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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement für eine Filtereinheit,
wie zum Beispiel eine Ölfiltereinheit,
welche in einem Strömungskanal
für Schmieröl angeordnet
ist, das zur Versorgung in einem Fahrzeugmotor zirkuliert wird,
und welche das Schmieröl
filtert.
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Herkömmlich verwenden
Filterelemente für Ölfiltereinheiten
des Bypass-Typs als Hauptkomponenten Filter, welche durch Aufwickeln/Winden
von Filterpapier in eine mehrschichtige Walzenkonfiguration in eine
zylindrische Form geformt werden, wobei die Filterdichte derart
angepasst ist, dass sie gleichförmig
ist. Die Filter werden in einem Ölströmungskanal
derart angeordnet, dass die Axialrichtung der Filter mit der Ölströmungsrichtung
ausgerichtet ist, und fangen Verunreinigungen, wie zum Beispiel Schlamm,
abgetragenes Metall und Kohlenstoff/Russ, in dem Schmieröl auf und
entfernen diese.
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In
einem Filterelement wird, je größer die Dichte
der Filter ist, durch welche das Schmieröl tatsächlich hindurchtritt, das Ausmaß der eingefangenen
Verunreinigungen größer. Im
Gegensatz dazu wird jedoch, je größer die Dichte ist, der Strömungswiderstand
größer und
die Fluidströmung
geringer, das heißt,
das Leistungsvermögen
(Effizienz) der Zirkulation des Schmieröls wird geringer. Umgekehrt wird,
je niedriger die Filterdichte ist, das Leistungsvermögen der
Zirkulation umso größer, aber
umso kleiner wird das Ausmaß,
in welchem die Verunreinigungen eingefangen werden. Während die
Filterdichte bestimmt werden muss, wobei die Balance zwischen der
Fluidströmung
des Schmieröls
und dem Ausmaß der
eingefangenen Verunreinigungen berücksichtigt werden muss, hat
man bei herkömmlichen
Filterelementen das Merkmal beibehalten, dass sie eine gleichförmige Filterdichte
aufweisen, was häufig
zwar zu einer Sicherstellung der Fluidströmung führt, jedoch zu einem nicht
ausreichenden Ausmaß an
eingefangenen Verunreinigungen.
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Ölfilter,
welche Filterelemente umfassen, die in ihrer Dichte unterschiedlich
sind, sind aus der GB 1 440 814 und der
EP 0 401 329 B1 bekannt.
Es verbleibt jedoch immer noch das Problem einer beschränkten Lebensdauer
aufgrund des Verstopfens und einer Schädigung der Filter.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände
gemacht. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Filterelement für
eine Filtereinheit zur Verfügung zu
stellen, welches eine hohe Filterleistung aufweist, während die
Fluidströmung
durch dasselbe sichergestellt wird.
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Um
die Aufgabe, welche oben beschrieben wurde, zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung ein Filterelement zur Verfügung, welches dadurch gekennzeichnet
ist, dass es eine Vielzahl von Filtern aufweist, die eine unterschiedliche
Dichte haben, wobei die Filterelemente in Reihe in einer aufsteigenden Reihenfolge
der Dichte angeordnet sind, von der Einströmseite in Richtung der Abgabeseite
des Fluids.
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Zudem
weist das Filterelement gemäß der Erfindung
eine membranartige Filterlage auf, welche zwischen jeweils alle
benachbarten einzelnen der Filter positioniert sind, zum Abdecken
von beiden gegenüberliegenden
Oberflächen
der benachbarten Filter.
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Ferner
weist in der obigen Anordnung das Filterelement ein absorbierendes
Pulver auf, welches in einen der Filter hineingemischt ist, welcher
relativ nahe der Einströmseite
positioniert ist.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung ein Filterelement zur Verfügung, welches
dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Vielzahl von Filtern aufweist,
die in Reihe von der Einströmseite
zu der Abgabeseite des Fluids angeordnet sind, wobei das Fluid eine
Vielzahl von verschiedenen Arten von Verunreinigungen beinhaltet,
wobei die Vielzahl der Filter zum Einfangen von jeweiligen einzelnen
der verschiedenen Arten von Verunreinigungen geeignet ist.
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Die 1 ist eine teilweise, quer
geschnittene perspektivische Ansicht eines Filterelements gemäß des Standes
der Technik;
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2 ist eine teilweise, quer
geschnittene perspektivische Ansicht eines Filterelements gemäß einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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die 3 ist eine teilweise, quer
geschnittene perspektivische Ansicht eines Filterelements gemäß einer
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in größerem Detail beschrieben, wobei
Ausführungen
mit Bezug auf die Zeichnungen, welche hieran angefügt sind,
verwendet werden.
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(1) Stand der Technik:
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Die 1 zeigt eine teilweise,
quer geschnittene perspektivische Ansicht eines Filterelements 1 für eine Schmieröl-Filtereinheit
gemäß des Standes der
Technik.
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Dieses
Filterelement 1 umfasst eine Kombination aus einem ersten
Filter 10, welcher auf der stromaufwärtigen Seite des Fluidströmungskanals angeordnet
ist, das heißt
auf der Einströmseite
der Flüssigkeit
(Fluid) F1, die gefiltert werden soll, Schmieröl in diesem Fall, und aus einem
zweiten Filter 20, welcher auf der stromabwärtigen Seite
des ersten Filters 10 angeordnet ist, das heißt auf der
Abgabeseite der Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll. Bei dem Filterelement 1,
welches in der 1 gezeigt
ist, strömt
die Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, ausgehend von der oberen Seite ein
und wird, nachdem sie hindurch getreten ist, zu der unteren Seite
hin als die gefilterte Flüssigkeit
F2 abgegeben.
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Der
erste Filter 10 ist derart angeordnet, dass das Filterpapier 12,
welches aus einem Werkstoff wie zum Beispiel Papierzellstoff hergestellt
ist, um eine zylindrische innere Papierröhre 11 herum gewunden
wird, um eine mehrschichtige Walzenkonfiguration auszubilden, und
ein Rollenpapier/Walzenpapier 13 ist auf die äußere Umfangsoberfläche der gewickelten
Walze des Filterpapiers 12 gewickelt/gewunden, um den walzenförmigen Zustand
beizubehalten. Auf der anderen Seite ist der zweite Filter 20 ebenso
auf eine ähnliche
Art und Weise angeordnet, so dass das Filterpapier 22 um
eine zylindrische innere Papierröhre 21 gewickelt/gewunden
ist, um eine mehrschichtige Walzenkonfiguration auszubilden, und
das Walzenpapier 23 ist auf die äußere Umfangsoberfläche der
gewickelten Walze des Filterpapiers 22 gewickelt. Daher
ist bei dem ersten und dem zweiten Filter 10 und 20 die
Größe, das
heißt
der äußere Durchmesser
und der innere Durchmesser und die Höhe (axiale Länge) derselben
identisch.
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Der
erste und der zweite Filter 10 und 20 unterscheiden
sich in ihrer Dichte. Das bedeutet, dass das Filterpapier 22 des
zweiten Filters mit einer größeren Anzahl
von Umwicklungen gewickelt ist als das Filterpapier 12 des
ersten Filters 10, aber bis auf denselben äußeren Durchmesser
wie der erste Filter 10, wodurch er im Vergleich zu dem
ersten Filterpapier 12 des ersten Filters 10 verdichtet
ist. Somit weist der zweite Filter 20 eine höhere Dichte
auf als der erste Filter 10. Mit anderen Worten, in diesem
Filterelement 1 sind zwei Filter mit unterschiedlichen
Dichten, das heißt
der erste Filter 10 und der zweite Filter 20, in
Reihe in aufsteigender Reihenfolge der Dichte, ausgehend von der
Einströmseite
in Richtung der Abgabeseite, angeordnet.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass Filter mit unterschiedlicher Dichte
ebenso erzielt werden können,
entweder durch ein Verfahren des Aufwickelns von Filterpapier mit
unterschiedlichen Dichten mit derselben Anzahl von Umwindungen oder
durch ein Verfahren des Kombinierens dieses gerade beschriebenen
Verfahrens und des oben beschriebenen Verfahrens.
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Der
erste und der zweite Filter 10 und 20 werden in
einem Zustand gehalten, dass sie gegenseitig zueinander axial gestapelt
sind, dadurch dass sie eine zylindrische verbindende Papierröhre 30 aufweisen,
welche fest innerhalb der inneren Röhren 11 und 21 von
den beiden Filtern eingepasst/befestigt ist. Zudem wird eine ringförmige tragende
Platte 31, welche zum Beispiel aus einem Metallsieb hergestellt ist,
zwischen die beiden Filter 10 und 20 eingefügt. Ferner
sind die beiden Filter 10 und 20 aneinander gekoppelt,
durch Verbinden von beiden Enden von jedem von einem Paar von Textilbändern 32,
welche jeweils um die obere Endoberfläche des Filters 10, die
innere Umfangsoberfläche
der inneren Röhren 11, 30 und 21,
die untere Endoberfläche
des zweiten Filters 20 und die äußere Umfangsoberfläche des Walzenpapiers 13 und 23 gewickelt
sind, unter einer geeigneten Spannung, wobei jeweils jede eines
Paares von z-förmigen
Schnallen 33 verwendet wird. Schließlich wird das Filterelement 1 durch
Kleben einer Filtermembran 34, wie zum Beispiel aus einem Vliesstoff,
auf die untere Oberfläche
des Filters 20 vervollständigt, und durch Anbringen
einer zylindrischen äußeren Röhre 35 aus
Pappe auf der äußeren Umfangsoberfläche der
Filter 10 und 20, ausgehend von der unteren Seite
des zweiten Filters 20. Es wird darauf hingewiesen, dass
die Höhe
(die axiale Länge)
der äußeren Röhre 35 näherungsweise
2/3 der gesamten Länge
des Filterelements 1 beträgt, und dass das untere Ende
der äußeren Röhre 35 mit
der unteren Oberfläche
des Filters 20 zusammenfällt.
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Nachfolgend
wird die Verwendung eines Filterelements 1, welches die
obige Anordnung aufweist, beschrieben.
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Wie
sehr bekannt ist, wird dieses Filterelement 1 in einem
Gehäuse
(nicht gezeigt) eingeschlossen, welches eine Einströmöffnung und
eine Abgabeöffnung
für eine
Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, aufweist, wobei das obere Ende des
ersten Filters 10 der Einströmöffnung gegenübersteht, und
das untere Ende des zweiten Filters 20 der Abgabeöffnung gegenübersteht.
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Die
Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, welche in das Gehäuse geströmt ist, tritt zuerst in das Filterpapier 12 des
ersten Filters 10 von dem oberen Ende oder der äußeren Oberfläche des
ersten Filters 10 ein. Weil die Dichte des ersten Filters 10 relativ niedrig
eingestellt ist, werden Verunreinigungen P, wie zum Beispiel Schlamm,
abgetragenes Metall und Kohlenstoff, die in der Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, mitgerissen werden, sicher aufgenommen oder
absorbiert in die Innenseite des ersten Filters 10 hinein,
ohne dass sie auf der äußeren Oberfläche des
ersten Filters 10 abgeschieden werden. Es wird darauf hingewiesen,
dass, weil das Einströmende des
ersten Filters 10 nicht in die äußere Röhre 35 eingesetzt
ist, die Dichte dieses Bereichs des ersten Filters 10 ferner
reduziert wird, was zu einer weiter vergrößerten Absorbtionsfähigkeit
für Verunreinigungen P
führt.
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Während die
Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, durch den ersten Filter 10 hindurchtritt,
wird die Verunreinigung P1 mit relativ großen Teilchengrößen, welche
an die Dichte des ersten Filters 10 angeglichen sind, in
dem Filterpapier 12 eingefangen. Verunreinigungen P2 mit
kleinen Teilchengrößen werden nicht
in dem ersten Filter 10 eingefangen und werden nicht in
dieser Stufe eingefangen, sondern strömen, nachdem sie durch die
tragende Platte 31 hindurchgetreten sind, in den zweiten
Filter 20, während
sie in der Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, mitgerissen werden. Dann, während die
Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, durch den zweiten Filter 20 hindurchtritt,
wird die feine Verunreinigung P2, welche nicht in dem ersten Filter 10 eingefangen
worden ist, durch das Filterpapier 22 eingefangen. Die
Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, welche von der Verunreinigung P befreit
worden ist, wird von dem unteren Ende oder der äußeren Oberfläche des
zweiten Filters 20 abgegeben, als die gefilterte zu filternde Flüssigkeit
F2 (oder kurz gesagt "gefilterte
Flüssigkeit"), und kehrt zurück von der
Auslassöffnung
des Gehäuses,
welches oben beschrieben wurde, in den Zirkulationskanal.
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Gemäß des Filterelements 1 der
vorliegenden Ausführung,
wie oben beschrieben wurde, wird im Verlauf der Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, welche durch das Filterelement 1 hindurchtritt,
nachdem die Verunreinigung P1 mit den relativ großen Teilchen
durch den ersten Filter 10 eingefangen worden ist, die
Verunreinigung P2 mit den kleinen Teilchen durch den zweiten Filter 20 eingefangen,
wodurch die Filterleistung verbessert wird.
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Zudem,
weil die Verunreinigung P1 mit den großen Teilchen und die Verunreinigung
P2 mit den kleinen Teilchen jeweils in dem ersten und zweiten Filter 10 und 20 abgelagert
werden, wird die Variation der Dichte der Filter, welche durch die
Verunreinigung P, umfassend P1 und P2, verursacht wird, nicht in
einem der Filter 10 und 20 konzentriert, sondern
in beide verteilt. Somit wird ein Anstieg des Strömungswiderstandes
der Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, verhindert, und die Fließfähigkeit
der Flüssigkeit F1,
die gefiltert werden soll, in dem Filterelement 1 wird
gesichert.
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Nachfolgend
werden erste und zweite Ausführungen
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Es wird angemerkt,
dass in den Zeichnungen, auf welchen in der Beschreibung dieser
Ausführungen
Bezug genommen wird, die selben Komponenten, welche auch in der 1 gezeigt sind, ähnlich bezeichnet
werden, und eine Beschreibung derselben eingespart wird.
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(2) Erste Ausführung
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Die 2 zeigt ein Filterelement 2 gemäß einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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In
dieser Ausführung
ist an Stelle der tragenden Platte 31, welche oben beschrieben
wurde, eine dünne
mittlere Filtermembran (membranähnlicher Filter) 40 aus
einem Vliesstoff zwischen den ersten und den zweiten Filter 10 und 20 eingefügt. Die
mittlere Filtermembran 40 ist in einer Ringform ausgebildet
und deckt eine gesamte Fläche
von beiden der sich gegenseitig gegenüberstehenden Oberflächen des
ersten und des zweiten Filters 10 und 20 ab.
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In
dem Fall des Filterelements 2, wenn die Verunreinigung
P2 mit den kleinen Teilchen, welche durch das Filterelement 1 hindurchgetreten
ist, in den zweiten Filter 20 hinein strömt, wird
die Verunreinigung P2 mit den kleinen Teilchen gleichförmig durch die
mittlere Filtermembran 40 verteilt. Somit wird die feine Verunreinigung
P2 derart gehandhabt, dass es unwahrscheinlich ist, dass die Verunreinigung
P2 in einem angehäuften
Zustand in den zweiten Filter 20 hinein strömt. Als
ein Ergebnis wird Schaden, wie zum Beispiel Filterrisse, die durch
angehäufte
Verunreinigungen P2 mit den kleinen Teilchen, die in das Filterpapier 22 eintreten,
welches den zweiten Filter 20 ausbildet, verursacht werden,
vermieden, wodurch die Filterleistungsfähigkeit des zweiten Filters 20 für eine lange
Zeit aufrechterhalten wird.
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(3) Zweite Ausführung
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Die 3 zeigt ein Filterelement 3 gemäß einer
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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In
dieser Ausführung
wird ein absorbierendes Pulver 41 in das Filterpapier 12,
welches den ersten Filter 10 ausbildet, zu einem geeigneten
Anteil eingemischt. Für
dieses absorbierende Pulver 41 wird insbesondere solches
Pulver verwendet, welches geeignet ist, Oxidschlamm P3 in der Flüssigkeit F1,
die gefiltert werden soll, zu absorbieren. Der Oxidschlamm P3 in
der Flüssigkeit
F1, die gefiltert werden soll, wird dadurch eingefangen, dass er
in dem absorbierenden Pulver 41 absorbiert wird, und er
wird in dem ersten Filter 10 abgelagert. Auf der anderen
Seite strömt
das absorbierende Pulver 41, welches den Oxidschlamm P3
nicht absorbiert hat, in den zweiten Filter 20, in welchen
das absorbierende Pulver 41 nicht eingemischt wird, und
wird durch das Filterpapier 22 des zweiten Filters 20 eingefangen, um
dort zu verbleiben. In der 3 bezeichnet
das absorbierende Pulver 41, welches man in dem zweiten
Filter 20 sehen kann, das absorbierende Pulver, welches
aus dem ersten Filter 10 eingeströmt ist und durch das Filterpapier 22 eingefangen
wurde.
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Weil
die Dichte des zweiten Filters 20 hoch ist, verbleibt in
diesem Fall das absorbierende Pulver 41 in diesem zweiten
Filter und wird abgelagert. Als ein Ergebnis wird das absorbierende
Pulver, welches den Oxidschlamm P3 nicht absorbiert hat, daran gehindert,
aus dem Filterelement 3 herauszuströmen.
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Die 3 zeigt eine tragende Platte 31,
welche in Übereinstimmung
mit der Erfindung durch einen membranähnlichen Filter ausgetauscht
worden ist.
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(4) Variationen und andere
Anwendungen der Erfindung
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Die
Implementierung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben
beschriebenen Ausführungen
beschränkt,
sondern andere Variationen, wie sie zum Beispiel unten dargestellt
sind, sind möglich.
- 1. Die erste und die zweite Ausführung, welche beschrieben
wurden, verwenden zwei Filter oder zwei Arten von Filtern als die
Filter mit unterschiedlicher Dichte. Es kann jedoch jede beliebige Anzahl
einer Mehrzahl von Filtern verwendet werden, insofern die Erfordernisse
für die
Anordnung des Filterelements derart getroffen werden, dass die Vielzahl
der Filter derart ausgewählt
werden, dass sie sich in ihrer Dichte unterscheiden, und dass sie
in Reihe in der aufsteigenden Reihenfolge der Dichte von der Einströmseite in
Richtung der Abgabeseite angeordnet werden.
- 2. Die erste und die zweite Ausführung, welche oben beschrieben
wurden, verwenden Filterpapier 12 und 22 als das
Filtermaterial für
die Filter 10 und 20. Die Filtermaterialien sind
jedoch nicht darauf beschränkt,
sondern können
aus jeglicher Anzahl von Materialien ausgewählt werden, welche meist dafür geeignet
sind, die Verunreinigungen P, welche in der Flüssigkeit F1, die gefiltert werden
soll, beinhaltet sind, einzufangen.
- 3. Die Filterelemente in den oben beschriebenen Ausführungen
sind alle zum Filtern von Schmieröl vorgesehen. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch für
jegliche Filterelemente zum Behandeln von jeglichen von verschiedenen
Flüssigkeiten,
wie zum Beispiel Abwasser, anwendbar.