) aufweist, dessen Spiralachse im wesentlichen mit der Längsachse (104) des Filterbalges (108) übereinstimmt.

15. Filterelement nach Anspruch 14, wobei das Verhältnis der Ganghöhe des spiralförmigen Stützwulstes (152) zu dem Außendurchmesser des Filterbalges (108) zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,6 liegt.

16. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei zwei Endbereiche (114, 116) des Filterbalges (108) mittels eines Klipps (118) fluiddicht miteinander verbunden sind.

17. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei zwei Endbereiche (114, 116) des Filterbalges (108) in einen fluiddichten Dichtungsblock (150) eingebettet sind.

18. Filterelement nach Anspruch 17, wobei der Dichtungsblock (150) aus demselben Material gebildet ist wie der Stützwulst (148; 152).

19. Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei aus mehreren Lagen, umfassend eine Feinfilterschicht und mindestens eine weitere Schicht, ein Filterbalg gefaltet und in die gewünschte Form gebracht wird und wobei anschließend eine Stützstruktur des Filterelementes gebildet wird, indem mindestens ein Stützwulst so quer zu den Falten des Filterbalges an demselben angeordnet wird, daß der Stützwulst sich mit einer von der Feinfilterschicht verschiedenen Deckschicht des Filterbalges, jedoch nicht unmittelbar mit der Feinfilterschicht verbindet.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Stützwulst durch Aufbringen einer fließfähigen Masse auf den Filterbalg und anschließendes Aushärten oder Erstarren der Masse gebildet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die fließfähige Masse aus einer Düse auf den Filterbalg extrudiert wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die fließfähige Masse so auf den Filterbalg aufgebracht wird, daß sie in die Deckschicht des Filterbalges und nicht in die Feinfilterschicht des Filterbalges eindringt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei zwei Endbereiche des Filterbalges in einen Dichtungsblock aus der fließfähigen Masse eingebettet werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei als fließfähige Masse ein Schmelzkleber verwendet wird.