DE69301913T2 - Filterelement zur filtration von fluiden - Google Patents
Filterelement zur filtration von fluidenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtern von Fluiden, insbesondere zum Filtern von Luft.
- Fluid- oder Luftfiltervorrichtungen sind in einer weiten Vielfalt von Ausführungsformen bekannt. Bekannte Filtervorrichtungen weisen einen Rahmen o.dgl. auf, der ein Filterelement trägt. Das Filterelement ist mit einer Filtermateriallage zum Filtern des Fluids oder der Luft, d.h. zum Zurückhalten der herauszufilternden Verunreinigungen im Fluid oder im Luftstrom versehen. Bei dem Material für die Filtermateriallage handelt es sich entweder um Faservliese, vorzugsweise Elektretmaterialien, Schaumstoffe oder andere für das zu reinigende Fluid oder die zu reinigende Luft durchlässige Materialien. Häufig besteht die Filtermateriallage auch aus Papier. Zur Vergrößerung der Oberfläche der Filtermateriallage ist diese im Querschnitt betrachtet zickzackförmig gefaltet. Sofern das Material der Filtermateriallage selbst nicht eigenformstabil ist, wie dies beispielsweise bei Vliesstoffen der Fall ist, wird neben der Filtermateriallage eine Stützmateriallage zum Unterstützen der Filtermateriallage benötigt. Die Stützmateriallage, bei der es sich um ein netzartiges Stützgitter aus Metall oder Kunststoff handelt, ist für das Fluid oder für die Luft durchlässig und mit der Filtermateriallage durch beispielsweise Kleben verbunden. Eine entscheidende Größe für sämtliche Fluidfilterelemente ist der Strömungswiderstand, der durch diese Filterelemente in der zu reinigenden Strömung verursacht wird.
- Neben der Verwendung von zickzackförmigen Stützmateriallagen bietet der Stand der Technik eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen zur mechanischen Stabilisierung der Zickzack-Form der Filtermateriallage. Bei den Filterelementen nach DE 89 01 798.6 U1 und EP-A-0 383 236 ist die Stützmateriallage entsprechend stabil ausgebildet, um ein Aufweiten und Zusammenfalten (balloning und collapsing) der einzelnen Faltabschnitte der zickzackförmig gefalteten Filter- und Stützmateriallage zu verhindern. Gemäß US-A 3 506 457 ist vorgesehen, die zickzackförmig gefaltete Filtermateriallage mit einem flachen Stützgitter zu verbinden; bei dieser herkömmlichen Lösung ist die zickzackförmige Filtermateriallage entlang jeder zweiten Biegelinie mit dem flachen Stützgitter verbunden. Abstandshalter, die am Filterrahmen angeordnet sind, um der Filtermateriallage ihre Zickzack-Form zu verleihen und um diese Zickzack-Form aufrechtzuerhalten, sind beispielsweise aus EP-A-0 170 643 bekannt. Bei anderen bekannten Filtervorrichtungen ist der Filterrahmen mit querverlaufenden Stegen o.dgl. überspannt, zwischen denen die Filtermateriallage zickzackförmig verläuft. An jeder Stegkante befindet sich dabei eine Biegelinie oder ein Biegebereich der Filtermateriallage. Bei den meisten dieser Filtervorrichtungen sind die Filterrahmen zweiteilig ausgebildet und müssen zusammengefügt werden, was den Zusammenbau der Filtervorrichtung erschwert. Über die gesamte Filterbreite verteilte Abstandshalter sind bei den Filtervorrichtungen nach DE 83 18 714.6 U1 und WO 84/03842 bekannt. Aus DE 21 38 412 C3 ist ein zickzackförmiges Filterpapier mit keilförmigen Abstandshaltern zwischen den Faltungen bekannt, die einerseits der Stabilität und andererseits der Abstandshaltung der einzelnen Faltabschnitte untereinander dienen. Gemäß EP-A-0 377 419 ist das Filterpapier mit Klebematerialstreifen oder -tropfen im Bereich der Biegelinien versehen, die einerseits der Verbindung der Faltabschnitte und andererseits deren Abstandshaltung dienen. Schließlich weisen bei den aus US-A-4 512 891 und EP-A-0 398 459 bekannten Filtervorrichtungen die Filtermateriallagen einstückig angeformte Abstandshalter auf. Somit sind die Abstandshalter dieser Filterelemente einstückig mit der Filtermateriallage ausgebildet.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Filterelement zum Filtern von Fluiden, insbesondere zum Filtern von Luft zu schaffen, das, obwohl eine Stützmateriallage vorgesehen ist, nur einen geringen Strömungswiderstand aufweist und dessen Zickzack-Form in hohem Maße stabil gehalten wird.
- Die obige Aufgabe wird durch ein Filterelement gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Um die Zickzack-Form der Filtermateriallage zu erzeugen, ist das erfindungsgemäße Filterelement mit einer entsprechend geformten Stützmateriallage versehen. Bei dieser Stützmateriallage handelt es sich beispielsweise um ein netzartiges Stützgitter aus Kunststoffmaterial oder ein kunststoffverstärktes Stützgewebe. Das Stützgitter oder Stützgewebe muß in hohem Maße fluid- oder luftdurchlässig sein, um sich nicht negativ auf den Luftwiderstand des Filterelementes auszuwirken. Daher ist es von Vorteil, wenn das Stützgitter oder das Stützgewebe recht grobmaschig ist und seine Stege vergleichweise dünn sind. Ein derartiges Stutzgitter weist jedoch trotz Zickzack- Faltung lediglich eine geringe Formstabilität auf. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und Biegesteifigkeit der Zickzack-Formen des Stützgitters oder Stützgewebes sind in die Stützmateriallage des erfindungsgemäßen Filterelementes mehrere Verformungen eingearbeitet; auf diese Weise weist das Stützmaterial bereits vor seiner Faltung zur Zickzack-Form eine dreidimensionale Struktur auf. Die Verformungen stellen sich, je nach Betrachtung, als in dem Stützmaterial ausgebildete Vertiefungen oder Erhebungen dar. Diese Verformungen beschränken sich auf die Bereiche der Faltabschnitte; die Vertiefungen oder Erhebungen sind in ihren den Biegelinien zugewandten Bereichen, in denen die Faltabschnitte verhältnismäßig nahe aneinanderliegen, flach genug, so daß sich das Stützgitter oder -gewebe problemlos zur Zickzack-Form mit vorgegebenem relativ spitzen Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Faltabschnitten falten läßt.
- Die aus den von den Faltabschnitten bestimmten Ebenen heraustretenden Verformungen verleihen dem Stützgitter oder der Stützmateriallage eine extrem hohe Formstabilität, weshalb das Stützgitter recht grobmaschig und mit dünnen Stegen versehen sein kann. Überdies wirken sich die Verformungen des Stützgitters auch vorteilhaft auf die strömungstechnischen Eigenschaften des derart aufgebauten Filterelementes aus. Da die Filtermateriallage die Verformungen überspannt, liegt sie im Bereich der Verformungen nicht am Stützgitter an; vielmehr unterstützt das Stützgitter die Filtermateriallage lediglich an den Begrenzungsbereichen der Verformungen und den Bereichen zwischen den Verformungen, wenn diese einen verhältnismäßig großen Abstand voneinander haben. Je nach der Ausgestaltung und Größe der Verformungen kann es vorteilhaft sein, wenn innerhalb der Verformungen vorzugsweise linienförmige Erhebungen ausgebildet sind, die in einer Ebene mit den Begrenzungsrändern und - bei noch nicht gefalteter Stützmateriallage - in einer Ebene mit den Biegelinien oder -bereichen liegen. Hierbei ist die Filtermateriallage an mehreren Stellen linienförmig oder quasilinienförmig unterstützt, ohne daß die Biegesteifigkeit der Stützmateriallage negativ beeinträchtigt ist. Bei Fluiddurchströmung des Filterelements kann sich also die Filtermateriallage im Bereich der Verformungen des Stützgitters frei ausdehnen, so daß sich der Luftwiderstand durch Verdichtung der Filtermateriallage infolge der Fluidströmung nicht erhöht. Im Vergleich zu einem Filterelement, dessen Filtermateriallage aufgrund des anströmenden Fluids flächig gegen eine darunterliegende Stützmateriallage gedrückt wird, zeichnet sich das erfindungsgemäße Filterelement somit dadurch aus, daß der durch das Filterelement hervorgerufene Druckabfall geringer ist. Die strömungstechnisch vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Filterelementes sind also einerseits durch die (im Vorzugsfall) lediglich linienförmige Unterstützung der Filtermateriallage durch die Stützmateriallage und andererseits durch die Tatsache bedingt, daß die Stützmateriallage wegen der Verformungen (Vertiefungen oder Ausbeulungen in Strömungsrichtung> in den Faltabschnitten wesentlich schwächer und damit für das zu filternde Fluid wesentlich durchlässiger ausgebildet sein kann.
- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verformungen der Stützmateriallage derart dicht nebeneinanderliegen, daß die Stützmateriallage die Filtermateriallage in den Faltabschnitten zwischen den Begrenzungsrändern der Verformungen ausschließlich mittels einer Struktur linienförmiger Berührungsbereiche zwischen den Begrenzungsrändern der Verformungen unterstützt und daß die übrigen Bereiche der Faltabschnitte der Stützmateriallage, d.h. ihre Verformungsbereiche, im Abstand zur Filtermateriallage angeordnet sind. Entlang der linienförmigen Berührungsbereiche und der Biegelinien der Stützmateriallage ist die Stützmateriallage vorzugsweise durch Ultraschallschweißen mit der Filtermateriallage verbunden. Eine andere Möglichkeit der Verbindung besteht in einem Verkleben von Filter- und Stützmateriallage miteinander.
- Aufgrund der lediglich bereichsweisen Stützung der Filtermateriallage durch die Stützmateriallage kann der größere Anteil der Filtermateriallage nicht infolge des zu reinigenden anströmenden Fluids in dem Maße gegen die Stützmateriallage verdichtet werden, wie dies bei einer vollflächigen Anlage des Filtermaterials an der Stützmateriallage der Fall wäre. Mit einer Verdichtung des Filtermaterials ist ein erhöhter Druckabfall verbunden. Die Druckabfallerhöhung infolge der Verdichtung fällt bei dem erfindungsgemäßen Filterelement jedoch nicht merklich ins Gewicht und kann vernachlässigt werden.
- Vorzugsweise erstrecken sich die Verformungen eines jeden Faltabschnitts über dessen gesamte Länge, d.h. den Abstand zwischen den beiden den Faltabschnitt begrenzenden Biegelinien. Hierbei sind mehrere derartige Verformungen nebeneinander, d.h. quer zur Strömungsrichtung, angeordnet. Vorzugsweise sind die Verformungen zweier benachbarter Faltabschnitte symmetrisch zur zwischen den beiden Faltabschnitten verlaufenden Biegelinie angeordnet. Die Ausbildung der Verformungen selbst sind vorzugsweise asymmetrisch, da die Verformungen im Bereich der stromaufwärts liegenden Biegelinien flacher ausgebildet sein sollten als im Bereich der stromabwärts liegenden Biegelinien, um die Zickzack-Faltung nicht zu beeinträchtigen.
- Vorzugsweise sind die Verformungen zweier benachbarter Faltabschnitte symmetrisch zur jeweils dazwischenliegenden stromaufwärtigen Biegelinie angeordnet, und mehrere derartiger gleichgestalteter Verformungen sind nebeneinander angeordnet, so daß bei zickzackförmiger Anordnung der Stützmateriallage oder des Stützgitters aneinander anliegende, nach Art von Hohlkegeln ausgebildete Faltbereiche der Stützmateriallage entstehen, was entscheidend zur Formstabilität beiträgt. Die Kegelspitzen liegen auf den stromaufwärts angeordneten Biegelinien.
- Vorzugsweise ist jede Verformung durch vier winklig zueinander verlaufende ebene Flächenabschnitte der Stützmateriallage oder des Stützgitters gebildet. Diese Art der Verformung wird, wie jede andere auch, durch Heißverformung oder Heißpressen der zuvor ebenen Stützmateriallage erzielt. Je nach der Art des für das Stützgitter oder die Stützmateriallage verwendeten Kunststoffs erfolgt (bei Duromer-Kunststoff-Material) noch eine Aushärtung des verformten Stützmaterials. Vorzugsweise sind jeweils zwei der vier Flächenabschnitte einer jeden Verformung paarweise gegenüberliegend angeordnet, wobei die beiden Flächenabschnitte des ersten Paares im wesentlichen dreieckförmig und die beiden Flächenabschnitte des zweiten Paares im wesentlichen trapezförmig sind. Falls die Dreiecke des ersten Flächenabschnitt-Paares nicht gleichschenklig sind, ergeben sich asymmetrisch ausgebildete Vertiefungen oder Ausbeulungen.
- Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung wird derart in der zu filternden Fluidströmung angeordnet, daß das Fluid zuerst auf die von der Stützmateriallage gehaltene Filtermateriallage auftrifft. Zur Aufrechterhaltung der Fluidströmung dient eine dazu vorgesehene Einrichtung, z.B. ein Gebläse o.dgl., das Luft durch das Filterelement bläst. Dem Ausdruck "Einrichtung" kommt im Rahmen dieser Erfindung eine sehr allgemeine Bedeutung zu; mit dem Ausdruck sind sämtliche Vorrichtungen und Umstände gemeint, die für eine das Filterelement durchsetzende (Fluid-)Strömung sorgen. Letztendlich handelt es sich auch bei einem mit dem erfindungsgemäßen Filterelement ausgestatteten Fahrzeug um eine derartige Einrichtung, da das Fahrzeug durch Bewegung einen Luftstrom erzeugt, der das Filterelement der Filtervorrichtung durchströmt. Auch bei einem Luftfiltersystem, bei dem die das Filterelement durchsetzende Luftströmung durch eine Druckdifferenz erzeugt wird, welche z.B. durch unterschiedlich erwärmte Halb-Räume an den Aus- und Eintrittsseiten des Filterelements entsteht, handelt es sich um eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Fluidströmung.
- Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filterelementes näher erläutert.
- Fig. 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die mit der Filtermateriallage zu versehene Seite eines als Stützmateriallage verwendeten Stützgitters mit in diesem ausgebildeten Vertiefungen und teilweise gebrochen dargestellter Filtermateriallage.
- Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II durch das eine dreidimensionale Form aufweisende Stützgitter gemäß Fig. 1 mit auf diesem aufliegender Filtermateriallage.
- Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Stützgitters mit Filtermateriallage in zickzackförmig gefaltetem Zustand.
- Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des zickzackförmigen Filterelementes mit dieses umgebendem angedeuteten Filterrahmen.
- Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das zickzackförmig gefaltete Stützgitter (ohne Filtermateriallage).
- Fig. 6 zeigt eine Ansicht auf das zickzackförmig gefaltete Stützgitter von unten.
- Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung das gestreckte Filterelement 10 von oben, d.h. von der der anströmenden Luft ausgesetzten Seite mit teilweise aufgebrochener Filtermaterialschicht 12 zur Darstellung des darunter angeordneten Stützgitters 14. Das netzförmige Stutzgitter 14 besteht aus Kunststoff und dient als Stützmateriallage für die Filtermateriallage 12. Bei der Filtermateriallage 12 handelt es sich um eine Schicht aus Faservliesmaterial, insbesondere um ein Elektret- Vlies. Das Stützgitter 14 weist mehrere parallel zueinander und in gleichem Abstand zueinander verlaufende Biegelinien 16,17 auf, die zwischen sich Faltabschnitte 18 begrenzen. Wenn das Stützgitter 14 zickzackförmig angeordnet ist, ist jeder dieser Faltabschnitte 18 schrägverlaufend angeordnet.
- Das Stützgitter 14 weist mehrere jeweils zwischen zwei benachbarten Biegelinien 16,17 angeordnete Verformungen 20 auf. Bei Betrachtung von der mit der Filtermateriallage 12 versehenen Oberseite des Stützgitters 14 bilden die Verformungen 20 Erhebungen oder Vorsprünge. Die Verformungen 20 erstrecken sich jeweils über die gesamten Faltabschnitte 18, und zwar in Richtung von deren Erstreckungen zwischen zwei Biegelinien 16,17. Die Biegelinien 16 stellen also Begrenzungskanten an zwei Seiten der Verformungen 20 dar. Die Verformungen 20 selbst weisen vier winklig zueinander verlaufende ebene Flächenabschnitte auf. Von diesen Flächenabschnittem liegen sich zwei dreieckförmige Abschnitte 22,24 und zwei trapezförmige Abschnitte 26,28 jeweils einander gegenüber. Mehrere derartige Verformungen 20 sind pro Faltabschnitt 18 nebeneinanderliegend angeordnet, wobei die Basiskanten der dreieckförmigen Flächenabschnitte 22,24 senkrecht zu den Biegelinien 16,17 verlaufende Begrenzungskanten 30 für die Verformungen 20 bilden. Die Begrenzungskanten 30 und die Biegelinien 16,17 verlaufen bei gestrecktem Stützgitter 14 in der gleichen Ebene, wobei die Biegelinien 16,17 jeweils die Begrenzungsränder der trapezförmigen Flächenabschnitte bilden. Die einen trapezförmigen Flächenabschnitte 28 verlaufen unter einem flacheren Winkel zur durch die Begrenzungskanten 30 und die Biegelinien 16,17 aufgespannten Ebene als die anderen trapezförmigen Flächenabschnitte 26. Die längeren Kanten der trapezförmigen Flächenabschnitte 26,28 fallen mit den Biegelinien 16 bzw. 17 zusammen. Die Verformungen 20 zweier benachbarter Faltabschnitte 18 sind symmetrisch zur die beiden Faltabschnitte 18 trennenden Biegelinie 16 oder 17 angeordnet und ausgebildet. Die kürzeren der parallelen Kanten der beiden trapezförmigen Flächenabschnitte 26,28 jeder Verformung 20 fallen zusammen (siehe Linie 31 in Fig. 1) und weisen die gleiche Länge auf. Wie durch die Pfeile 32 in Fig. 2 angedeutet, kann das Stützgitter 14 eine zickzackförmige Gestalt bilden, wobei die beiden flachen trapezförmigen Flächenabschnitte 28 zweier gegenüberliegender Verformungen 20 zweier benachbarter Faltabschnitte 18 die Bewegung an einer gemeinsamen Biegelinie 16 begrenzen, die bezüglich des zickzackförmig gefalteten Filterelementes 10 stromauf in der Strömungsrichtung 34 angeordnet ist. Der Winkel zwischen zwei benachbarten Faltabschnitten 18 zu beiden Seiten der gemeinsamen Biegelinie 16 ist definiert durch den Winkel 19 zwischen den Flächenabschnitten 28 und der Ebene des Faltabschnitts 18, die durch die Begrenzungsränder 30 definidert ist (siehe Fig. 3). Zwei benachbarte durch eine Biegelinie 16 voneinander getrennte Faltabschnitte 18 verlaufen also unter einem Winkel zueinander, der das Doppelte des Winkels 19 beträgt. Sofern die Faltabschnitte 18 unter diesem Winkel (2 x 19) angeordnet sind, verlaufen die Flächenabschnitte 28 je nach Ausbildung des dazwischenliegenden Biegebereichs parallel zueinander oder berühren sich. In dieser Weise bestimmt der Winkel 19 zwischen den Flächenabschnitten 28 und den Begrenzungsrändern 30 das Ausmaß oder die Periodizität der Faltung des Stützgitters 14. Demgegenüber erstrecken sich die steiler verlaufenden trapezförmigen Flächenabschnitte 26 zu beiden Seiten der in Strömungsrichtung 34 stromab liegenden Biegelinien 17 des gefalteten Filterelementes 10.
- Wie anhand von Fig. 4 ersichtlich ist, ist das zickzackförmig gefaltete Filterelement 10 von einem Filterrahmen 36 gehalten, mit dessen Innenfläche es durch Verkleben verbunden ist. Wie anhand der in Fig. 5 gezeigten Draufsicht auf das gefaltete Stutzgitter 14 in Strömungsrichtung (in Fig. 5 ist die Filtermateriallage 12 weggelassen) und der in Fig. 6 gezeigten Unteransicht auf das gefaltete Filterelement 10 von der Unterseite des Stützgitters 14 her zu erkennen ist, bilden die vier jeweils paarweise aneinander angrenzenden dreieckförmigen Flächenabschnitte 22,24 von vier jeweils paarweise nebeneinander- und gegenüberliegenden sowie symmetrisch zu einer Biegelinie 16 angeordneten Verformungen 20 bei zickzackförmig gefaltetem Filterelement 10 kegelförmige oder leicht abgeflachte kegelförmige Strukturen 38. Die Spitzen 40 der kegelförmigen Strukturen 38 liegen auf der Biegelinie 16. Damit wird dem zickzackförmig gefalteten Stützgitter 14 eine hohe Formstabilität zur Aufrechterhaltung der Zickzack-Form verliehen. Das Stützgitter 14 recht grobmaschig sein, wobei die Stege des Stützgitters 14 verhältnismäßig dünn sind, was dadurch ermöglicht wird, daß das Stützgitter 14 in seiner Zickzack-Konfiguration durch die spezielle Gestalt der Verformungen 20 eine Eigenformstabilität aufweist.
- Wie insbesondere anhand von Fig. 1 ersichtlich ist, liegt die Filtermateriallage 12 lediglich über die Begrenzungsränder 30 und die Biegelinien 16,17, die die Verformungen 20 begrenzen, auf dem Stützgitter 14 auf. Im Bereich der Verformungen 20 weist die Filtermateriallage 12 also einen Abstand zum in Strömungsrichtung 34 dahinterliegende Stützgitter 14 auf. Die die Filtermateriallage 12 durchströmende Luft weitet die aus Faservlies bestehende Filtermateriallage 12 auf oder führt zumindest an denjenigen Stellen, an denen die Filtermateriallage 12 nicht auf dem Stützgitter 14 aufliegt, nicht zu einer Komprimierung des Filtermaterials; somit wird die Filtermateriallage 12 luftdurchlässiger oder behält zumindest ihren Luftdurchlässigkeitsgrad im wesentlichen bei. Durch die Aufweitung des Faservlieses der Filtermateriallage 12 wird der Abstand der einzelnen Fasern vergrößert. Die erhöhte oder zumindest sich nicht merklich verringernde Luftdurchlässigkeit der Filtermateriallage 12 aufgrund der Aufweitung verursacht einen reduzierten Druckabfall während des Betriebs des Filterelements 10. Der Druckabfall wird nicht zuletzt auch dadurch gering gehalten, daß das Stützgitter 14, das für die Luftströmung einen Widerstand darstellt, wegen der dreidimensionalen Ausgestaltung durch die Verformungen 20 recht grobmaschig ausgebildet sein und einen geringen Luftwiderstand darstellen kann.
- Wie zuvor im Zusammenhang mit Fign. 1 und 3 erwähnt, besteht die Filtermateriallage 12 aus der Faservliesschicht 42 und einer Deckschicht 44 aus verfestigtem Faservliesmaterial. Die Deckschicht 44 liegt auf der dem Stützgitter 14 abgewandten Seite der Faservliesschicht 42 auf dieser auf und ist mit dem Faservlies 42 verklebt. Die Deckschicht 44 aus verfestigtem Faservlies reduziert die Anzahl der Faserenden der Faservliesschicht 42, die in die V-förmigen Zwischenräume 46 (siehe Fig. 3) des Filterelements 10 hineinragen und dort Luftverwirbelungen verursachen.
- Als Beispiel für ein Filterelement 10 gemäß den obigen Beschreibung und der in den Figuren gezeigten Anordnung seien die nachfolgenden Spezifikationen angegeben. Für das Filterelement wurde ein netzförmiges Stützgitter aus Polypropylen verwendet, das diamantförmige Öffnungen und 0,45 mm breite Stege aufwies. Die diamantförmigen Öffnungen hatten die Abmessungen 3,6 mm x 4,1 mm. Das Stützgitter wies eine Dicke von 0,85 mm auf. Obwohl Polypropylen ein bevorzugtes Material für das Stützgitter ist, können auch andere Polymere zu diesem Zweck verwendet werden. Das flache netzförmige Stützgitter wurde einer hohen Temperatur und Verformung unterzogen, um die Verformungen 20 mit ihren Begrenzungskanten 30 sowie die späteren Biegelinien 16,17 zu erzeugen oder vorzugeben. Die Biegelinien 16,17 wiesen dabei einen gegenseitigen Abstand von ca. 4,5 cm auf, und die senkrecht verlaufenden Begrenzungskanten 30 zwischen nebeneinanderliegenden Verformungen hatten einen Abstand von ca. 4,0 cm. Jede Verformung erstreckte sich also über einen Flächenbereich von ca. 4,5 cm x 4,0 cm.
- Bei dem Faservlies der Filtermateriallage handelte es sich um ein Elektret-Faservlies aus gespaltenen Fasern mit einem Querschnitt von 10 Micrometer x 20 bis 60 Micrometer. Das Basisgewicht des Elektret-Faservlieses lag bei 100 g/m . Die Fasern waren beliebig verteilt verlaufend angeordnet und vernagelt. Sie bestanden aus Polypropylen mit Elektret-Eigenschaften, die diesen Fasern in bekannter Weise verliehen wurden. Durch Verklebung oder Ultraschallschweißen wurde die Verbindung der Filtermateriallage mit dem Stützgitter hergestellt. Ein derartiges Filtermaterial ist unter dem Produktnamen 3M FiltreteWz erhältlich.
- Ein alternatives Filtermaterial ist das unter dem Produktnamen SBMF im Handel erhältliche Material, bei dem es sich um im Schmelzblasverfahren gewonnenes Faservlies mit im Querschnitt runden Fasern von 1 bis 5 Micrometer Durchmesser handelt, die auf ein Substrat geblasen sind.
- Das Muster des Filterelementes hatte die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) von 145 mm x 145 mm x 45 mm. Die Faltenhöhe betrug 35 mm; auch der Abstand der einzelnen Falten voneinander, d.h. der Abstand sämtlicher stromab und sämtlicher stromauf gelegenen Biegelinien, betrug ca. 35 mm.
- Der Luftdurchsatz durch ein Filterelement mit den obigen Spezifikationen betrug 75 bis 90 m³/h, bei einem Druckabfall von 25 pa. Die Luftwiderstandsreduktion aufgrund der neuen Konstruktion des Filterelementes liegt in der Größenordnung von 15 %, was zu einer höheren Reinluft-Lieferrate führt, was beispielsweise durch den AHAM-1-Test feststellbar war.
Claims (9)
1. Filterelement zum Filtern von Fluiden, insbesondere zum
Filtern von Luft, mit
- einer Filtermateriallage (12) zum Filtern des Fluids und
- einer fluiddurchlässigen Stützmateriallage (14) zum
Stützen der Filtermateriallage (12), wobei
- die Stützmateriallage (14) zickzackförmig gefaltet ist
und einzelne, zwei Flächen aufweisende Faltabschnitte
(18) umfaßt, die jeweils durch zwei Biegebereiche (16,
17) begrenzt sind, wobei und die Biegebereiche (16,17)
zwischen benachbarten Faltabschnitten (18) angeordnet
sind, und
- die Stützmateriallage (14) zur Stablisierung ihrer
Zickzack-Form in ihren Faltabschnitten (18) mehrere
Verformungen (20) aufweist, die Vertiefungen bilden, welche
von der Fläche, an der die Filtermateriallage (12)
befestigt ist, und von der die Verformungen (20)
überbrückenden Filtermateriallage (12) abstehen, wobei die
Faltabschnitte (18) der Stützmateriallage (14) die
Filtermateriallage (12) über die Begrenzungsränder (30,16,
17) der Verformungen (20) stützen, und wobei die
Verformungen mechanische Stabilität und Biegesteifigkeit
schaffen und durch das Angrenzen der Verformungen
aneinander einen vorbestimmten Winkel zwischen alternierenden
benachbarten Faltabschnitten definieren.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verformungen (20) der Stützmateriallage (14) derart
dicht nebeneinanderliegen, daß die Stützmateriallage (14)
die Filtermateriallage (12) innerhalb der Faltabschnitte
(18) ausschließlich durch eine Struktur linienförmiger
Kontaktbereiche zwischen den Begrenzungsrändern stützt und
die übrigen Bereiche der Faltabschnitte (18) im Abstand
zur Filtermateriallage (12) angeordnet sind.
3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Verformungen (20) eines jeden
Faltabschnitts (18) über dessen gesamte Länge zwischen den
beiden den Faltabschnitt (18) begrenzenden Biegebereichen
(16,17) erstrecken und daß mehrere dieser Verformungen
(20) nebeneinanderliegend angeordnet sind.
4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verformungen (20) zweier benachbarter Faltabschnitte
(18) symmetrisch zum zwischen den beiden Faltabschnitten
(18) verlaufenden Biegebereich (16;17) angeordnet sind.
5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Filtermateriallage (12) mit der
Stützmateriallage (14) entlang der Begrenzungsränder (30,
16,17) der Verformungen (20) verbunden ist.
6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verformungen (20) benachbarter
Faltabschnitte (18) die Faltungsdichte der
Stützmateriallage (14) durch gegenseitiges Aneinanderliegen begrenzen.
7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Verformung (20) vier winklig
zueinander verlaufende ebene Flächenabschnitte (22,24,26,28)
aufweist.
8. Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils zwei Flächenabschnitte (22,24;26,28) paarweise
gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die beiden
Flächenabschnitte (22,24) des ersten Paares dreieckförmig und
die beiden Flächenabschnitte (26,28) des zweiten Paares
trapezförmig sind.
9. Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden trapezförmigen Flächenabschnitte (26,28) jeder
Verformung (20) asymmetrisch und unterschiedlich groß
sind, und daß die größeren der trapezförmigen
Flächenabschnitte (28) benachbarter Faltabschnitte (18), die durch
einen Biegebereich (16) getrennt sind, der an der Fläche,
an der die Filtermateriallage (12) befestigt ist, Grate
bildet, symmetrisch zu diesem Biegebereich (16) angeordnet
sind.
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