DE69722933T2

DE69722933T2 - Gefaltetes filtermaterial

Info

Publication number: DE69722933T2
Application number: DE69722933T
Authority: DE
Inventors: M. Wayne WAGNER; R. Gary GILLINGHAM; C. Joseph TOKAR; T. Daniel RISCH; C. Jim ROTHMAN; H. Fred WAHLQUIST; A. Bernard MATTHYS; W. Stephen SABELKO; D. Bryan PATTEN; L. Gregory REICHTER
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2017-04-26
Also published as: US20030121845A1; CN1220617A; ES2205220T3; EP0904143B1; EP0904143A1; JP2008302360A; JP4303318B2; JP4648433B2; WO1997040918A1; DE69722933D1; JP2000509324A; AU722679B2; PL329557A1; AU2926697A; US8268053B2; KR20000065029A; ATE243062T1; CN1079275C; US7329326B2; US20120312167A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft gewellte Filtermedien, die den Widerstand über das Filter minimieren, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Stand der Technik:
Faltenfilter mit Anwendung von Filtermedien zum Entfernen von Verunreinigungen aus Fluiden sind allgemein bekannt und treten in vielen Formen in Erscheinung.
Ein allgemeines Problem bei Filtern ist die unzureichende Filterfläche. Frühere Versuche, die effektive Filterfläche für ein gegebenes Filtervolumen zu erhöhen, waren nicht ganz erfolgreich. Um diesen Mangel zu überwinden, werden gewöhnlich Faltenfilter angewandt, für die ein gefaltetes Filtermedium benutzt wird. Obwohl gefaltetes Filtermedium die Filterfläche erhöhen kann, wenn die Falten immer dichter zueinander angeordnet werden, wodurch immer mehr Filtermedium in einem gegebenen Volumen angeordnet wird, werden die Falten immer dichter aneinander gedrückt, wodurch der Durchfluss begrenzt wird. Dieser Widerstand kann das Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit zum Durchströmen des Filtermediums bewirken, wodurch sich die Druckdifferenz über das Filter erhöht, was zusätzliche Probleme im System erzeugen kann.
Die meisten durchlässigen Filtermedien sind nicht eigentragfähig, so dass die Filter Gehäuse zum Tragen des Filtermaterials erfordern. Dieses erhöht sowohl die Herstellungskosten als auch die Masse und Größe des Filters.
Um den Widerstand zu verbessern und eine größere Filterfläche als auch Filterleistung vorzusehen, können gewellte Filteraufbauten verwendet werden. Gewellte Fil ter haben die Leistungsfähigkeit einer größeren Filterfläche pro Volumeneinheit als auch weniger Widerstand und im Wesentlichen geraden Durchfluss.
Obwohl gewellte Filter gegenüber früheren Filterkonstruktionen verbesserte Strömungseigenschaften und Wirkungsgrad zur Verfügung stellen, haben gewellte Filter Entwicklungsmöglichkeiten eines höheren Wirkungsgrades und verbesserter Strömungseigenschaften. Die verschlossenen, stromaufwärts liegenden Enden der Wellen stellen eine beträchtliche Strömungssperre dar, und in Kombination mit dem Filtermaterial wird mehr als die Hälfte der verfügbaren Fluidströmungsquerschnittfläche blockiert. Filterkonstruktionen mit einer größeren Querschnittfläche quer zur Strömung stellen verbesserte Strömungs- und Widerstandseigenschaften zur Verfügung.
Beispiele für bekannte gewellte Filter sind in US-A-4,310,419, US-A-3,025,963 und EP-A1-0 630 672 offenbart. Das erste dieser Patente offenbart ein Filterelement mit einem ebenen Teil und einem gewellten Teil. Die Wellen formen zusammen mit Teilen eines ebenen Teiles Falten. Infolge einer besonderen Falttechnik haben die Falten eine abnehmende Höhe. Das US-A-3,025,963 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines gewellten Filtermediums, wobei bei diesem Verfahren das Filtermedium durch den Zwischenraum von zwei Riffelrollen geführt wird. Eine Bahn eines ebenen Filtermediums ist mit der gewellten Bahn verklebt und der Kleber wird verwendet, um Wellen oder Falten vorzusehen, die abwechselnd an dem einen oder dem anderen Ende geschlossen sind.
EP-A1-0 630 672 offenbart ein gewelltes Filtermedium. Wiederum sind gewellte und nicht gewellte Bahnen aneinander befestigt, um Wellen zu bilden, wobei die Spitzenabschnitte der Wellen im Vergleich mit den breitbogigen Tälern zwischen jeweils zwei Spitzen relativ schmal sind.
US-A-4,925,561 offenbart ein Filterelement, das ein gefaltetes Filtermedium umfasst, das durch eine Lage eines flachen Mediums abgedeckt ist. Die Falten sind in eine rechteckige Form gefaltet, so dass sie abwechselnde obere und untere Abschnitte von annähernd dreieckiger Form aufweisen, wobei sich die oberen Abschnitte in eine Richtung in der Breite verjüngen und die unteren Abschnitte sich in entgegengesetzter Richtung verjüngen. Infolgedessen stellt die Einlassseite des zusammengebauten Filterelementes, die der Fluidströmung ausgesetzt ist, im Vergleich mit der Querschnittfläche der stromaufwärts liegenden Ränder des Filtermediums eine sehr große rechteckige Einlassfläche zur Verfügung.
Es ist ersichtlich, dass neue und verbesserte Filter gebraucht werden, die selbsttragend sind, verbesserte Strömungswiderstandseigenschaften, höheren Wirkungsgrad und geringere Herstellungskosten zur Verfügung stellen.
Insbesondere sollten gewellte Filter einen vorderen Rand haben, der weniger Widerstand aufweist und weniger von der Strömungsquerschnittsfläche einnimmt als Standardwellenkonstruktionen. Außerdem sollte die Filtermediumquerschnittfläche und die geschlossenen Enden der Wellen am stromaufwärts liegenden Rand kleiner als die Öffnungsfläche am stromaufwärts liegenden Rand der Wellen sein. Solche verbesserten Filterkonstruktionen sollten außerdem ohne unnötige zusätzliche Schritte einfach herstellbar sein. Die vorliegende Erfindung geht diese als auch andere, mit den Filterkonstruktionen verbundenen Probleme an.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Wellenfiltereinrichtung gerichtet, und insbesondere auf ein gewelltes Filtermedium mit verbesserten Strömungseigenschaften und auf ein Verfahren zum Herstellen der Wellenfiltereinrichtung.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Wellenfiltermedium eine gewellte mittlere Lage zwischen einer oberen und einer unteren Schicht. Es ist erkennbar, dass das Filtermedium gewickelt oder auf andere Weise gestapelt werden kann, so dass nur eine einzige Lage an einer gewellten Lage befestigt werden muss, da benachbarte Schichten entweder als die obere oder untere Lage der nächsten benachbarten Schicht dienen. Außerdem können die Schichten in einer Spiralform gewickelt sein. Abwechselnde Enden von durch das gewellte Material gebildeten benachbarten Kammern werden entweder auf der stromaufwärts oder stromabwärts liegenden Seite gesperrt. Die Erfindung hat konische Wellen, die sich von einem Ende zum anderen aufweiten. Die Wellenkammern, deren stromaufwärts liegendes Ende geschlossen ist, weiten sich zu einem offenen stromab wärts liegenden Ende auf. Umgekehrt weiten sich die stromabwärts geschlossenen Wellenkammern zu einem offenen stromaufwärts liegenden Ende auf.
Es ist erkennbar, dass bei dieser Konfiguration die Filtermediumfläche quer zur Zulaufströmung einen großen, zu den Kammern offenen Teil zur Aufnahme der Strömung umfasst. Wenn die Strömung die verschiedenen Filtermateriallagen durchströmt, passiert das gefilterte Fluid auch ein vergrößertes stromabwärts liegendes Ende. Auf diese Weise wird der Widerstand infolge des Filters gegenüber Standardwellenfiltermaterialien wesentlich verringert. Außerdem ist der prozentuale Anteil des Raupenmaterials am stromaufwärts liegenden Rand der Filterlagen wesentlich geringer als die offene Fläche, die die Zulaufströmung aufnimmt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst der Vorderrand des Filtermediums Raupen, die abwechselnde Kammern der Filterwellen versperren. Der stromaufwärts liegende Rand der Raupe und gewellten Lage sind abgewinkelt, so dass ein verbreiterter Rand die Strömung abfängt und sich zum stromabwärts liegenden Ende neigt. Wenn die Strömung den stromaufwärts liegenden Rand schneidet, berührt nur die vordere Kante der Lage die Zulaufströmung und die Raupe und gewellte Lage neigen sich nach hinten. Mit diesem Aufbau wird der Widerstand und Anteil des Filtermediums, der die Zulaufströmung am vorderen Rand des Filters abfängt, reduziert. Deshalb wird ein verbesserter Durchfluss erreicht, der für einen erhöhten Wirkungsgrad und reduzierten Widerstand über das Filter sorgt.
Diese und verschiedene andere Vorteile und die Erfindung charakterisierende Neuheitsmerkmale werden insbesondere in den Ansprüchen dargelegt, die hier beigefügt sind und einen Teil derselben bilden. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile und der durch ihre Anwendung erreichten Ziele sollte jedoch auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, die einen weiteren Teil derselben bilden, und auf die beigefügte Beschreibung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsbuchstaben und -zahlen entsprechende Elemente in den gesamten Ansichten:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines doppelseitig gewellten Filtermediums mit konischen Wellen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2A–2B zeigen schematische Ansichten des Herstellungsverfahrens des in 1 gezeigten Filtermediums;
3 zeigt eine Stirnseitenansicht des in 1 gezeigten Filtermediums;
4 zeigt eine Stirnseitenansicht einer Rolle zum Formen des in 1 gezeigten Filtermediums;
5 zeigt eine detaillierte Stirnansicht der Zähne für die in 4 gezeigte Rolle;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Filtermediums mit asymmetrischen Wellen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Stirnseitenansicht des in 6 gezeigten Filtermediums;
8 zeigt eine Stirnseitenansicht einer Rolle zum Formen des in 6 gezeigten Filtermediums;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Filtermediums mit zusammengedrückten vorderen Wellenrändern gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine Stirnseitenansicht des in 9 gezeigten Filtermediums;
11 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Vorderrandes des in 9 gezeigten Filtermediums;
12 zeigt ein Diagramm des Druckabfalls über das Filter als Funktion der Luftströmung durch das Filter für verschiedene Wellenfiltermediumkonstruktionen;
13 zeigt ein Diagramm des Druckabfalls als Funktion der Staubbefrachtung für verschiedene Wellenfiltermediumkonstruktionen;
14 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Filtermediums mit stromaufwärts geschlossenen Wellen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wobei ein geschlossener Teil vom stromaufwärts liegenden Rand des Filtermediums zurückgesetzt ist;
15 zeigt eine Seitenansicht eines Verfahrens zum Bilden des Vorderrandes des in den 9–11 gezeigten Filtermediums; und
16 zeigt eine Seitenansicht einer unter Anwendung des in 15 gezeigten Verfahrens in Streifen geschnittenen Filtermediumlage.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist dort ein Teil einer Schicht aus doppelseitigem, durchlässigen, gewellten Filtermedium gezeigt, das allgemein mit 100 bezeichnet ist. Die erste Ausführungsform des gewellten Filtermediums 100 umfasst eine Vielzahl konischer Wellenkammern 102. Die Wellenkammern 102 werden durch eine mittlere gewellte Lage 108 gebildet, die zwischen Decklagen 110, die eine erste Decklage 112 und eine zweite Decklage 114 umfassen, abwechselnde Spitzen 104 und Täler 106 bildet. Die Täler 106 und Spitzen 104 teilen die Wellen 102 in eine obere Reihe und eine untere Reihe. In der in 1 gezeigten Ausgestaltung bilden die oberen Wellen am stromabwärts liegenden Ende geschlossene Wellenkammern 122, während die am stromaufwärts liegenden Ende geschlossenen Wellenkammern 120 die untere Reihe der Wellenkammern sind. Die Wellenkammern 120 sind durch eine erste Randraupe 124 geschlossen, die einen Teil des stromaufwärts liegenden Endes der Welle zwischen der mittleren gewellten Lage 108 und der zweiten Decklage 114 vollständig füllt. Gleichermaßen schließt eine zweite Randraupe 126 das stromabwärts liegende Ende abwechselnder Wellen 102. Kleberpunkte verbinden die Spitzen 104 und Täler 106 der Wellen 102 mit den Decklagen 112 und 114. Die Wellen 102 und Endraupen 124 und 126 stellen ein Filterelement zur Verfügung, das ohne ein Gehäuse eigentragfähig ist.
Beim Filtern tritt ungefiltertes Fluid in die Wellenkammern 122 ein, deren stromaufwärts liegenden Enden offen sind, wie es durch den schattierten Pfeil angegeben ist. Beim Eintritt in die Wellenkammern 122 wird der Strom des ungefilterten Fluides durch die zweite Endraupe 126 am stromabwärts liegenden Ende gestoppt. Deshalb wird das Fluid gezwungen, durch die gewellte Lage 108 oder die Decklagen 110 weiterzuströmen. Wenn das ungefilterte Fluid die gewellte Lage 108 oder die Decklagen 110 passiert, wird das Fluid durch die Filtermediumschichten gefiltert, wie es durch den nicht schattierten Pfeil angegeben wird. Das Fluid kann dann frei durch die Wellenkammern 120 strömen, deren stromaufwärts liegendes Ende geschlossen ist, und am stromabwärts liegenden Ende aus dem Filtermedium 100 herausströmen. Mit der gezeigten Konfiguration kann das ungefilterte Fluid durch die gewellte Lage 108, die obere Decklage 112 oder die untere Decklage 114 und in eine Wellenkammer 120 strömen, die auf ihrer stromaufwärts liegenden Seite gesperrt ist.
Unter Bezugnahme auf die 2A–2B ist der nachfolgend beschriebene Herstellungsprozess für gewelltes Filtermedium gezeigt, das zum Bilden von Filterelementen gestapelt oder gerollt werden kann. Es ist erkennbar, dass, wenn das Filtermedium geschichtet oder gewickelt wird, wobei benachbarte Schichten einander berühren, nur eine Decklage 110 erforderlich ist, da sie als Oberseite für eine gewellte Lage und als untere Lage für eine andere gewellte Lage dienen kann. Deshalb ist verständlich, dass die gewellte Lage 108 nur auf eine Decklage 110 aufgebracht werden muss, wenn die Schichten gestapelt oder gerollt werden.
Wie in 2A gezeigt ist, wird eine erste Filtermediumlage 30 von einem Satz Rollen zu gegenüber liegenden Wellenprofilrollen 44 ausgegeben, die einen Spalt bilden. Die Rollen 44 haben ineinander greifende wellige Flächen, um die erste Lage 30 in Wellenform zu bringen, wenn sie zwischen den Rollen 44 zusammengedrückt wird. Wie in 2B gezeigt ist, wird die erste, nun gewellte Lage 30 und eine zweite flache Lage des Filtermediums 32 zusammen zu einem zweiten, zwischen einer der Wellenprofilrollen 44 und einer gegenüber liegenden Rolle 45 gebil deten Spalt geführt. Eine Dichtungsmittelauftragsvorrichtung 47 trägt vor dem Eingriff zwischen der Wellenprofilrolle 44 und der gegenüber liegenden Rolle 45 ein Dichtungsmittel 46 entlang der oberen Fläche der zweiten Lage 32 auf. Zu Beginn eines Fertigungsdurchlaufes fallen die Lagen auseinander, wenn die erste Lage 30 und die zweite Lage 32 die Rollen 44 und 45 passieren. Wenn jedoch Dichtungsmittel 46 aufgetragen wird, bildet das Dichtungsmittel 46 zwischen der gewellten Lage 30 und der Decklage 32 eine erste Endraupe 38. Die Spitzen 26 und Täler 28 haben Verbindungsraupen 42, die in beabstandeten Intervallen auf ihre Spitze aufgebracht oder auf andere Weise an der Decklage 32 befestigt werden, um Wellenkammern 34 zu bilden. Die sich daraus ergebende Struktur der an einem Rand mit der gewellten Lage 30 geschlossenen Decklage 32 ist ein einseitiges, schichtbares Filtermedium. Wenn die Schichten gestapelt oder gewickelt werden, wird auf einem gegenüber liegenden Rand eine zweite Raupe auf die gewellte Lage 30 aufgetragen. Wenn die Schichten nicht gestapelt oder gewickelt werden, wird eine zweite Raupe auf einem gegenüber liegenden Rand aufgetragen und eine zweite Decklage aufgebracht.
Nochmals bezugnehmend auf 1 ist erkennbar, dass sich die Wellen 102 verjüngen. Die Wellenkammern 120, deren stromaufwärts liegendes Ende geschlossen ist, verbreitern sich entlang des Tales zu einer vergrößerten stromabwärts liegenden Öffnung, wie es in 3 gezeigt ist. Gleichermaßen haben die Kammern 122 eine große stromaufwärts liegende Öffnung, die ebenfalls in 3 gezeigt ist, und verjüngen sich zu einem engeren geschlossenen Ende. Auf diese Weise wird der Teil des Filtermediums, der die Zulaufströmung abfängt, das heißt offen ist, wesentlich erhöht. Außerdem strömt das Fluid aus einem vergrößerten offenen Ende an der stromabwärts liegenden Seite des Filters heraus, wenn das Fluid entlang der Wellen strömt und die Wände des Filtermediums, entweder die mittlere Lage 108 oder die Decklagen 112 oder 114 passiert.
Es ist erkennbar, dass zur Herstellung der konischen Wellen 102 eine spezielle Rolle 144 erforderlich ist, die in 4 gezeigt ist. Die Rolle 144 umfasst eine Umfangsfläche, die eine Vielzahl daran ausgebildeter, ausgerichteter Zähne 146 besitzt. Die konischen Zähne 146 sind von einem schmalen ersten Ende zu einem breiteren zweiten Ende abgeschrägt, wie es genauer in 5 gezeigt ist. Es ist erkennbar, dass komplementäre Zähne 147 an einer gegenüber liegenden Rolle 145 von einem schmalen zweiten Ende zu einem breiteren ersten Ende abgeschrägt sind. Deshalb wird das Filtermedium, wenn die Decklage der mittleren Lage 108 durch den Zwischenraum der komplementären Rollen 144 geführt wird, gewellt, so dass Spitzen 104 und Täler 106 gebildet werden, die sich über ihre Länge in abwechselnden Richtungen verjüngen. Es ist erkennbar, dass die Raupen 124 und 126 ein Filtermedium zur Verfügung stellen, dass konstruktiv selbsttragend ist.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das resultierende Filtermedium 100 konische Wellenkammern 120, die ein geschlossenes stromaufwärts liegendes Ende besitzen, und Wellenkammern 122, die ein offenes stromaufwärts liegendes Ende besitzen. Es ist erkennbar, dass bei den konischen Wellen 102 die Wellenkammern 122 quer zur Strömung eine größere Querschnittfläche als die Kammern 120 besitzen, deren stromaufwärts liegende Enden geschlossen sind. Es ist auch erkennbar, dass die Querschnittfläche quer zur Strömung der Wellenkammern 120 größer ist als die Querschnittfläche der geschlossenen Kammern 122 und der Ränder der Lagen 108, 112 und 114. Auf diese Weise nimmt das Filtermedium 100 eine größere Strömung mit weniger Widerstand auf. Da sich die Wellenkammern 120 und 122 entgegengesetzt zueinander verjüngen, sind die Enden der Kammern am stromabwärts liegenden Rand in der Größe umgekehrt. Mit diesem Aufbau ist verständlich, dass die Wellenkammern 120 am geschlossenen stromabwärts liegende Ende des Filtermediums 100 einen viel kleineren Querschnitt und die Wellenkammern 122 eine viel größere Querschnittfläche besitzen. Deshalb tritt die Strömung durch die größeren Öffnungen der Kammern 120 ein und durch die größeren offenen stromabwärts liegenden Enden der Wellenkammern 122 aus. Mit diesem Aufbau durchströmt der Strom Filtermaterial, das einen viel größeren offenen Raum mit weniger Widerstand besitzt, während noch ausreichend Filtermediumfläche in dem gleichen Volumen zur Verfügung steht.
Bezugnehmen auf 6 ist dort eine zweite Ausführungsform eines Filtermediums gezeigt, das allgemein mit 200 bezeichnet ist und erfindungsgemäß asymmetrische Wellen besitzt. Das Filtermedium 200 umfasst asymmetrische Wellen, die wesentlich schmalere Spitzen 204 und breitbogige Täler 206 bilden. Der Radius des Bogens der Spitzen 204 ist geringer als der Radius des Bogens der Täler 206 der asymmetrischen Wellen. Das Filtermedium 200 umfasst eine mittlere Lage 208 und Decklagen 210, die aus einer ersten oberen Decklage 212 und einer zweiten unteren Decklage 214 bestehen.
Die Decklagen 210 sind durch stromaufwärts liegende Raupen 224 und stromabwärts liegende Raupen 226 verbunden. Auf diese Weise bilden die Lagen 208, 212 und 214 Kammern 220, deren stromaufwärts liegende Enden geschlossen sind, und Kammern 222, deren stromabwärts liegende Enden geschlossen sind.
Es ist erkennbar, dass mit der in 6 gezeigten Konfiguration der stromaufwärts liegende Teil des Filtermediums 200, der die Strömung abfängt, eine größere Öffnung für die Kammern 222 umfasst. Auf diese Weise wird durch die Wellenkammern 222 eine größere Strömung aufgenommen, die dann durch die Lagen 208, 212 und 214 und durch die Kammern 220 strömt. Außerdem stellt das asymmetrische Wellenfiltermedium 200 eine eigentragfähige Filterkonstruktion zur Verfügung.
Bezugnehmend auf 7 ist das offene Ende der Kammern 222 wesentlich größer als die Raupe 224 am stromaufwärts liegenden Ende und der Flächenbereich quer zur Strömung der Lagen 208, 212 und 214. Diese Anordnung verringert den Widerstand am Filtereinlass und sorgt für verbesserten Durchfluss und Staubbefrachtungskapazität.
Bezugnehmend auf 8 umfasst die Rolle 244 zum Bilden des asymmetrischen, gewellten Filtermediums 200 an ihrem Außenrand eine Vielzahl von Zähnen 246. Die Zähne 246 einer ersten Rolle 244 haben eine verbreiterte Außenfläche mit einem dazwischen ausgebildeten schmalen Tal. Die komplementäre Rolle würde zum Ineinandergreifen mit den Zähnen 246 schmalere Zähne mit einem dazwischen ausgebildeten verbreiterten Tal besitzen. Es ist erkennbar, dass, wenn die Rollen mit dem dazwischen hindurchgeführten Filtermaterial ineinander greifen, asymmetrische Spitzen und Täler in dem gewellten Filtermaterial ausgebildet werden.
Bezugnehmend auf 9 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die allgemein mit 300 bezeichnetes, zusammengequetschtes Filtermedium besitzt. Das zusammengequetschte Filtermedium umfasst Wellen 302 mit einem zusammengequetschten stromaufwärts liegenden Rand 316. Die Wellen umfassen Spitzen 304 und Täler 306, die durch eine gewellte mittlere Lage 308 gebildet werden. Deckschichten 310 nehmen zwischen sich die mittlere Lage 308 bildet werden. Deckschichten 310 nehmen zwischen sich die mittlere Lage 308 auf, so dass Wellenkammern 320 und 322 gebildet werden. Eine erste Decklage 312 berührt die obere Fläche der Wellen, während eine untere Decklage 314 die Unterseite der Wellen berührt. Das Filtermedium 300 umfasst eine stromaufwärts liegende Raupe 324 und stromabwärts liegende Raupe 326. Der Querschnitt der Wellen am stromabwärts liegenden Ende erscheint in 10. Die Schnittansicht von den stromaufwärts liegenden Enden würde umgekehrt zu der gezeigten sein, wobei die offenen und geschlossenen Teile entgegengesetzt sind.
Wie in 11 gezeigt ist, umfasst die stromaufwärts liegende Seite des Filtermediums 300 einen zusammengequetschten Rand 316 entlang der stromaufwärts liegenden Raupe 324. Dieses bildet eine schräge Fläche 328 der Raupe 324 und der mittleren Lage 308, die mit der Strömung in Berührung kommt. Die Schräge erzeugt weniger Widerstand, während ein größerer Durchfluss erreicht wird, so dass der Widerstand über das Filtermedium reduziert wird. Es ist erkennbar, dass das mit der Strömung am Rand 330 in Berührung kommende Filtermaterial und Raupe kleiner ist als die die Strömung aufnehmende offene Fläche, was den Wirkungsgrad und die Strömung verbessert.
Der abgeschrägte Rand kann durch eine Reihe von Verfahren ausgebildet werden, ein bevorzugtes Verfahren ist jedoch in den 15 und 16 gezeigt. Ein bogenförmiges oder rundes Formgebungselement 350 wird auf die stromaufwärts liegende Raupe 324 gedrückt, bevor das Dichtungsmaterial der Raupe ausgehärtet ist, so dass ein schnelles und einfaches Verfahren zum Bilden einer schrägen Fläche 328 zur Verfügung gestellt wird, wie es in 15 gezeigt ist. Das Formgebungswerkzeug 350 kann ein Ball sein, der über die stromaufwärts liegende Raupe 324 gerollt wird, oder ein abgerundetes Element, das auf das Medium 300 gedrückt wird. Nachdem die Vertiefung hergestellt ist, wird das Medium 300 mit einer Schneide 360 oder einem Schneidwerkzeug an der stromaufwärts liegenden Raupe 324 geschnitten, wodurch zwei Streifen des Filtermediums 300 gebildet werden, die einen schrägen stromaufwärts liegenden Rand 330 besitzen, wie es in 16 gezeigt ist. Es ist erkennbar, dass eine Reihe von Sätzen verbreiterter, alternierender Raupen 324 und 326 auf eine Mediumlage 300 aufgebracht werden können. Die stromaufwärts liegenden Raupen 324 werden dann wie in 15 gezeigt gequetscht. Wenn das Dichtungsmaterial der Raupen 324 und 326 aushärtet, wird die Filterme diumlage 300 an den Raupen 324 und 326 geschnitten, so dass Mehrfachlagen des Filtermediums 300 gebildet werden, die zusammengequetschte stromaufwärts liegende Ränder 300 besitzen.
Bezugnehmend auf 14 ist eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit gewelltem Filtermedium 400 gezeigt. Das gewellte Filtermedium 400 ist ähnlich den anderen gewellten Filtermedien, das gewellte Filtermedium 400 hat jedoch eine modifizierte stromaufwärts liegende Rand- und Raupenkonfiguration, wie es nachfolgend erläutert wird. Wie in 14 gezeigt ist, umfasst das gewellte Filtermedium 400 Wellen 402 mit Spitzen und Tälern und mit Wellen 420, die stromaufwärts geschlossen sind, und Wellen 422, die stromabwärts geschlossen sind. Anders als andere gewellte Filter, die abwechselnde Kammern besitzen, die an der äußersten stromaufwärts liegenden Fläche des Filtermediums geschlossen sind, umfassen die Wellen 420 jedoch eine Raupe 424, die die Wellenkammer abschließt, und die vom stromaufwärts liegenden Rand des Filtermediums 400 zurückgesetzt ist. Die Wellen 422 haben Raupen 426, die sich am stromabwärts liegenden Ende befinden.
Das Filtermedium 400 stellt, wie erkennbar ist, Vorteile in der Funktionsweise zur Verfügung, indem große Partikel 1000 sich an der stromaufwärts liegenden Fläche des Filtermediums sammeln können. Wie in 14 gezeigt ist, können einige der Wellen 402 vollständig abgesperrt werden, wenn die Partikel 1000 groß genug sind. Bei bekannten Filtermedien hat die Sperrung 1000, wenn mehrere Wellen verschlossen sind, größeren Einfluss, da aufeinanderfolgende, umliegende Wellen an ihrer stromaufwärts liegenden Seite geschlossen sind, was eine größere Strömungsrückführung um die blockierten Wellen herum erzeugt. Wie in 14 gezeigt ist, erlaubt eine Sperrung 1000 einer benachbarten, stromabwärts geschlossenen Welle 422, wenn die Wellen 420 an ihrer stromaufwärts liegenden Seite bei 424 geschlossen und von dem stromaufwärts liegenden Rand zurückgesetzt sind, dass die Strömung in das stromaufwärts liegende Ende der Wellen 420 eintritt und durch die gewellte Lage oder anderes Filtermaterial stromaufwärts von der Dichtung 424 strömt. Auf diese Weise strömt das Fluid in die Welle 422, wo es durch das Filtermaterial zurück in die Wellen 420 gedrückt wird, die an der stromabwärts liegenden Seite des Filters offen sind. Dieses verringert das Verstopfen und sorgt für einen besseren Durchfluss ohne Druckaufbau oder andere nachteilige Beeinflussung des Filterverhaltens. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die stromaufwärts liegenden Dichtungsraupen 424 vom stromaufwärts liegenden Rand ungefähr 6–25 mm (1/4'' bis 1'') zurückgesetzt. Auf diese Weise ist das gewellte Material noch selbsttragend, während die Auswirkungen des Verstopfens an der stromaufwärts liegenden Fläche des Filtermediums 400 verringert werden.
Wie in 12 gezeigt ist, wird der Druckabfall für die Luftströmung eines gewellten Filtermediums mit Wellen der Standard-B-Größe mit konischem Filtermedium 100 verglichen, das ebenfalls eine Welle der B-Größe besitzt. Außerdem wird ein gewelltes Filtermedium mit einer Standard-A-Größe mit dem zusammengequetschten Filtermedium 300 verglichen, das eine Welle der A-Größe besitzt. Es ist erkennbar, dass der Druckabfall über das Filter in beiden Beispielen im Vergleich mit den Standardwellenfilterkonfigurationen verringert ist, obwohl sie gleiches Filtervolumen und Wellennenngröße haben.
Wie in 13 gezeigt ist, ist außerdem erkennbar, dass, wenn das Filtermedium mit Staub befrachtet wird, eine Standard-B-Welle einen viel größeren Druckabfall als eine B-Welle mit konischem Filtermedium 100 aufweist. Außerdem hat eine Welle der Größe A für das Filtermedium 300 mit einem zusammengequetschten vorderen Rand einen wesentlich geringeren Anfangsdruckabfall als eine Standard-A-Welle.
Es ist erkennbar, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Filtermedium zur Verfügung gestellt wird, das eine wesentlich größere offene Fläche quer zur Strömung besitzt, die die Strömung aufnimmt. Dieses sorgt für einen höheren Wirkungsgrad mit geringerem Widerstand.

Claims

Filteranordnung, umfassend: (a) Filtermedium (100), umfassend mindestens eine Lage aus gewelltem Filtermedium (108) mit einem stromaufwärtsliegenden Rand und einen stromabwärtsliegenden Rand; (i) wobei die Lage aus gewelltem Filtermedium aus sich abwechselnden runden Spitzen und runden Tälern besteht, die bilden: (A) einen ersten Satz beabstandeter Rillen (122) auf einer Seite der Lage aus gewelltem Filtermedium; wobei jede Rille des ersten Rillensatzes eine Längsausdehnungsrichtung besitzt, die sich generell zwischen dem stromaufwärtsliegenden Rand und dem stromabwärtsliegenden Rand über die Lage erstreckt, und auf ihrer stromabwärtsliegenden Seite gesperrt ist; und (B) einen zweiten Satz beabstandeter Rillen (120) auf einer zweiten Seite der Lage aus gewelltem Filtermedium; wobei jede Rille des zweiten Rillensatzes eine Längsausdehnungsrichtung besitzt, die sich generell zwischen dem stromaufwärtsliegenden Rand und dem stromabwärtsliegenden Rand über die Lage erstreckt, und auf ihrer stromaufwärtsliegenden Seite gesperrt ist; (b) mindestens eine zusätzliche Lage aus nicht gewelltem Filtermedium (112, 114), die angrenzend an die mindestens eine Lage aus gewelltem Filtermedium ausgerichtet ist, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass jede Rille des ersten Rillensatzes sich nach unten in der Breite über die Längsausdehnungsrichtung von einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle zu einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle verjüngt; und jede Rille des zweiten Rillensatzes sich nach unten in der Breite über die Längsausdehnungsrichtung von einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle zu einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle verjüngt.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der die mindestens eine Lage aus gewelltem Filtermedium (108) aus einem Filtermedium besteht, das mittels des Durchganges zwischen einem Paar Wellenprofilrollen (144, 145), die jeweils konische Zähne (146) besitzen, gewellt wurde; wobei sich der Konus der Zähne eines ersten Paares der Wellenprofilrollen in eine Richtung verjüngt, die entgegengesetzt zu einer Richtung des Konus der Zähne eines zweiten Paares der Wellenprofilrollen ist.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, die außerdem umfasst: eine erste Dichtungsmittelraupe, die die mindestens eine Lage des nicht gewellten Filtermediums an der mindestens einen Lage des gewellten Filtermediums befestigt.
Filteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1–3, bei der: das Filterelement aus der mindestens einen, an der mindestens einen Lage des nicht gewellten Filtermediums befestigten, Lage aus gewelltem Filtermedium besteht und in Rollenform aufgewickelt ist.
Filteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1–4, bei der: (a) jede Rille des ersten Rillensatzes an einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle geschlossen ist, für den Durchgang von ungefiltertem Material dort heraus, und (b) jede Rille des zweiten Rillensatzes an einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle geschlossen ist, für den Durchgang von ungefiltertem Material dort hinein.
Filteranordnung gemäß Anspruch 5, bei der: (a) jede Rille des ersten Rillensatzes durch die erste, angrenzend am stromabwärtsliegenden Rand angeordnete Dichtungsmittelraupe dicht verschlossen ist; und (b) jede Rille des zweiten Rillensatzes durch eine zweite, angrenzend am stromaufwärtsliegenden Rand angeordnete Dichtungsmittelraupe dicht verschlossen ist.
Filteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1–4, bei der: (a) das Filtermedium eine Schichtung gewellter Lagen umfasst, wobei jede von ihnen zwischen zwei flachen Filtermediumlagen angeordnet ist; (i) wobei jede gewellte Lage der Schichtung aus gewellten Lagen sich abwechselnde Spitzen und Täler umfasst, die bilden: (A) einen ersten Satz Rillen auf einer Seite der Lage aus gewelltem Filtermedium; und (B) einen zweiten Satz Rillen auf einer zweiten Seite der Lage aus gewelltem Filtermedium; (ii) wobei sich jede Rille des ersten Rillensatzes nach unten in der Breite über ihre Längsausdehnung von einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle zu einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle verjüngt; und (iii) jede Rille des zweiten Rillensatzes sich benachbart vom stromabwärtsliegenden Rand zu einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle nach unten verjüngt.
Filteranordnung gemäß Anspruch 7, bei der (a) jede Rille des ersten Rillensatzes an einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle geschlossen ist, für den Durchgang von ungefiltertem Material dort heraus; und (b) jede Rille des zweiten Rillensatzes an einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle geschlossen ist, für den Durchgang von ungefiltertem Material dort hinein.
Verfahren zum Herstellen einer Filteranordnung, wobei das Verfahren umfasst: (a) Ausbilden eines gewellten Filtermediums mittels Hindurchführen des Filtermediums zwischen einem Paar Wellenprofilrollen, die jeweils Zähne mit einer konischen Breite besitzen, wobei sich der Konus der Zähne eines ersten Paares der Wellenprofilrollen in eine Richtung verjüngt, die entgegengesetzt zu einer Richtung des Konus der Zähne eines zweiten Paares der Wellenprofilrollen ist; (i) wobei das gewellte Filtermedium einen stromaufwärtsliegenden Rand und einen stromabwärtsliegenden Rand besitzt; das gewellte Filtermedium aus sich abwechselnden runden Spitzen und runden Tälern besteht, die bilden: (A) einen ersten Satz beabstandeter Rillen auf einer Seite des gewellten Filtermediums; wobei jede Rille des ersten Rillensatzes eine Längsausdehnungsrichtung besitzt, die sich generell zwischen dem stromaufwärtsliegenden Rand und dem stromabwärtsliegenden Rand erstreckt, und an ihrem stromabwärtsliegenden Ende geschlossen ist; und (B) einen zweiten Satz beabstandeter Rillen auf einer zweiten Seite des gewellten Filtermediums; wobei jede Rille des zweiten Rillensatzes eine Längsausdehnungsrichtung besitzt, die sich generell in eine Richtung zwischen dem stromaufwärtsliegenden Rand und dem stromabwärtsliegenden Rand über das Filtermedium erstreckt und an ihrem stromaufwärtsliegenden Ende geschlossen ist; (ii) wobei jede Rille des ersten Rillensatzes sich nach unten in der Breite über die Längsausrichtung von einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle zu einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle verjüngt; und (iii) jede Rille des zweiten Rillensatzes sich nach unten in der Breite über die Längsausrichtung von einer am stromabwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle zu einer am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzenden Stelle verjüngt; (b) Ausrichten mindestens einer Lage aus nicht gewelltem Filtermedium angrenzend an das gewellte Filtermedium; und (c) Befestigen des nicht gewellten Filtermediums an mindestens einer Lage des gewellten Filtermediums.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem: der Schritt des Befestigens das Befestigen des nicht gewellten Filtermediums an der mindestens einen Lage aus gewelltem Filtermedium mit einer ersten Dichtungsmittelraupe umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 und 10, außerdem umfassend: Aufwickeln des an der mindestens eine Lage aus nicht gewelltem Filtermedium befestigten, gewellten Filtermediums in eine Rollenform.
Verfahren gemäß Anspruch 10, außerdem umfassend: (a) Abdichten jeder Rille des ersten Rillensatzes, die durch die am stromabwärtsliegenden Rand angrenzend angeordnete erste Dichtungsmittelraupe verschlossen ist; (b) Abdichten jeder Rille des zweiten Rillensatzes, die durch eine am stromaufwärtsliegenden Rand angrenzend angeordnete zweite Dichtungsmittelraupe verschlossen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9–11, außerdem umfassend: Zusammenquetschen jeder Rille des zweiten Rillensatzes, die angrenzend an einen ausgewählten Rand des Filtermediums verschlossen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem: der Schritt des Zusammenquetschens das Zusammenquetschen jeder Rille des zweiten Rillensatzes umfasst, die angrenzend am stromaufwärtsliegenden Rand des Filtermediums geschlossen ist.