DE3802190A1 - Filterelement sowie verfahren zum herstellen von filterelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement für gasförmige und flüssige Medien bestehend aus einer Vielzahl benach­ barter Filterzellen, insbesondere aus textilem Material, wobei die einzelnen Filterzellen einseitig geschlossen ausgebildet sind und die geöffnete Seite der Filterzellen die Anströmseite bildet und daß zwischen den Filterzellen Abströmzellen mit abströmseitigen Austrittsöffnungen zum Abströmen des gefilterten Mediums vorgesehen sind.

Es sind bereits sogenannte "Multizellenfilter" bekannt, bei denen die Filterzellen abwechselnd an einem oder dem anderen stirnseitigen Ende verschlossen sind. Das Roh­ gas oder die zu filtrierende Flüssigkeit kann dabei ein­ seitig in die offenen Filterzellen eintreten, durchströmt seitlich die Zellenwände und gelangt dann anderseitig als Reingas oder Filtrat in die Abströmzellen und nach außen. Die Filterrückstände bleiben dabei im Bereich der Filter­ zellen, woraus sie von Zeit zur Zeit entfernt werden können.

Es sind Filterelemente der eingangs erwähnten Art bekannt, die einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt der Filterzellen aufweisen. Durch den im Filter auftretenden Differenzdruck neigen diese Filterzellen zum Aneinander­ legen der Filterzellenseitenwände, ausgehend von ihrem geschlossenen Verbindungsbereich. In nachteiliger Weise wird dadurch aber die wirksame Filterfläche und die Durchlässigkeit reduziert. Diesem Übelstand versucht man durch die Steifigkeit des Filtermateriales erhöhende Be­ schichtungen zu begegnen. Dies hat aber wiederum den Nachteil, daß mit zunehmender Beschichtung die Luftdurch­ lässigkeit abnimmt.

Es sind deshalb auch schon Filterelemente bekannt, bei denen Breit- bzw. Offenhaltevorrichtungen in die einzelnen Filterzellen eingesetzt sind. Diese Breithalter können beispielsweise durch Aluminiumwellbleche od. dgl. gebildet sein. Dies bedeutet aber einen entsprechenden Aufwand. Außerdem bewirken auch diese Breithalter selbst in ge­ wissem Maße eine Beeinträchtigung der aktiven Filter­ fläche.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Filter­ element der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches unter Vermeidung der eingangs erwähnten Nachteile insbe­ sondere ohne zusätzliche Breit- oder Offenhalteein­ richtungen auskommt. Das Filterelement soll dabei einen kompakten Aufbau und eine große wirksame Filterfläche aufweisen. Schließlich soll eine einfache und wirtschaft­ liche und auch maßlich exakte Herstellbarkeit gegeben sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß an wenigstens einer der zueinander ge­ wandten Seitenwände jeder Filterzelle und/oder Abström­ zelle über ihre Oberflächen verteilt Abstandhalter-Vor­ sprünge angeformt sind, so daß die Seitenwände im wesent­ lichen über ihre gesamte Fläche auf Abstand gehalten sind.

Durch diese Abstandhalter-Vorsprünge wird auch bei höherem, auf das Filter einwirkendem Differenzdruck ein Zusammen­ drücken der Filterzellen und somit eine Reduzierung der wirksamen Filterfläche vermieden. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere auch, daß durch die Verteilung der Abstand­ halter-Vorsprünge über die Fläche der Filterzelle bzw. der Abströmzelle diese in ihrer gesamten Erstreckung "offengehalten" wird. Zusätzliche Breithalter od. dgl. sind dadurch nicht erforderlich. Außerdem ist man dadurch bezüglich der Abmessungen der Filterelemente unabhängig.

Zweckmäßigerweise weist wenigstens eine der Seitenwände einer Filterzelle bzw. einer Abströmzelle eine von der Flachform abweichende Form mit einer über die Filterlänge etwa durchgehenden Profilierung auf und daß wenigstens einzelne der Profilierungsvorsprünge die Abstandhalter sind. Dies ergibt einen besonders einfachen Aufbau und gleichzeitig auch noch eine Erhöhung der aktiven Filter­ fläche.

Eine Ausführungsform sieht dabei vor, daß die Profilierung durch eine Wellenform, Zick-Zack-Form od. dgl. gebildet ist und daß zwischen den Profilierungsvorsprüngen etwa in Durchströmungsrichtung orientierte Durchströmkanäle ge­ bildet sind. Eine solche Profilierung läßt sich einfach realisieren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß beide Seitenwände einer Filterzelle bzw. einer Abström­ zelle profiliert sind und daß gegenüberliegende Profilier­ ungsvorsprünge, vorzugsweise zueinander weisen. In diesem Falle weisen die Profilierungsvorsprünge zueinander keinen Versatz auf und können - bei entsprechendem Dif­ ferenzdruck - aneinander zur Anlage kommen. Zweckmäßigerweise sind dabei die Seitenwände zick-zack- förmig profiliert und die zueinander gewandten Profil­ kanten bilden über die Filterlänge in Durchströmrichtung verlaufende Anlagekanten. Dadurch ist über die gesamte Filterlänge bei den Vorsprüngen jeweils eine linienförmige Anlagemöglichkeit gegeben.

Vorteilhafterweise verlaufen die Seitenwände der Filter­ zellen bzw. der Abströmzellen etwa parallel zueinander. Auch dadurch ist ein einfacher Aufbau und eine einfache Herstellbarkeit begünstigt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Filterlementes, das insbesondere dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß eine Bahn aus Filtermaterial zunächst wellenförmig entsprechend etwa der späteren Filterlänge gelegt wird, daß anschließend eine Profilierung zur Bildung von Abstandhalter-Vorsprüngen eingeformt wird, daß gegebenenfalls eine Außenhülle um das vorgeformte Filtermaterial gelegt wird und daß schließlich in einem Thermofixierverfahren das Filter in der geformten Lage fixiert und die Teile miteinander verbunden werden. Das Filter ist nach diesem Verfahren komplett einbaufertig und auch vergleichsweise formstabil.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zum Teil aufgebrochen dargestellten Filterelementes,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht von drei nebeneinander angeordneten Filterzellenreihen und zwei dazwischen befindlichen Abströmzellen- Reihen,

Fig. 3 eine Teilaufsicht eines Filterelementes in Ruhestellung sowie

Fig. 4 die in Fig. 3 gezeigte Ansicht bei starker Druckdifferenzbelastung,

Fig. 5 eine Aufsicht eines Filterelementes mit Blick in die Filterzellen und

Fig. 6 eine schematisierte Darstellung mit einem in eine Gasführung eingebauten Filterelement.

Ein insbesondere in Fig. 1 und 5 gezeigtes Filterelement 1 dient zum Filtern von gasförmigen oder flüssigen Medien. Es besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl benachbarter Filterzellen-Reihen 2 mit jeweils dazwischen befindlichen Abströmzellen-Reihen 3. Zu jeder Filterzellen-Reihe 2 ge­ hören nebeneinanderliegende Filterzellen 4 und dement­ sprechend gehören zu Abströmzellen-Reihen 3 nebeneinander­ liegende, einzelne Abströmzellen 5. Die offene Seite der Filterzellen-Reihe 2 bildet die Anströmseite 6 und auf der gegenüberliegenden, im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 unteren Seite befindet sich die Abströmseite 7. Die Filterzellen bzw. Filterzellen-Reihen sind bei der Abström­ seite 7 und die Abströmzellen bzw. die Abströmzellen- Reihen sind an der Anströmseite 6 geschlossen ausgebildet. Von der Anströmseite 6 her kommendes Rohgas oder die zu filtrierende Flüssigkeit kann somit in die dort offenen Filterzellen eintreten, durchströmt dann seitlich die Zellenwände und gelangt auf der anderen Seite in die Abströmzellen 5 und von dort zur Abströmseite 7.

Erfindungsgemäß sind nun die Filterzellenwände bzw. die Abströmzellenwände so geformt, daß über ihre Oberfläche verteilt Abstandhalter-Vorsprünge 8 gebildet sind, so daß ein Aneinanderlegen dieser Zellenwände auch bei höheren Differenzdrücken zwischen der Anströmseite 6 und der Ab­ strömseite 7 verhindert wird. Im Ausführungsbeispiel ist eine zick-zack-förmige Profilierung der Zellenwände vor­ gesehen, wobei zwischen den Profilierungsvorsprüngen, die gleichzeitig die Abstandhalter-Vorsprünge 8 bilden, etwa in Durchströmrichtung orientierte Durchströmkanäle 9 ge­ bildet sind.

Wie insbesondere in den Fig. 2 bis 5 erkennbar, weisen gegenüberliegende Profilierungsvorsprünge zueinander. In Ausgangslage oder bei geringer Durchströmungsbelastung des Filterlementes 1 ergibt sich die in Fig. 3 erkennbare Situation, wobei die gegenüberliegenden Vorsprünge 8 noch etwas Abstand voneinander haben. Dies wird erreicht, weil der mittlere Abstand der Seitenwände 10 größer als die Profiltiefe bemessen ist. Die Vorsprünge 8 sind im wesent­ lichen durch Faltkanten gebildet, die in Durchström­ richtung des Filters längs über die gesamte Filterlänge verlaufen.

Erfolgt nun eine sehr starke Filterdurchströmung mit ent­ sprechenden Differenzdrücken zwischen Anström- und Abström­ seite, so können sich durch die besondere Konstruktion und Formgebung des erfindungsgemäßen Filterelementes 1 die Längskanten, welche die Abstandhalter-Vorsprünge 8 bilden aneinanderlegen und somit die Filter- und Ab­ strömzellenwände auf Abstand halten. Dies erfolgt über die gesamte Filterlänge, so daß sich praktisch keine Be­ einträchtigung der Filterdurchlässigkeit ergibt.

Insbesondere auch für eine einfache Herstellbarkeit des Filterlementes 1, verlaufen die Seitenwände 10 etwa parallel zueinander.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Filterzellen 4 und auch die Abströmzellen 5 seitlich zu benachbarten Zellen der gleichen Reihe jeweils offen aus­ gebildet. Erst bei extremer Belastung liegen die Vorsprünge 8 (Längskanten) aneinander (Fig. 4), so daß dann die einzelnen Filter bzw. Abströmzellen gegeneinander abge­ grenzt sind. Die einzelnen Zellen bilden aber jeweils offene Durchströmkanäle 9, so daß auch in dieser Be­ lastungssituation eine praktisch unveränderte Durch­ lässigkeit des Filters vorhanden ist.

Fig. 6 läßt gut erkennen, daß das Filterelement 1 aus einer jeweils bei der Zuström- oder Anströmseite 6 und bei der Abströmseite 7 wechselweise etwa zick-zack-förmig umgefalteten Filtermaterialbahn gebildet ist. Das Filter­ element 1 ist hier in eine Luftzuführung 11 eingesetzt, die beispielsweise zu einem Kraftfahrzeuginnenraum führen kann. Mit 12 ist ein Ventilator 12 bezeichnet.

Das Filterlement 1 weist außenseitig eine Außenhülle 13 auf, die vorzugsweise ebenso wie die Filter- und Abström­ zellen-Seitenwände 10 aus textilem Material besteht.

Das erfindungsgemäße Filterelemt 1 kann vorzugsweise in einem Thermofixierverfahren hergestellt werden. Durch dieses Verfahren erhält man anschließend eine permanente Formgebung der Filterwände. Bei diesem Herstellungsver­ fahren wird zunächst eine Bahn aus Filtermaterial durch in die späteren Filterzellen 4 und die Abströmzellen 5 eingreifende und das Filtermaterial dabei wellenförmig legende Stempel geformt. Diese Stempel weisen durch die Zick-Zack- Profilierung zur Formung der Seitenwände 10 mit den Ab­ standhalter-Vorsprüngen 8 auf. Die Stempel können seitlich zueinander verfahren werden, so daß dann die dazwischen befindlichen Filtermaterialbahnen in die spätere Form gebracht werden. Anschließend kann die Außenhülle um das vorgeformte Filtermaterial gelegt werden und durch an­ schließende Erhitzung wird das Filtermaterial in der ge­ formten Lage fixiert und die Außenhülle mit den übrigen Filterteilen verbunden. Dies ist ein Beispiel für eine besonders einfache und rationelle Herstellung des Filter­ elementes.

Die einzelnen Filterzellen 4 und auch die Abströmzellen 5 haben im Ausführungsbeispiel einen viereckigen, insbe­ sondere quadratischen Querschnitt. Die zueinander gewandten Längskanten, die im Bedarfsfalle auch linienförmige Anlage­ stellen bilden, können gegebenenfalls auch von vorne­ herein z.B. durch Klebestellen, Heißsiegelverbindungen od. thermoplastische Kunststoffe od. dgl. miteinander verbunden sein. Dies könnte insbesondere bei hohen Eigen­ stabilitätsanforderungen an das Filterelement 1 vorgesehen sein.

Durch die besondere Formgebung der Seitenwände 10 ergibt sich insgesamt eine hohe Eigenstabilität des Filterele­ mentes 1, da hierdurch im wesentlichen ein wabenform­ ähnlicher Aufbau vorhanden ist. Durch diese stabilisieren­ de Formgebung können die Filterseitenwände auch aus weit­ gehend mit Stabilisiermittel unbeschichtetem, textilem Material bestehen, obgleich bedarfsweise auch ein solche Beschichtung vorgesehen sein kann. Erwähnt sei hierbei auch, daß die Filterwände 10 auch karbonisiert sein können, um eine hohe Hitzebeständigkeit zu erzielen und um auch den Einsatz in Feuerungs- und Heizungsanlagen zu ermöglichen. Auch der Einsatz als Abgasfilter für Diesel­ motoren ist denkbar. Weiterhin können die Wände anti­ statisch oder mit aufgebrachten oder eingelagerten Hilfs­ stoffen, z.B. Aktivkohle oder Säuereschutz od. dgl. ver­ sehen sein. Da das Filterelement 1 sowohl von der Abström­ seite 7 her als auch von der Anströmseite 6 her betrachtet gleich aufgebaut ist, ist die Einbaulage des Filterele­ mentes beliebig. Auch ist bedarfsweise gut eine Reinigung im Gegenstromverfahren möglich, da die Stabili­ tät und das Offenbleiben der Filterzellen bzw. der Ab­ strömzellen 5 in beiden möglichen Durchströmrichtungen gleich ist.

Ein wesentlicher Vorteil besteht bei der mit parallelen Seitenwänden versehenen Ausführung auch noch darin, daß die Stabilität der einzelnen Filterzellen oder Filter­ zellen-Reihen unabhängig von der Baulänge des Filters ist, so daß auch sehr lange Filter realisierbar sind, ohne daß hierbei die Gefahr besteht, daß die Filterzellen bzw. die Abströmzellen bei hohen Druckdifferenzen zusammen­ fallen. Im wesentlichen rührt dies daher, weil die Ab­ standhalter-Vorsprünge 8, die im Ausführungsbeispiel durch die über die gesamte Länge des Filters laufende Längs­ faltkanten gebildet sind, praktisch über die gesamte Längsseitenfläche des Filters verteilt angeordnet sind.

Außer der in den Ausführungsbeispielen gezeigten, bevor­ zugten Profilierung der Seitenwände 10 in Zick-Zack-Form können auch andere Profilierungen z.B. eine wellenförmige oder gegebenenfalls auch eine Profilierung mit parallel zueinander weisenden Vorsprüngen 8 vorgesehen sein.

Versuche haben gezeigt, daß bei sonst gleichen Bedingungen das erfindungsgemäße Filterelement 1 eine gegenüber bis­ herigen Filtern vielfache, z.B. achtfache Durchlässigkeit aufweist, ohne daß hierbei die Filterwirksamkeit beein­ trächtigt ist.

Wie in Fig. 1 erkennbar können außenseitig an dem Filter­ element noch Abschluß- oder Dichtflansche 14 vorgesehen sein, wobei in Fig. 1 ein solcher Dichtflansch am Außen­ rand der Anströmseite 6 angedeutet ist.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (14)

1. Filterelement für gasförmige und flüssige Medien, bestehend aus einer Vielzahl benachbarter Filter­ zellen, insbesondere aus textilem Material, wobei die einzelnen Filterzellen einseitig geschlossen ausgebildet sind und die geöffnete Seite der Filter­ zellen die Anströmseite bildet und wobei zwischen den Filterzellen Abströmzellen mit abströmseitigen Austrittsöffnungen zum Abströmen des gefilterten Mediums vorgesehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an wenigstens einer der zueinan­ der Seitenwände (10) jeder Filterzelle (4) und/oder Abströmzelle (5) über ihre Oberfläche verteilt Ab­ standhaltervorsprünge (8) angeformt sind, so daß die Seitenwände im wesentlichen über ihre gesamte Fläche auf Abstand gehalten sind.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstandhalter-Vorsprünge (8) in die Filterzellen (4) und in die Abströmzellen (5) vor­ stehen.

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens eine der Seitenwände (10) einer Filterzelle (4) bzw. einer Abströmzelle (5) eine von der Flachform abweichende Form mit einer über die Filterlänge etwa durchgehenden Profilierung aufweist und daß wenigstens einzelne der Profilierungs-Sprünge (8) die Abstandhalter sind.

4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Profilierung der Seitenwände (10) durch eine Wellenform, Zick-Zack-Form od. dgl. ge­ bildet ist und daß zwischen den Profilierungsvor­ sprüngen (8) etwa in Durchströmrichtung orientierte Durchströmkanäle (9) gebildet sind.

5. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nebenein­ anderliegenden Seitenwände (10) abwechselnd flach und profiliert ausgebildet sind.

6. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand der jeweils benachbarten Seitenwände (10) zueinander größer als die Profiltiefe ist.

7. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten­ wände einer Filterzelle (4) bzw. einer Abströmzelle (5) profiliert sind und daß gegenüberliegende Profilierungsvorsprünge (8) vorzugsweise zueinander weisen.

8. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (10) zick-zack-förmig profiliert sind und daß die zueinander gewandten Profilkanten vorzugsweise über die Filterlänge in Durchströmrichtung verlaufende Anlagekanten bilden.

9. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (10) der Filterzellen (4) bzw. der Abströmzellen (5) etwa parallel zueinander verlaufen.

10. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (10) zumindest bei einem Teil der Vorsprünge (8) miteinander verbunden sind.

11. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter­ seitenwände (10) aus weitgehend mit Stabilisier­ mittel unbeschichtetem, textilem Material bestehen.

12. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterzellen (4) und die Abströmzellen (5) reihenweise nebeneinander mit vorzugsweise etwa gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.

13. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer jeweils bei der Zuström- bzw. Anströmseite (6) und der Abströmseite (7) wechselweise etwa zick-zack- förmig umgefalteten Filtermaterialbahn gebildet ist und daß eine mit den Seitenwänden zwischen Abström- und Zuströmseite zumindest weitgehend dicht ver­ bundene Außenhülle (13) vorgesehen ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Filterelementes, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bahn aus Filtermaterial zunächst wellenförmig entsprechend etwa der späteren Filterlänge gelegt wird, daß anschließend eine Profilierung zur Bildung von Abstandhalter-Vorsprüngen (8) in die einzelnen Wellenabschnitte eingeformt wird, daß gegebenenfalls eine Außenhülle um das vorgeformte Filterinnenteil gelegt wird und daß schließlich in einem Thermo­ fixierverfahren das Filter in der geformten Lage fixiert und die Teile miteinander verbunden werden.