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Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein Verfahren zum
Zusammenbau eines Filterelements.
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Eine
bekannte Bauart eines Filterelements zum Filtern von Fluid, beispielsweise
Hydraulik- oder Schmierfluid, umfasst einen Filtermaterialbogen,
der gefaltet wird, um mehrere parallele Falten oder Falze zu bilden.
Die seitlichen Ränder
des Bogens werden zusammengeführt,
so dass der Bogen eine zylindrische Konfiguration bildet, wobei
die Falten des Bogens sich in der axialen oder Längsrichtung erstrecken. Die
seitlichen Ränder
des Bogens werden dann beispielsweise mit Klebstoff, einer Naht
oder einem sonstigen Mittel aneinander befestigt, um die zylindrische
Gestalt für
das Filtermaterial beizubehalten.
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Ein
derartiges gefaltetes Medium weist gegenüber nicht gefalteten Filtermedien
gewisse Vorteile auf, da die Falten eine große Oberfläche für eine Berührung mit dem zu filternden
Fluid zur Verfügung stellen,
wodurch die Schmutzaufnahmekapazität gesteigert und der Druckverlust
minimiert wird.
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Die
gefalteten Filtermedien können
kernlos sein, d. h. selbsttragend, und beim Einsetzen des Elements
in dem Gehäuse
von einem zylindrischen perforierten Stützrohr aufgenommen werden,
das integral mit dem Filtergehäuse
ausgebildet ist; oder sie können
einen zylindrischen perforierten Kern aufweisen, der integral mit
dem Element ausgebildet ist. Beide Enden des Filterelements nehmen
gewöhnlich Endkappen
auf, wobei ein geeigneter Klebstoff zwischen den Endkappen und dem
Medium aufgetragen wird. Eine der Endkappen weist eine zentrale Öffnung auf,
so dass es einem radial durch das Filtermedium strömenden Fluid
möglich
ist, durch die Öffnung zu
einem Auslasskanal in dem Gehäuse
zu strömen. Das
zu filternde Fluid strömt
gewöhnlich
durch die Filtermedien weiter radial nach innen und anschließend durch
die Öffnung
in der Endkappe nach außen,
da dies die günstigste
Strömungsrichtung
für ein
effizientes Filtern eines Fluids darstellt.
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Es
ist wichtig, dass die Falten des Filtermediums in der Lage sind,
dem durch das Medium strömenden
Druck des Fluids standzuhalten. Bei einem Auftreten eines starken
Drucks werden die Falten möglicherweise
verformt, und klappen um oder ballen zusammen. Dies ist nicht erwünscht, da
hierdurch die für
eine Filterung verfügbare
Oberfläche
der Falten verringert und die einsetzbare Lebensdauer des Elements
verkürzt
wird. Eine Lösung
hiergegen ist, das Filtermedium mit Harz zu imprägnieren, das anschließend vernetzt
wird, um dem Filtermedium eine gewisse Festigkeit zu verleihen.
Allerdings ist ein lediglich mit vernetztem Kunstharz verstärktes Medium nicht
in der Lage, den Druckdifferenzen standzuhalten, die an dem Material
in vielen Anwendungen auftreten. Die Harzvernetzung erhöht außerdem die Zahl
der Herstellungsschritte, was die Gesamtkosten des Elements verteuert.
Alternativ (oder in Hinzufügung
zu der Harzvernetzung) kann ein dünnes, mit Epoxid beschichtetes
Stahlmaschengewebe dem Medium als Schicht hinzugefügt werden,
wenn dieses gefaltet wird. Jedoch wird auch hierbei die Zahl der
Herstellungsschritte für
das Filterelement erhöht und
die Kosten des Elements vermehrt. Ein Stahlmaschengewebe eignet
sich außerdem
schlecht für
eine problemlose Entsorgung in Mülldeponien,
d. h. es lässt
sich nicht ohne weiteres verbrennen, was Umweltprobleme vergrößert.
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Eine
Anzahl von Techniken wurden vorgeschlagen, um die Falten des Filtermediums
unmittelbar abzustützen.
Die Patentschrift
US-A-3
306 794 von Humbert, Jr., zeigt beispielsweise ein gefaltetes Filtermedium,
das einen zentralen Kern umgibt, wobei eine äußere perforierte Papierschicht
um die Falten gewickelt und mit Tropfen oder Tröpfchen aus Haftzement an den
Faltenspitzen befestigt ist. Die seitlichen Ränder der Papierschicht werden überlappt
und zusammengeklebt. Ferner ist die Methode bekannt, eine spiralförmige Stützschicht
um die Falten zu wickeln und die spiralförmige Umhüllung an den Spitzen der Falten
mit einem heißen
Schmelzklebstoff zu befestigen. Es wird ferner angenommen, dass
eine Schmelzverbindung dazu verwendet wurde, um eine äußere Stützhülle an einem
inneren Filtermedium zu fixieren.
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Eine
weitere Technik ist in der Patentschrift
US-A-4 956 089 gezeigt, bei der
ein gefaltetes Medium zwischen inneren und äußeren Stützkäfigen angeordnet ist. Jeder
der Stützkäfige umfasst
ein gitterartiges Rohr aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise
Polypropylen. Die Patentschrift
US-A-4 693 985 von Degan; die Patentschrift
US-A-5 824 232 von
Asher, et al.; und die Patentschrift
US-A-4
609 465 von Miller zeigen ähnliche Strukturen, wobei ein äußeres Stützgewebe,
ein Maschengewebe oder ein Käfig
aus Materialien wie Fluoropolymeren, Halogenpolymeren, Polyester
oder aus Polyolefinen, beispielsweise Polypropylen und Polyethylen,
ausgebildet ist. Die Erfinder nehmen an, dass für die Stützkäfige gewöhnlich Monofilamentgewebe aus
einem Polymer von hoher Dichte verwendet werden. Es sollte klar
sein, dass derartige Materialien verhältnismäßig starre Stützkäfige ermöglichen.
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Tatsächlich wird
angenommen, dass Stützstrukturen
für gefaltete
Filtermedien aus dem Stand der Technik entweder verhältnismäßig starre,
käfigartige
Strukturen aufweisen, die dazu dienen, ein gefaltetes Medium zwischen
den Käfigen
zu stützen;
oder die Strukturen sind aus einem relativ elastischen Material
gefertigt, das mechanisch oder chemisch an den Falten des Mediums
befestigt wird. Diese Techniken verleihen den gefalteten Medien
zwar in vielen Anwendungen eine ausreichende strukturelle Festigkeit,
es ist allerdings anzunehmen, dass diese Techniken auch gewisse
Nachteile aufweisen. Das Ausstatten mit starren inneren und äußeren Käfigen erfordert
beispielsweise verhältnismäßig kostspielige Polymere
oder sonstige Materialien und verteuernde Herstellungsschritte,
um die Käfige
zu erzeugen. Die Herstellungstoleranzen der Käfige müssen ebenfalls sorgfältig eingehalten
werden, damit diese eng anliegend über die Falten passen. Weiter
sollen die Käfige zwar
für strukturelle
Festigkeit des Elements sorgen, es ist jedoch anzunehmen, das diese
strukturelle Festigkeit hauptsächlich
in der axialen Richtung wirkt, d. h., um einen Bruch des Elements
zu verhindern. Die Falten sind immer noch in der Lage, sich innerhalb
der Käfige
weitgehend ungehindert zu bewegen. Das Problem eines Umklappens
oder Zusammenballens der Falten im Gebrauch ist damit nicht beseitigt.
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Andererseits
erfordert ein haftendes oder in sonstiger Weise verbindendes Befestigen
der Faltenspitzen an einer äußeren Hülle außerdem zusätzliche
Herstellungsschritte, die die Gesamtkosten des Filterelements ebenfalls
erhöhen.
Es können
ferner Probleme einer fehlenden Verträglichkeit des zu filternden
Fluids mit dem Klebstoff auftreten und dazu führen, dass sich die Klebstoffverbindungen
während des
Gebrauchs auflösen.
Diese kann für
viele Anwendungen untragbar sein.
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Dementsprechend
ist davon auszugehen, dass ein Bedarf in der Industrie nach einem
Faltenfilterelement mit einer äußeren Stützstruktur
besteht, die sich problemlos über
den Falten anordnen lässt, und
die verhindert, dass sich die Falten im Gebrauch relativ zueinander
bewegen, und dabei ohne eine zusätzliche
und kostspielige mechanische oder chemische Anbindung der Stützstruktur
an die Falten auskommt .
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zum Zusammenbau eines Filterelements geschaffen,
bei dem das Filterelement ein zylindrisches gefaltetes Filtermedium
mit einer fortlaufenden Reihe von axial sich erstreckenden, miteinander
verbundenen Falten, die um einen zentralen Hohlraum angeordnet sind,
und eine fortlaufende elastische Stützhülse umfasst. Die Stützhülse weist
eine innere Abmessung auf, die normalerweise geringfügig kleiner
ist als eine ursprüngliche äußere Abmessung
des zylindrischen Filtermediums. Das zylindrische Filtermedium wird
radial zusammengedrückt,
so dass die äußere Abmessung
des zylindrischen Filtermediums kleiner wird als die innere Abmessung
der Stützhülse. Das
zusammengedrückte
zylindrische Filtermedium wird anschließend in die Stützhülse eingeführt und
dehnt sich danach wieder in Richtung seiner normalen äußeren radialen
Abmessung aus, so dass sich die Stützhülse im Wesentlichen um das
zylindrische Filtermedium erstreckt und elastisch gedehnt wird,
um die Falten des zylindrischen Filtermediums ohne mechanische oder
chemische Bindung strukturell in einer zueinander unverrückbaren
Position zu fixieren. Ein Paar Endkappen werden anschließend an entgegengesetzten
Enden des zylindrischen Filtermediums angebracht.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Zusammenbau eines Fluidfilters,
bei dem die Falten eines zylindrischen Filtermediums durch eine äußere Stützhülse in Bezug
zueinander in unverrückbarer Position
gehalten werden, ohne dass ein mechanische oder chemisches Anbinden
der Falten an die Hülse
erforderlich wäre.
Das Fluidfilter lässt
sich verhältnismäßig problemlos
und unkompliziert zusammensetzen, wodurch die Gesamtkosten des Filterelements
gesenkt werden. Die Komponenten des Filter eignen sich außerdem für eine problemlose
Entsorgung auf einer Mülldeponie,
da sie sich ohne weiteres verbrennen lassen. Als weiteren Vorteil
weist der Filter eine Außenfläche auf,
die ein unmittelbares Aufdrucken von Identifizierungszeichen (Typnummern, Logos,
usw.) auf den Filter mittels herkömmlicher Druckmaschinen und
Druckvorrichtungen erlaubt.
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Erfindungsgemäß weist
die äußere Stützhülse eine
fortlaufende, rohrförmige
Form auf, die über die
Falten gespannt ist und im Wesentlichen mit den Spitzen der Falten
zusammenpasst. Die Stützhülse ist
aus einem elastischen Material und vorzugsweise aus einem Polymermaschengewebe,
beispielsweise einem extrudierten Nylon mit einer rautenförmigen Maschenstruktur
gefertigt. Das Maschengewebe weist in Umfangsrichtung einen Maschenwinkel
zwischen etwa 60 und 90 Grad auf, der gute Dehnungscharakteristiken
in Umfangsrichtung ermöglicht.
Die Stützhülse weist
normalerweise eine geringfügig
kleinere äußere Abmessung
auf als das zylindrische gefaltete Medium und wird um mindestens
3% gedehnt, wenn sie über
das zylindrische gefaltete Medium gespannt wird. Die Stützhülse erstreckt
sich entlang der gesamten Länge
des gefalteten Mediums und ist zusammen mit Endkappen an die entgegengesetzten Enden
des Mediums angebunden. Die elastische Stützhülse übt einen radialen Druck auf
die Falten aus, um diese während
des Gebrauchs in einer zueinander unverrückbaren Position festzuhalten.
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Vorzugsweise
umfasst das gefaltete Medium einen mehrschichtigen Bogen, mit einer
(oder mehreren) nass-gelegten Glasfaserfilterschicht(n), die einen
vliesartigen Träger
aufweist (aufweisen), der zwischen einem äußeren extrudierten Polymerstützgewebe
und einem inneren extrudierten Polymerstützgewebe eingebettet ist. Die
Stützhülse und
das äußere Stützgewebe
des gefalteten Mediums greifen wegen ihrer ähnelnden Maschengewebestruktur
ineinander ein, um dem Element zusätzliche strukturelle Stabilität zu verleihen.
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Die äußere Stützhülse weist
ferner vorzugsweise eine verhältnismäßig hohe
Faserdichte auf, um ein unmittelbares Bedrucken der Außenfläche des
Filterelements mit Identifizierungszeichen zu ermöglichen.
Diese kann mittels herkömmlicher
Stempel-, Tintenstrahl- oder Laserdrucker oder sonstiger Vorrichtungen
durchgeführt
werden.
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Der
Fluidfilter wird zusammengesetzt, indem zunächst der Filtermediumbogen
mit einer fortlaufenden Reihe von axial sich erstreckenden, miteinander verbundenen
Falten versehen wird, wobei die seitlichen Ränder des Bogens anschließend beispielsweise
mit Klebstoff zusammengefügt
werden, um die zylindrische Gestalt des Filtermediums aufrechtzuerhalten.
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Die
rohrförmige
Stützhülse wird
anschließend
vorübergehend
an einem Ende mit einem konischen Einbauwerkzeug verbunden, und
das zylindrische gefaltete Medium wird durch das konische Werkzeug
gedrückt,
um das Medium radial zusammenzudrücken, so dass sich das Medium
ohne Weiteres gleitend in die Stützhülse einführen lässt.
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Die
Verbundstruktur (gefaltetes Medium und Stützhülse) wird anschließend radial
aufgeweitet. Falls das Fluidfilter mit einem inneren Trägerkern auszustatten
ist, wird ein zweites konisches Einbauwerkzeug vorübergehend
an einem Ende des Trägerkerns
befestigt, und der Trägerkern
wird anschließend
in den zentralen Hohlraum des zylindrischen Filtermediums gedrückt, wobei
er das zylindrische Filtermedium in die Stützhülse hinein ausdehnt. Die Stützhülse passt
sich elastisch passend auf den Faltenspitzen und hält die Falten
in einer zueinander unverrückbaren
Position fest. Das konische Werkzeug wird anschließend von
dem vorderen Ende des Trägerkerns
entfernt.
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Im
Falle eines kernlosen Elements wird ein Formdorn mit einem ähnlichen
konischen Einbauwerkzeug in den zentralen Hohlraum der Verbundstruktur
gedrückt,
wobei das Medium radial erweitert wird, und die Stützhülse sich
auch hier elastisch an die Faltenspitzen anpasst. Der Formdorn wird
anschließend
entfernt, wodurch es dem zylindrischen ge falteten Medium möglich ist
sich ein wenig zusammenzuziehen jedoch die äußere Stützhülse immer noch elastisch an
den Faltenspitzen anliegt, um die Falten in einer zueinander unverrückbaren
Position festzuhalten.
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In
beiden Konfigurationen werden die Endkappen dann an den entgegengesetzten
Enden des Mediums angebracht, wodurch auch die Stützhülse (und,
falls vorhanden, ein Trägerkern)
an dem Medium längs
der Enden des Mediums befestigt werden. Unmittelbar auf der Außenfläche des
Filters kann dann eine geeignete Kennzeichnung angebracht (z.B.
aufgedruckt) werden.
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Das
Fluidfilter umfasst eine gefaltete Struktur und eine äußere elastische
Stützhülse, die
die Falten ohne mechanische oder chemische Bindung in einer zueinander
unverrückbaren
Position hält.
Die Technik des Zusammenbaus des Fluidfilters ist verhältnismäßig einfach
und unkompliziert, was die Gesamtkosten des Elements reduziert.
Die Komponenten des Filterelements eignen sich außerdem für eine problemlose
Entsorgung auf einer Mülldeponie,
da sie sind ohne weiteres verbrennen lassen. Darüber hinaus kann das Element
leicht mit Identifizierungszeichen versehen werden, um die problemlose
Identifizierung eines passenden Filterelements für eine spezielle Anwendung
zu erleichtern.
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Die
Erfindung wird schematisch in den beigefügten Zeichnungen exemplarisch
veranschaulicht:
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1 zeigt in einer Seitenansicht
ein gemäß den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung konstruiertes Filterelement, wobei das Element
teilweise im Querschnitt dargestellt ist:
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2 zeigt eine teilweise quergeschnittene Stirnansicht
des Filterelements nach 1,
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3 zeigt einen ersten Schritt
während
des Zusammenbaus des Filterelements nach 1;
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4 zeigt einen zweiten Schritt
während des
Zusammenbaus des Filterelements eines ersten Ausführungsbeispiels;
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5 zeigt einen zweiten Schritt
während des
Zusammenbaus des Filterelements eines zweiten Ausführungsbeispiels;
und
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6 zeigt eine vergrößerte Ansicht
der Fasermatrix für
die Stützhülse des
Filterelements.
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Indem
nun beginnend mit 1 auf
die Zeichnungen eingegangen wird, ist ein gemäß den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung konstruiertes Filterelement allgemein mit 10 bezeichnet.
Das Filterelement 10 umfasst ein zylindrisches gefaltetes Filtermedium 12,
das einen zentralen Hohlraum 13 umgibt; eine äußere Stützhülse 14,
die im folgenden detaillierter beschrieben wird; und ein Paar Endkappen 16, 17,
die an entgegengesetzten Enden des Elements angebracht sind. Die
Endkappen 16, 17 ermöglichen es, das Filterelement
an einen oder mehrere geeignete Durchlasskanäle in einem (nicht gezeigten)
Filtergehäuse
strömungsmäßig anzuschließen, um
einem Fluid zu ermöglichen,
aus dem zentralen Hohlraum 13 des Elements heraus (bzw.
in diesen hinein) zu strömen.
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Wie
aus 1 und 2 ersichtlich, umfasst das Filtermedium 12 in
dem Beispiel allgemein mit 18 bezeichnete, axial sich erstreckende
Falten, die endlos miteinander verbunden sind. Die Falten umfassen äußere Enden 19,
die Faltenspitzen definieren, innere (eingebuchtete) Enden 20 und
Seitenwände 21, die
die äußeren Enden
und inneren Enden miteinander verbinden. Die Achsen der Falten verlaufen
im Wesentlichen parallel zueinander und können mittels einer beliebigen
geeigneten Falztechnik, beispielsweise einer Plissiermaschine, oder
von Hand geformt werden. Die Anzahl und Abmessungen der Falten können abhängig von
der speziellen Anwendung variieren.
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Das
Filtermedium 12 umfasst vorzugsweise einen Bogen mit einer
mehrschichtigen Struktur. Die mehrschichtige Struktur umfasst ein
inneres Stützgewebe 22,
eine mittlere Filterschicht 23 und ein äußeres Stützgewebe 24. Die Schichten
des Mediums können
aus einem beliebigen geeigneten Material gefertigt sein, beispielsweise
aus Polymer, Zellulose, Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Glasfaserstoff, Spinnvliesmaterial,
Tuch, Papier, Nylon, Orlon, usw., oder aus Kombinationen davon.
Die inneren und äußeren Stützgewebe
des Mediums sind vorzugsweise aus einem extrudierten Polymer gefertigt,
während die
mittlere Filterschicht vorzugsweise ein nass-gelegtes Glasfaserstoffmedium
ist (z.B. Borosilikatmikroglasfasern mit einem Akrylbindemittel).
Das Stützgewebe
sollte möglichst
glatt sein, um einen Abrieb an der mittleren Filterschicht zu vermeiden.
Stromaufwärts
und stromabwärts
können
auf den gegenüberliegenden
Seiten der Filterschicht ferner vliesartige Stützschichten (z.B. Schichten
aus Polyester, Nylon oder Hanf) vorgesehen sein, um Beschädigungen der
Filterschicht zu verhindern. Die Wahl der Materialien der Filterschicht
und des Stützgewebes
(und – falls
vorgesehen – der
vliesartigen Stützschichten) wird
im Allgemeinen von der speziellen Anwendung, der Verträglichkeit
mit dem zu filternden Fluid und den Temperaturanforderungen abhängen. Die
Techniken zum Formen sämtlicher
Schichten sollten in der Fachwelt gut bekannt sein.
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Die
Filterschicht 23 weist vorzugsweise eine Nennporengröße auf,
die geringer ist als die Nenn-"Porengröße" (Faserdichte) der
Stützgewebe 22, 24.
In ähnlicher
Weise ist die Dicke der Filterschicht 23 vorzugsweise geringer
als die Dicke der Stützgewebe 22, 24.
Es ist bevorzugt, dass die Filterschicht eine Nennporengröße von zwischen
1 μm und
50 μm und
eine Dicke in dem Bereich von etwa 0,128 mm (0,005 Zoll) bis etwa
0,064 mm (0,025 Zoll) aufweist. Die Stützgewebe weisen vorzugsweise
jeweils eine Faserdichte von etwa 16 Fasern pro Zoll, und eine Dicke
im Bereich von etwa 0,385 mm (0,015 Zoll) bis etwa 0,641 mm (0,025)
Zoll auf. Es sollte klar sein, dass der Wirkungsgrad der Filterschicht
um einige Größenordnungen
größer ist
als der Wirkungsgrad der Filterschichten. Die Porengröße, die
Faserdichte und die Dicke der Filterschicht 23 und der Stützgewebe 22, 24 (und
jeder vliesartigen Stützschicht)
können
ebenfalls selbstverständlich
abhängig
von der speziellen Anwendung (auch außerhalb der oben erwähnten Bereiche)
variieren. Während eine
wie oben erörterte
mehrschichtige Struktur bevorzugt ist, kann das Filtermedium auch
einschichtig sein. Es könnte
auch mehr als eine Filterschicht mit einer oder mehreren Stützgewebeschichten
vorgesehen sein, oder es könnte
lediglich eine (oder mehrere) Filterschichten) ohne stützende Gewebeschichten
vorgesehen sein.
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Auf
jeden Fall wird der Medienbogen vorzugsweise anfänglich mit den übereinanderliegenden
Schichten ausgebildet, und die Schichten werden mittels der oben
beschriebenen herkömmlichen Techniken
zusammengefaltet. Die seitlichen Ränder der Falten werden anschließend zusammengeführt und
die Ränder
bogenförmig
verbunden, beispielsweise mit einem Klebstoff oder durch ein beliebiges sonstiges
geeignetes Mittel, so dass das Medium eine zylindrische Konfiguration
aufweist. Die Falten erstrecken sich endlos um die Untereinheit
des fertiggestellten Mediums, wobei die Falten radial nach außen ragen.
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Die äußere Stützhülse 14 für das Element
ist aus einem elastischen Material gefertigt, d. h. einem flexiblen
Material, das in der Lage ist, sich zu verformen und zumindest bis
zu einem gewissen Grad in seine ursprüngliche Gestalt zurückzukehren.
Die Stützhülse sollte
ferner aus einem Material gefertigt sein, das mit dem zu filternden
Fluid verträglich
ist und ausreichende Festigkeit aufweist, um einem über das
Filtermedium hinweg auftretenden Druckgefälle standzuhalten. Vorzugsweise
ist die Stützhülse aus
einem thermoplastischen kunstharzhaltigen Polymer, beispielsweise
Nylon, gefertigt, das sich extrudieren oder weben lässt, und
weist eine rautenförmige
Maschengewebe- oder
Matrixstruktur auf (siehe 6).
Die Nennporengröße der Stützhülse sollte kleiner
sein als die Nennporengröße der darunter
angeordneten Filterschicht, so dass die Stützhülse keine primäre Filterung
bewirkt. Andererseits ist bevorzugt, dass die Hülse eine ausreichend hohe Faserdichte
aufweist, um das Aufdrucken von Identifizierungszeichen (Logos,
Typennummern, usw.), beispielsweise in der Nähe des Bezugszeichens 36,
unmittelbar auf die Außenfläche der
Hülse mittels
herkömmlicher
Stempelkissen-, Tintenstrahloder Laserdruckergeräte oder sonstiger Vorrichtungen
zu ermöglichen.
Eine Hülse
mit einer Faserdichte von etwa 26 Fasern pro Zoll und einer Dicke
in dem Bereich von etwa 0,256 mm (0,010 Zoll) bis 0,769 mm (0,030
Zoll) hat sich als geeignet erwiesen, jedoch können auch hier das Material,
die Faserdichte und die Dicke der Hülse abhängig von der speziellen Anwendung
variieren. Mittels einer einfachen Untersuchungsreihe ist der Fachmann
ohne weiteres in der Lage, für
eine spezielle Anwendung ein geeignetes Material für die Stützhülse und
die erforderliche Faserdichte bzw. Dicke zu ermitteln.
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Wie
aus 2 ersichtlich, wird
die äußere Stützhülse 14 aufgeweitet
oder radial über
die Falten gespannt und weist eine Elastizität auf, die es der Stützschicht
erlaubt, sich zumindest an die äußeren Faltenspitzen
des Mediums anzupassen. Es sollte klar sein, dass die Hülse in den
zwischen den Falten liegenden Abschnitten von den Falten beabstandet ist.
Die äußere Stützhülse weist
normalerweise eine radiale Abmessung auf, die geringfügig kleiner
ist als die normale äußere radiale
Abmessung des gefalteten Mediums, und wenn die äußere Stützhülse über das Medium gespannt wird,
dehnt sich die Hülse
geringfügig über ihre
normale Abmessung hinaus nach außen aus. Vorzugsweise wird
die Hülse
um mindestens 3% gedehnt, und vorzugsweise zwischen etwa 3 bis 6% über deren
normale äußere Abmessung
hinaus gedehnt, d. h. der Durchmesser der Hülse wächst im gedehnten Zustand um
mindestens 3% an. Die gespannte elastische Stützhülse übt einen radialen Druck auf
die Falten aus, um diese in einer zueinander unverrückbaren
Position zu halten. Es wurde festgestellt, dass dieser radiale Druck
die Falten über
einen weiten Bereich von Druckwerten in einer zueinander unverrückbaren
Position hält,
und dies ohne dass zusätzliche
mechanische oder chemische Befestigungen an das Medium erforderlich
sind.
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Wie
in 6 gezeigt, ist es
bevorzugt, dass die äußere Stützhülse 14 einen
Maschenwinkel von nicht mehr als 90 Grad, und eher bevorzugt einen Maschenwinkel
von zwischen 60 und 90 Grad aufweist. Wie in dieser Figur gezeigt,
wird der "Maschenwinkel" in der x-Richtung
(d.h. in Umfangsrichtung) gemessen. Wenn der Maschenwinkel geringer
als 90 Grad ist, ist die Kraftkomponente in der "x"-Richtung (d.h.
in der Umfangsrichtung) geringer und ermöglicht dadurch ein weiteres
Dehnen der Hülse
in Umfangsrichtung um das zylindrische Filtermedium. Dieser Maschenwinkel
ermöglicht
ferner sowohl für
die Hülse
als auch für
die zylindrische Faltenstruktur einen größeren Toleranzbereich. Während der
oben erwähnte
Maschenwinkelbereich bevorzugt ist, kann der Winkel selbstverständlich abhängig von
der speziell gewünschten
Elastizität
(auch außerhalb
dieses Bereichs) variieren.
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Indem
wiederum auf 2 und 3 Bezug genommen wird, greifen
die Stützhülse 14 und
das äußere Stützgewebe 24 für das gefaltete
Medium an der Position der Faltenspitzen aufgrund ihrer ähnlichen
Maschengewebestrukturen ineinander ein. Dies sorgt in Umfangsrichtung
des Filtermediums für zusätzlichen
Halt (erhöhte
Ermüdungsfestigkeit)
der Falten.
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Die
Endkappen 16, 17 für das Element weisen im Allgemeinen
eine kreisförmige
Konfiguration auf, wobei mindestens eine der Endkappen 16 mit
einer zentralen kreisförmigen Öffnung 30 für einen
hindurchfließenden
Fluidstrom ausgebildet ist. Um gegen einen geeigneten Fluidkanal
in dem Gehäuse abzudichten,
kann eine nachgiebige elastomere O-Ringprofildichtung 32 in
einer radial nach innen gerichteten Nut vorgesehen sein, die rund
um die Öffnung 30 in
der Endkappe 16 ausgebildet ist. Die Endkappe 17 weist
vorzugsweise eine durchgehende, nicht perforierte Struktur auf,
oder könnte
desgleichen mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung ausgebildet sein, um
einen Fluidkanal in dem Filtergehäuse aufzunehmen. Die Endkappen
können
aus einem beliebigen geeigneten undurchlässigen Material, beispielsweise
einem starren Kunststoff ausgebildet sein, der mit dem zu filternden
Fluid verträglich
ist und sich ohne weiteres verbrennen oder in sonstiger Weise problemlos
auf einer Deponie entsorgen lässt.
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Die
Endkappen 16, 17 sind mittels eines Klebstoffs
oder eines sonstigen geeigneten Mittels an den Enden des Filtermediums
befestigt. Der Klebstoff wird über
das gesamte ringförmige
Ende des gefalteten Mediums aufgetragen, und befestigt auch die Stützhülse an den
Enden des Mediums sowie (so vorhanden) an den Enden des Trägerkerns.
Während
sich die Stützhülse vorzugsweise über die
gesamte Länge
des gefalteten Mediums erstreckt, ist es möglich, dass die Stützhülse knapp
vor den Enden endet und über
die Klebstoffmasse an dem Medium befestigt wird.
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Das
gefaltete Filtermedium kann nach innen hin durch einen mit
33 bezeichneten
Trägerkern
gestützt
sein oder es kann "kernlos", d. h. selbsttragend,
sein und abnehmbar von einem integral mit dem Filtergehäuse ausgebildeten
Stützrohr
dieses umgebend aufgenommen sein. Ein Trägerkern und ein Stützrohr sind
im Allgemeinen über
die Länge
des Rohres bzw. Kerns mit mehreren beabstandeten Öffnungen
für einen radialen
Fluidstrom ausgebildet, und sind innerhalb der inneren (nach innen
gebuchteten) Enden
20 der Falten eng anliegend aufgenommen,
um die inneren Enden der Falten zu tragen. Ein Stützrohr/Kern
kann aus einem beliebigen, für
die spezielle Anwendung geeigneten Material ausgebildet sein, beispielsweise
aus einem starren Kunststoff (insbesondere im Falle eines Trägerkerns)
oder aus Metall (insbesondere im Falle eines Stützrohrs). Sich um den Umfang
erstreckende Streifen aus einem Material könnten ferner, wie es beispielsweise
in der PCT-Veröffentlichung
mit der Internationalen Veröffentlichungsnummer
WO 97/31695 , eingereicht
am 20. Februar 1997 mit dem Titel "Coreless Non-Metallic Filter Element", beschrieben ist,
an den inneren Enden der Falten haftend angebracht sein, um zu erreichen,
dass sich das Filterelement problemlos in ein Stützrohr in dem Gehäuse einsetzen
oder von dem Stützrohr
entfernen lässt.
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Gemäß 3, wird dem Medium 12,
um das Filterelement 10 herzustellen, zunächst ein
zylindrische Konfiguration verliehen. Die äußere Stützhülse 14 wird anschließend vorübergehend
mit ihrem vorderen Ende 39 an einem konischen Einbauwerkzeug 40 angebracht
(z.B. geklemmt). Ein Werkzeug 40 weist an einem ersten
Ende 42, an dem die Hülse 14 befestigt
wird, einen in etwa mit der Hülse übereinstimmenden
Durchmesser auf, und weist ein zweites, freies Ende 44 mit
einer inneren Abmessung (Innendurchmesser) auf, die (der) mindestens
so groß,
und vorzugsweise geringfügig
größer ist
als die äußere Abmessung
(der Außendurchmesser)
der Mediumuntereinheit. Das Medium 12 wird axial in das
konische Werkzeug 40 durch das erweiterte Ende 44 eingeführt. Während des
Einführens
des zylindrischen Filtermediums in das Werkzeug wird das Medium
durch die konische Innenfläche
des Werkzeugs auf eine Abmessung radial zusammengedrückt, die geringer
ist als die Stützhülse, um
dem zylindrischen Filtermedium zu ermöglichen, problemlos in die Stützhülse 14 zu
gleiten.
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Nachdem
das Medium in die Hülse 14 eingeführt ist,
wird das konische Werkzeug 40 von dem vorderen Ende der
Hülse entfernt,
mit dem Ergebnis, dass sich die Hülse entlang der gesamten Länge des zylindrischen
Filtermediums erstreckt.
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Zu
beachten ist, dass individuelle Mediumuntereinheiten jeweils einzeln
nacheinander in individuelle Stützhülsen eingeführt werden
können, oder
ein zylindrisches Filtermedium mit einer erheblichen Länge zur
Gänze in
eine wesentlich längere äußere Hülse eingeführt werden
kann, und anschließend
die Verbundstruktur geschnitten werden kann, um einzelne Filterelemente
zu bilden.
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Indem
nun auf 4 und 5 eingegangen wird, wird
die Verbundstruktur (Medium und Stützhülse) in jedem Fall anschließend radial
aufgeweitet. Wie zunächst 4 zu entnehmen, die ein
erstes Ausführungsbeispiel
mit einem zentralen Trägerkern 33 veranschaulicht,
weist der Trägerkern
eine äußere Abmessung
(einen Außendurchmesser)
auf der geringfügig
größer ist
als die normale innere Abmessung (der Innendurchmesser) des zusammengedrückten zylindrischen
Filtermediums. Der Trägerkern
wird mit einem zweiten konischen Einbauwerkzeug 54 versehen,
das vorübergehend
an dem vorderen Ende 56 des Trägerkerns befestigt (z.B. geklemmt)
wird. Das konische Werkzeug 54 weist ein an dem vorderen
Ende 56 des Trägerkerns
zu befestigendes erstes Ende 58 mit einer (einem) in etwa
mit dem Außendurchmesser
des Kerns übereinstimmenden
Abmessung (Außendurchmesser)
auf, und weist ein radial reduziertes vorderes Ende 60 mit
einer (einem) Abmessung (Außendurchmesser)
auf, die (der) konfiguriert ist, um innerhalb des zentralen Hohlraums 13 des
zylindrischen Filtermediums aufgenommen zu werden.
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Der
Trägerkern 33 wird
mit dem konischen Werkzeug 54 in axialer Richtung in den
zentralen Hohlraum 13 der Verbundstruktur geschoben, wobei die
konische Fläche
des Werkzeugs 54 das Medium radial vergrößert und
aufweitet, so dass das zylindrische Filtermedium eine(n) innere
Abmessung (Innendurchmesser) aufweist, die (der) ohne weiteres über den
Trägerkern 33 gleitet.
Dabei werden die Falten radial nach außen gedrückt, so dass sie die umgebende
Stützhülse 14 elastisch
dehnen und verformen. Auch hier ist es bevorzugt, dass die Stützhülse etwa
um 3 bis 6% gedehnt wird, so dass die Hülse einen radialen Druck auf
die Faltenspitzen ausübt,
der ausreicht, um die Falten in einer zueinander unverrückbaren
Position zu halten. Die äußere Abmessung
des Trägerkerns,
die erforderlich ist, um diese Ausweitung zu erreichen, lässt sich
ohne weiteres mittels einfacher Untersuchungsreihen berechnen oder
ermitteln.
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Nachdem
der Trägerkern 50 in
das zylindrische Filtermedium eingeführt ist, wird das konische Werkzeug 54 von
dem Trägerkern
abgenommen, und die Endkappen 16, 17 werden mit
den Enden des Mediums verbunden, wobei auch die Enden der Stützhülse 14 und
des inneren Trägerkerns 33 an dem
Medium befestigt werden.
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Gemäß 5, in der ein zweites "kernloses" Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, weist ein Formdorn 70 eine(n) äußere Abmessung
(Außendurchmesser) auf,
der geringfügig
größer ist
als die innere Abmessung (der Innendurchmesser) der aus dem Medium und
der Stützhülse gebildeten
Verbundstruktur. Der Formdorn weist ein konisches Ende 72 auf,
das axial in den zentralen Hohlraum 33 des zylindrischen
Filtermediums eingeführt
wird. Das konische Ende des Formdorns weist ein vorderes Ende 73 auf
mit einer äußeren Abmessung
(einem Außendurchmesser), die
(der) konfiguriert ist, um in dem zentralen Hohlraum aufgenommen
zu werden, und weist ein hinteres Ende 74 auf mit einer äußeren Abmessung
(einem Außendurchmesser),
die (der) in etwa mit der Abmessung des Formdorns übereinstimmt,
um dem Formdorn zu ermöglichen,
ohne weiteres in das zylindrische Filtermedium zu gleiten. Während der
Formdorn in das zylindrische Filtermedium aufgenommen wird, erweitert
der Formdorn die Verbundstruktur radial in derselben Weise, wie
oben mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel
nach 4 beschrieben,
so dass sich die Falten radial nach außen in die gedehnte äußere Stützhülse erweitern,
und die Hülse
sich elastisch an die Faltenspitzen anpasst, um die Faltenspitzen
in einer zueinander unverrückbaren
Position zu halten.
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Der
Formdorn 70 wird anschließend entfernt, mit dem Ergebnis,
dass sich die Verbundstruktur radial zusammenzieht, jedoch ist diese
Kontraktion nur gering (d. h. die äußere Abmessung der Verbundstruktur
ist größer als
ursprünglich),
und die Stützhülse hält die Falten
weiter in einer zueinander unverrückbaren Position fest. Auch
hier ist es bevorzugt, dass die sich (nach dem Entfernen des Formdorns) ergebende
Stützhülse um etwa
3 bis 6% erweitert (gedehnt) ist, um einen angemessenen Halt für die Falten
zu erzielen. Die äußere Abmessung
des Formdorns, die erforderlich ist, um diese Aufweitung zu erreichen,
lässt sich
ohne weiteres durch eine einfache Untersuchungsreihe und/oder durch
eine Berechnung ermittelten. Die Endkappen 16, 17 werden anschließend mit
den Enden des Mediums verbunden, das auch in diesem Falle auch die
Enden der Stützhülse an dem
Medium befestigt. Das kernlose Element lässt sich dann über einen
integral mit einem Filtergehäuse
ausgebildeten Trägerkern
schieben.
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In
beiden der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann das Element,
nachdem die Endkappen an den Enden des Filterelements angebracht sind,
mittels geeigneter Beschriftungsvorrichtungen, beispielsweise einem
Stempel-, Tintenstrah- oder
Laserdrucker, mit Identifizierungszeichen (z.B. Logos, Typennummern,
usw.) versehen werden. Die Identifizierungszeichen können unmittelbar
auf der Außenfläche der
Stützhülse angebracht
werden, die aufgrund ihrer hohen Faserdichte in der Lage ist, die
Beschriftung in einer zum Lesen ausreichenden Form anzunehmen.
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Die
Erfindung schafft demgemäß ein technisches
Verfahren zum Zusammenbau eines Fluidfilters, das sich vergleichsweise
problemlos und unkompliziert durchführen lässt und die Gesamtkosten des
Elements reduziert. Darüber
hinaus sorgt die äußere Stützhülse, dafür, dass
die Faltenspitzen ohne eine mechanische oder chemische Bindung in
einer zueinander unverrückbaren
Position gehalten werden. Die Komponenten des Filterelements eignen sich
außerdem
für eine
problemlose Entsorgung in eine Mülldeponie,
da sie sich ohne weiteres verbrennen lassen. Ferner lässt sich
das Element problemlos markieren, um beispielsweise die einfache
Identifizierung eines geeigneten Filterelements für eine spezielle
Anwendung zu erleichtern.