JP2020500103A - フィルタエレメント - Google Patents

Abstract

交換要素として設計されたフィルタエレメント（３）であって、そのフィルタ媒体（５９）は中空体として形成されて、特にエンドキャップ（１３、１９）の形をした２つの終端部の間に延びていて、個々のフィルタ折り目（６６）を付けて形成されており、フィルタ媒体（５９）がセルロースからなる濾材（６１）を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、交換要素として設計されたフィルタエレメントであって、そのフィルタ媒体は中空体として形成されて、特にエンドキャップの形をした２つの終端部の間に延びていて、個々のフィルタ折り目を付けて形成されているものに関する。さらに、本発明はそのようなフィルタエレメントを交換可能に受容するための装置、及びそのようなフィルタエレメントのためのセルロースからなる濾材の製造方法に関する。

この種のフィルタエレメントは従来技術である。そのようなフィルタエレメントは、油圧流体から異物負荷を取り除くことにより当該システムの動作安定性を保証するために、様々な設計の油圧システムで広く用いられている。そのようなフィルタエレメントは燃料供給システムにおいても有利に使用される。特許文献１（独国特許出願公開第１０２０１１１１９８６８号明細書）は、ディーゼル燃料などの水混合物で負荷された流体用のフィルタ装置であって、このフィルタ装置は、フィルタハウジング内で未処理側から清浄側に貫流可能であり、且つ多段濾過及び水分離のために、主として水分離作用を有する濾材と、主として粒子状の汚れを保留する濾材をそれぞれ少なくとも１つ有するフィルタエレメントを備え、分離された水を受容する集水装置が存在し、主として水分離作用を有する濾材が合体濾材である、フィルタ装置を開示している。

しかし作動油などの流体もしばしば乳化した水成分を有しており、これらは濾過において少なくとも一部は分離されるべきである。従来技術による構造を有する慣用的なフィルタエレメントは、しばしばこの要求を十分満たさない。

独国特許出願公開第１０２０１１１１９８６８号明細書

この問題に鑑み、本発明の課題は、油水エマルジョンを含む流体の濾過において水の特に効果的な分離を可能にし、且つ機能的に安定して作動して廉価に製造できるフィルタエレメントを提供することである。

上記の課題は、請求項１の特徴をその全体において有するフィルタエレメントによって解決される。

本発明の重要な特徴は、請求項１の特徴部によれば、濾材がセルロースからなる濾材を有することである。流体が貫流するとセルロース繊維は合体し、それによってエマルジョンの含水量から拡大した水滴が形成され、それらの水滴は水と油の密度差のために沈降して密度の小さい媒体からの分離が生じる。実用的な実験において、そのようなフィルタエレメントは前述の水分離を機能的に安定して行ない、しかも製造コストが廉価であることが分かった。個々のフィルタ折り目を形成してフィルタ媒体をプリーツ加工することにより、フィルタ表面は著しく拡大され、その結果として上述の分離が特に効果的に、従って高い効率で行われる。これに相当するものは従来技術にはない。

好ましくは、中空体を形成するプリーツ加工されたフィルタ媒体は、溶接接合及び／又は接着接合により互いに向き合って隣接する２つの長手方向縁部で固定接続されている。横方向形状は、固い複合材料によって恒久的に確保されている。

特に有利な実施形態において、２ｍｍ以上の一様な厚さを有するセルロースからなるフィルタ媒体は、高さの等しいフィルタ折り目を有しており、その曲げ半径若しくは折り畳み半径は谷側と山側とで等しく、溶接接合部及び／又は接着接合部を除けば互いに一体的に密着している。この一様な厚さ及び一様な折り目形状により強力な合体作用を達成することができ、それは特に効果的な水の分離を可能にする。

有利には、全てのプリーツの谷側と山側の曲げ半径が等しく、且つ中空体に形成された濾材が、個々のフィルタ折り目によって相前後して先が尖った流体室を限定している。
このようにして形成された流体室が連続していることは、可能な限り大きい露出したフィルタ表面でセルロース系材料に流入することを助長する。

セルロースからなるフィルタ媒体は、特に有利には水を作動油から分離するのに用いることができ、水油混合物中の水滴の体積を増加させ、これらの水滴は水と油の密度差に基づき重力の作用下で沈降し、重力の影響により分離プロセスが行われる。

特に有利な実施形態において、セルロースからなるフィルタ媒体は濾過液側及び未濾過液側など少なくとも片側に、折り目の推移に追従する不織布又は織布などの少なくとも１つの保護層を備えている。そうすることによってセルロース系材料は両側から損傷に対して保護されている。保護する織布は、従来技術によるフィルタエレメントにおいて、いわゆるメッシュパックに設けられているように、有利には微細金属格子であり得る。

特に有利には、セルロースからなる濾材が粒子フィルタによって囲まれているように配置することができる。これは濾過プロセスにおいてプレフィルタの機能を果たすことができる。

この場合、有利には粒子フィルタが別のプリーツ加工されたフィルタ媒体を有しており、そのフィルタ折り目はセルロース系材料からなる一方のフィルタ折り目より大きい充填密度を有し、プリーツ高さもより大きい。粒子フィルタは、そのようなフィルタ媒体で慣用的な方法で複数の材料層から構成することができる。

有利な実施形態において、両フィルタ媒体の間に流体透過性支持管が配置されており、好ましくはこれとは反対のセルロースフィルタ媒体の側にも別の支持管が配置されている。エンドキャップの間に延びる支持管は、フィルタエレメントの構造ユニットの強度を増大させる。

この場合有利には、終端部として互いに向き合う両エンドキャップはそれらの間に、両フィルタ媒体の中空円筒として形成された両中空体を受容することができ、粒子フィルタはセルロースフィルタを好ましくはその流出側で囲んでいる。

本発明はまた請求項１から１０のいずれか一項に記載のフィルタエレメントを交換可能に受容するための装置に関し、この装置は請求項１１の特徴をその全体において有している。それによればこの装置は、複数のポートを備えたフィルタエレメントのための受容室を有するフィルタハウジングを具備しており、受容室が少なくとも部分的に保持ロッドによって貫通されており、この保持ロッドにフィルタエレメントを中心に装着でき、このフィルタエレメントはその一方のエンドキャップと追加の固持装置とによってロッドに固持できる。フィルタエレメントのために、中央に配置された内部保持ロッドによる中心保持と、それに対応した固持装置とが設けられており、従ってフィルタエレメントの外周から張り出すフィルタエレメント用の保持手段がないことにより、フィルタハウジングの省スペース構造が可能にされている。

この場合有利には、フィルタエレメントをハウジング内の保持ロッドに組み付けた状態で、各エンドキャップはシール機能を有するスペーサを介して一方では固持装置に支持され、他方ではハウジングの中間底部に支持されているように構成できる。そうすることによって固持装置は、フィルタハウジング内で濾過液側の追加的なシーリングを引き受ける。

フィルタエレメントを外側又は内側から内側又は外側に貫流する際に、中間底部はフィルタエレメントと共に、フィルタエレメントの清浄側の油水ポートを備えた集水室を、油水混合物を供給するための未濾過液側のポートを備えた未濾過液室から分離する。

有利には、ハウジングは流体タンク内の内蔵部品として設計されており、周囲に対して取り外し可能なハウジングカバーによって閉鎖され得る。

本発明はまた請求項１５により、請求項１から１０のいずれか一項に記載のフィルタエレメントのためのセルロースからなるフィルタ媒体を製造するための方法に関し、この方法は、少なくとも、
セルロース系材料からなる平坦に延びるフィルタマットを湿らせ、
湿らせたフィルタマットに折り畳み機でプリーツ加工し、
好ましくは円筒形の中空体を形成し、
溶接プロセス及び／又は接着プロセスによって中空体の両長手方向側面を接続し、
セルロースからなるフィルタ媒体を乾燥させる製造工程を含む。

請求項１６によれば、この方法のために、
好ましくは不織布又は織布からなる層を、好ましくは平坦なセルロースフィルタマットの両側に取り付け、
折り畳み機（８１、８３）を用いて、それぞれ別の層をフィルタマットと共に折り込む、補完的な製造工程が設けられている。

以下に、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、発明によるフィルタエレメントを受容するために設けられた本発明による装置の実施形態の縦断面図である。 図２は、本発明による装置の変形実施形態の縦断面図である。 図３は、本発明の一実施形態によるフィルタエレメントを別個に表現した縦断面図である。 図４は、フィルタエレメントの実施形態の水平断面図である。 図５は、図４にＶで示す円形に包囲された領域を拡大して示す部分断面図である。 図６は、本発明による製造方法に従ってセルロースからなるフィルタ媒体を製造するための折り畳み装置の部分を抜き出して概念的に簡略化して示す斜視図である。

図１及び図２では、本発明の一実施形態によるフィルタエレメント３を受容するために設けられたフィルタハウジング全体が１で示されている。フィルタハウジング１は、中空円筒の形をした本体部５を有しており、この本体部５は図では下端部において、本体部５に溶接された底部７によって閉じられている。上端部においてフィルタハウジング１は、フィルタエレメント３の取り付け及び取り外しのために取り外し可能であるハウジングカバー９によって閉じられている。フィルタ装置を流体タンク、例えば作動油用の貯蔵タンク内に設置する際に、ハウジングカバー９はタンク開口部のための閉鎖部材を形成する。受容室の内部には底部７により中間底部１１が形成されており、その上に受容室内に挿入されたフィルタエレメントがその下側終端部で支持されている。これはプラスチック材料からなる慣用的なエンドキャップ１３によって形成されており、フィルタエレメント３の内部フィルタキャビティ１７へのアクセスとして中央開口部１５を有する。上側終端部として下側エンドキャップ１３に対応する上側エンドキャップ１９が設けられており、これも同様に中央開口部２１を有する。

図１に示された、フィルタエレメント３をその外側から内部フィルタキャビティ１７へ貫流する実施形態において、中間底部１１はフィルタエレメント３に対する支持面として平坦な壁２３を有しており、この壁２３は外周から外周まで連続的に延びて、装着されたフィルタエレメント３の開口部１５と合致する中央貫通孔２５を有する。壁２３上に下側エンドキャップ１３がスペーサ２７を形成するシール要素を介して支持されている。スペーサ２７はシール機能のためにエラストマ又は金属シール要素から形成されてよい。中間底部１１の壁２３はスペーサ２７のための載置面にわずかに突出する円周方向の環状リブ２９を有し、これがスペーサ２７においてシールエッジを形成する。

フィルタエレメント３を中間底部１１の支持部に固持するために保持ロッド３１が設けられており、この保持ロッド３１はハウジング長手方向軸心３３に対して同軸に底部７の基部を起点として、装着されたフィルタエレメント３の内部フィルタキャビティ１７を通って延びている。固持装置を形成するために、保持ロッド３１の上端領域に締付け板３５が摺動可能に支持され、シールリング３７によりロッド３１に対して密封されている。上側エンドキャップ１９を上方から把持する締付け板３５は、ロッド３１の雄ねじ上に着座するナット３９によってフィルタエレメントに当接可能であり、下側エンドキャップ１３に形成された保持部と同様に、シール機能を有するスペーサ２７が締付け板３５と下側エンドキャップ１９との間に挿入されており、締付け板３５はシーリングを支持するためにやはりシールエッジを形成する突出した周方向環状リブ２９を有する。フィルタエレメント３の外側から内側への貫流が設けられている図１の実施形態では、油水エマルジョンを未濾過液として供給するためのポート４１がハウジングカバー９にある。底部７では、油が濾過液として底部の室４３から流出するためのポート４５が、上部壁２３の近傍に位置して設けられている。分離された水の出口として、室４３の基部に、従って底側に別のポート４７がある。

フィルタエレメント３を内部フィルタキャビティ１から外側へ貫流する図２の例において、固持装置を用いてフィルタエレメント３を固定する構成は同じであるが、中間底部１１の構造が図１に対して異なっている。図１の平坦な連続した壁２３の代わりに、中間底部１１は外側円板４９を形成しており、その半径方向内側端部は上方に突出した環状体５１に続いている。環状体５はその上端面がフィルタエレメント３の下側エンドキャップ１３に対する支持部を形成しており、図１に示すように、支持面にはシール機能を有するスペーサ２７が挿入されており、環状本体５１の支持面には突出する環状リブ２９がシールエッジとして設けられている。この形態の中間底部１１では、室４４の基部に油水エマルジョンのためのポート４１があり、内部フィルタキャビティ１７と連通している。フィルタエレメント３の外側で濾過液側５５と連通する環状体５１を囲む室５３は集水室を形成し、ここに分離された水のためのポート４７がある。この場合油が濾過液として流出するために、カバー９の中央位置にポート４５が設けられている。

フィルタエレメント３の詳細は、図３〜図５においてより明確に示されている。エンドキャップ１３、１９の間にあるフィルタ媒体は、セルロースからなる濾材５９を有しており、これはプリーツ加工されて円筒中空体に形成されたフィルタマット６１（図６）からなり、その突き合わせ箇所は接着又は溶接された長手方向継手によって閉じられている。セルロース濾材５９は、本発明の方法により２ｍｍ以上の一様な厚さを有するフィルタマット６１から、谷側と山側とで同じ曲げ半径若しくは折り畳み半径を有する高さの等しいフィルタ折り目が形成されるようにプリーツ加工される。エンドキャップ１３と１５との間に延びるセルロース濾材５９の中空体の内側には、同様にエンドキャップ１３からエンドキャップ１９まで延びる流体透過性支持管６３が当接している。図３から最もよく分かるように、各エンドキャップ１３及び１９の内側には、支持管ブ６３をセルロース濾材５９の内側と当接して保持する支持リング６５が当接している。図５に表現された拡大部分図が示すように、同じ内側及び外側曲げ半径で折り畳まれた濾材５９では、個々の折り目６６の間に先が尖った流体室が形成されている。このようにすることにより濾材５９の表面領域が有効なフィルタ表面として露出するだけでなく、沈降する水滴のための空きスペースも形成されているが、これについては後述する。

セルロース濾材５９は、外側が粒子フィルタ６９に囲まれており、この粒子フィルタ６９はセルロース濾材５９と同様に、円筒形中空体としてエンドキャップ１３と１９との間に配置されている。粒子フィルタ６９は、いわゆるメッシュパックの方式で複数のプリーツ層から慣用的な構成方法で構成されている。粒子フィルタ６９とセルロース濾材５９の間には、下側エンドキャップ１から上エンドキャップ１９まで延びる別の流体透過性支持管７１がある。

図６は、本発明の方法によるセルロース濾材５９を形成するプリーツ加工されたフィルタマット６１の製造を簡略化した表現で示す。図示されているように、厚さ２ｍｍ以上のセルロース系材料のウェブ７５が矢印７７で示される方向でスプレーバー７９の下を通過する。スプレーバー７９はまだ平坦なウェブ７５を湿らせて、折り畳み工程に好都合な軟化した状態にもたらす。次いでウェブ７５は慣用的な構造の折り畳み機を通過する。折り畳み機は可動折り畳みナイフ８１及び８３によって折り畳みプロセスを実行し、それによってプリーツ加工されたフィルタマット６１が形成される。セルロース濾材５９を形成する中空体が成形された後、これは両長手方向側面を溶接方法及び／又は接着方法により接合することによって閉じられ、その後セルロース濾材５９は乾燥が行われた後にフィルタエレメント３に組み込まれる。折り畳みプロセスを実行する前に、まだ平坦なウェブ７５の片側、好ましくは両側に、好ましくは不織布又は細かい金属メッシュなどの織布からなる保護被覆を形成する層が、折り畳み機を用いて他のそれぞれの層と共に畳み込まれる。

濾過動作において、図１に示す装置の例ではフィルタエレメント３は粒子フィルタ６９の外側から内部フィルタキャビティ１７へ貫流される。従ってポート４１は、油水エマルジョンである未濾過液のための入口を形成する。貫流時にセルロース濾材５９のセルロース系材料は合体媒体として作用し、その結果としてエマルジョンの含水量から拡大した水滴が形成される。水滴は支持管６３に沿って沈降し、そしてエンドキャップの開口部１５及び中間底部１１の壁２３内の開口部２５を通って室４３内に沈降し、それによって室４３は集水室を形成する。この場合、室４３の基部にあるポート４７は、分離された水のための出口を形成する。同様に内部フィルタキャビティ１７から開口部１５、２１を通って室４３内に進入する濾過液に対しては、ポート４５が濾過液出口を形成する。ポート４５は室４３の上端領域に配置されているので、油と水の密度差によって形成される分離性よりも上方の高さにある。

図２の実施形態では、フィルタエレメント３は動作時に内部フィルタキャビティ１７から外側に向かって貫流される。従って中間底部１１の下方の室４４に設けたポート４１は、環状本体５１間の開口部２５を通ってフィルタキャビティ１７内に流入する油水エマルションのための入口を形成する。セルロース濾材５９を貫流する際に合体によって形成された水滴は流出側支持管７１に沿って沈降し、与えられた流動方向で濾過液側５５に到達する。濾過液側５５は、下側エンドキャップ１３において中間底部１１と環状体５１の外側によって限定された室５３に移行している。この室５３はそれによって集水室を形成し、そこから分離された水が室５３に位置するポート４７を通って流出する。濾過液側５５の上端部を形成するハウジングカバー９で、油はポート４５を通って濾過液として流出する。

Claims (16)

1. 交換要素として設計されたフィルタエレメント（３）であって、そのフィルタ媒体（５９）は中空体として設計されて、特にエンドキャップ（１３、１９）の形をした２つの閉鎖部材の間に延びていて、個々のフィルタ折り目（６６）を付けて形成されているフィルタエレメント（３）において、
   前記フィルタ媒体（５９）がセルロースからなる濾材（６１）を有することを特徴とするフィルタエレメント（３）。
2. 中空体を形成しているプリーツ加工された前記フィルタ媒体（５９）は、互いに向き合って隣接する２つの長手方向縁部で溶接接合及び／又は接着接合により固定接続されていることを特徴とする、請求項１記載のフィルタエレメント（３）。
3. ２ｍｍ以上の一様な厚さを有するセルロースからなる前記濾材（６１）は、高さの等しいフィルタ折り目（６６）を有しており、その曲げ半径若しくは折り畳み半径は谷側と山側とで等しく、溶接接合部及び／又は接着接合部を除けば互いに一体的に密着していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフィルタエレメント（３）。
4. 全ての前記フィルタ折り目（６６）の谷側と山側の曲げ半径は等しいこと、及び中空体に形成された前記濾材（６１）は個々の前記フィルタ折り目（６６）によって相前後して先が尖った流体室（６７）を限定していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
5. セルロースからなる前記フィルタ媒体（５９）は水を作動油から分離するのに用いられ、水油混合物中の水滴の体積を増加させ、水滴は水と油の密度差に基づき重力の作用下で沈降することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
6. セルロース（５９）からなる前記濾材は、濾過液側及び未濾過液側の少なくとも片側に、不織布又は織布などの少なくとも１つの保護層を備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
7. セルロースからなる前記フィルタ媒体（５９）は粒子フィルタ（６９）によって囲まれていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
8. 前記粒子フィルタ（６９）は別のプリーツ加工された前記フィルタ媒体を有しており、そのフィルタ折り目はセルロース系材料からなる一方の前記フィルタ折り目（６６）より大きい充填密度を有し、プリーツ高さもより大きいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
9. 前記フィルタ媒体（５９）と前記フィルタ媒体（６９）の間に流体透過性支持管（７１）が配置されており、好ましくはこれとは反対のセルロースフィルタ媒体（５９）の側にも別の支持管（６３）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
10. 終端部として互いに向き合う、前記エンドキャップ（１３）と前記エンドキャップ（１９）はそれらの間に、前記フィルタ媒体（５９）と前記フィルタ媒体（６９）の中空円筒として形成された両中空体を受容していること、及び粒子フィルタ（６９）はセルロースフィルタ（５９）を好ましくはその流出側で囲んでいることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）を交換可能に受容するための、フィルタハウジング（１）を備えた装置であって、前記フィルタハウジング（１）は複数のポート（４１、４５、４７）を備えた前記フィルタエレメント（３）のための受容室を有するものにおいて、前記受容室は少なくとも部分的に保持ロッド（３１）によって貫通されており、前記保持ロッド（３１）に前記フィルタエレメント（３）を中心に装着し、その一方の前記エンドキャップ（１９）と追加の固持装置（３５、３９）とによってロッド（３１）に固持できることを特徴とする装置。
12. 前記フィルタエレメント（３）を前記フィルタハウジング（１）内の保持ロッド（３１）に装着した状態で、各前記エンドキャップ（１３、１９）はシール機能を有するスペーサ（２７）を介して一方では固持装置（１）に支持され、他方では前記フィルタハウジング（１）の中間底部（１１）に支持されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記フィルタエレメント（３）を外側又は内側から内側又は外側に貫流する際に、前記中間底部（１１）は前記フィルタエレメント（３）と共に、前記フィルタエレメント（３）の清浄側の油水ポート（４５、４７）を備えた集水室（４３、５３）を、油水混合物を供給するための未濾過液側のポート（４１、４７）を備えた未濾過液室から分離することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 前記フィルタハウジング（１）は、流体タンク内の内蔵部品として設計されており、周囲に対して取り外し可能なハウジングカバー（９）によって閉鎖されていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフィルタエレメント（３）のためのセルロースからなるフィルタ媒体（５９）を製造するための方法において、
    前記方法は、
    少なくとも、セルロース系材料からなる平坦に延びるフィルタマット（７５）を湿らせる製造工程と、
    湿らせたフィルタマットに折り畳み機（８１、８３）でプリーツ加工する製造工程と、
    好ましくは円筒形の中空体を形成する製造工程と、
    溶接プロセス及び／又は接着プロセスによって中空体の両長手方向側面を接続する製造工程と、
    セルロースからなるフィルタ媒体（５９）を乾燥させる製造工程とを含む方法。
16. 好ましくは不織布又は織布からなる層を、平坦なセルロースフィルタマット（７５）の好ましくは両側に取り付ける製造工程と、
    折り畳み機（８１、８３）を用いて、それぞれ別の層をフィルタマット（７５）と共に折り込む製造工程で補完されていることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。

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