WO2013045090A1 - Filter element for a fluid filter - Google Patents

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WO2013045090A1
WO2013045090A1 PCT/EP2012/004049 EP2012004049W WO2013045090A1 WO 2013045090 A1 WO2013045090 A1 WO 2013045090A1 EP 2012004049 W EP2012004049 W EP 2012004049W WO 2013045090 A1 WO2013045090 A1 WO 2013045090A1
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WO
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filter
channels
filter element
channel
flow
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PCT/EP2012/004049
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Holger Stark
Robert LARRASS
Thomas Baur
Christian Elsner
Sven Ullrich
Gerald Heckeler
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Daimler Ag
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D29/00Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/44Edge filtering elements, i.e. using contiguous impervious surfaces
    • B01D29/46Edge filtering elements, i.e. using contiguous impervious surfaces of flat, stacked bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D29/11Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/111Making filtering elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
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    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/362Laser etching
    • B23K26/364Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove

Definitions

  • the invention relates to a filter element for a fluid filter having at least one such filter element. Moreover, the invention relates to a filter with such a filter element and the use of the filter.
  • Filters with filter elements are known from the general state of the art. Such filters may, for example, be fuel filters which are arranged either in the area of refueling installations, but in particular in the area of vehicles which are driven by the fuel. Conventional filters are often made with a filter material which consists of a type of fabric or non-woven. In particular, at high pressures of the gaseous or liquid to be filtered mechanical damage to the filter can occur. In the worst case, parts of the filter material are carried away with the fluid to be filtered and can lead to significant damage and damage elsewhere, for example in an injection system, in a turbine for relaxing a gaseous fuel or the like.
  • the disadvantage is the comparatively limited possibility of influencing the geometry of the channel structures.
  • the maximum filter effect that can be achieved is always limited by the selected production method for producing the channel structures.
  • the different production methods also show this
  • Embossed structures are typically not very accurate in their dimensional accuracy and can not be made sufficiently fine to realize, for example, filter openings on the order of 10 meters or less.
  • the object of the present invention is now to provide a filter element or a filter with such a filter element, which avoids the disadvantages mentioned above and is fast, simple and very flexible in terms of size and structure of the filter channels in the production.
  • a particularly preferred use for such a filter is in
  • filter elements which are formed substantially flat, decisive advantages. For example, they can be stacked on top of one another to complete the filter. A reassembly, for example, when tightening the stack via screws at any time possible, for example, to make a cleaning and / or repair of the filter easily and efficiently. In addition, slices can be made comparatively thin, so that a very good filtering effect can be achieved with a small size.
  • filter elements arise, which are also highly flexible, inexpensive and fast to produce.
  • the processing time for a single filter element is only a few seconds.
  • a very simple programming of the laser processing can take place in order to achieve a high degree of flexibility with regard to the filter channels.
  • the filter channels can be configured almost arbitrarily in their course during processing via a pulsed laser.
  • curved or S-shaped filter channels are possible, which achieve an excellent filtering effect, for example, in fiber / rod-shaped particles.
  • the very flexible design of the filter channels is so possible in principle, although comparable to the etching. However, this requires very long production times, while the laser elements can be used to realize the filter elements within a few seconds.
  • the reason and the walls of the generated channel structures can be influenced with regard to their surface properties.
  • Laser processing can be adjusted. This allows particles with certain
  • Geometries are preferred, for example, by snagging, retained.
  • Filter element according to the invention by the pulsed laser processing.
  • the laser processing is carried out with a laser which emits light pulses having a duration in the range of picoseconds or femtoseconds.
  • a processing with so-called ultra-short pulse lasers makes it possible to produce the channel structures without edge throw-off and without contamination of the unprocessed surfaces, since the removal is produced without appreciable formation of melt. This procedure is particularly simple and efficient, since it has a
  • the minimum width of the possible filter channels which ultimately represents a decisive measure of the filter quality, results from the wavelength and the beam quality of the laser.
  • the focal length and the imaging quality of the focusing optics play a role. If, for example, wavelengths of around 1 ⁇ are used, structures of the order of magnitude of less than 10 ⁇ m, preferably of the order of magnitude of 3 to 5 ⁇ m, can easily be produced with good quality.
  • Frequency doubling or frequency tripling can also be used to generate wavelengths in the green or UV range in the case of such lasers. As a result, even finer filter channels than the above-mentioned are possible.
  • Such an embodiment of the filter element makes it possible to realize an extremely fine filter simply, efficiently and very quickly.
  • the filter element is formed as a wound plate.
  • the sheet-like component can be kept as a plate or preferably as a strip material. This is then structured on both sides or preferably on one side via the laser processing and introduced from one end to the other end extending filter channels.
  • the filter element is then wound up to the filter.
  • the filter thus consists of one or more such coils, which are flushed in the axial direction of the winding axis of the fluid.
  • only the filter channels remain free as a flow-through cross-section, while they are bounded on one side by the limiting material of the plate and on the other side by the material of the adjacent layer of the plate.
  • the filter channels and the cross-section through which the filter effect can be adjusted and adjusted accordingly are a flow-through cross-section through which the filter effect can be adjusted and adjusted accordingly.
  • each of the filter elements is formed as a plate or disc, wherein a plurality of the filter elements are stacked in a stack.
  • This structure of a filter as a stack of filter elements thus substantially corresponds to the structure known from the prior art. Only the channel structures in the area of
  • Filter elements are by the inventive production by means of a pulsed laser processing, preferably by means of pico or Femtolaser of special quality and allow a very small selectively variable flow-through cross-section, so as to realize a maximum filtering effect.
  • the particularly preferred use of a filter element or a filter according to the invention lies in the filtering of fuels in a vehicle.
  • Filter elements can be realized very variable in terms of filtering effect.
  • the production is very reliable and with short production times and therefore
  • the filters according to the invention or the filter elements according to the invention thus allow ideal filtering of the fuel despite these difficult conditions.
  • the fuel is a gaseous fuel, in particular hydrogen, which is stored at pressures of more than 300 bar.
  • the filter or filter elements according to the invention are particularly well suited because they combine an extremely fine channel structure of the filter channels with a high mechanical and thermal capacity. In addition, they are very fast,
  • a sectional view through a second embodiment of a filter a sectional view through a third embodiment of a filter; a sectional view through a fourth embodiment of a filter; a schematic diagram of a filter element;
  • the filter 1 shows a filter 1 which can be used in particular for filtering fuels in a vehicle.
  • the filter 1 should preferably be used for filtering hydrogen for a fuel cell system in a vehicle.
  • the hydrogen for such a fuel cell system is typically stored in a compressed gas storage. When refueling the hydrogen, therefore, it comes to very high pressures, for example, pressures in the order of 875 bar in a compressed gas storage with 700 bar nominal pressure. In addition, very low temperatures of the order of -40 ° C occur.
  • the filter 1 is therefore very heavily loaded.
  • a fuel cell system is relatively sensitive, so that a very good filtering effect is needed.
  • the filter 1 is now constructed so that it withstands the high mechanical and thermal load and also, as will be explained in more detail later, ensures a very good filtering effect.
  • the filter 1 consists essentially of a stack 2 of individual filter discs. 3
  • such a filter element 3 is shown in a plan view. It consists essentially of a disc-shaped base body, which has a central passage opening 4.
  • the filter element 3 has a plurality of flow openings 5.
  • the flow openings 5 correspond to passage openings 6 in a main body 7 of the filter 1, which can be seen in the representation of FIG.
  • the flow openings 5 are, as can be seen better in the representation of FIG. 2, and in particular in the enlarged representation of FIG. 3, are connected by means of filter channels 8 to an outer circumference 9 of the filter element 3.
  • 3 connecting channels 10 are further provided between the individual flow openings 5 on each of the filter elements, so as to be able to accomplish a balance of the flow between the individual flow openings 5.
  • projections 100 which serve as stacking aid, so that the
  • Through openings 5 are arranged in alignment with each other.
  • the basic function of the filter 1 can now be better recognized.
  • the stack 2 of the filter elements 3 is connected via a cover plate 11, and in the embodiment shown here via a screw 12 with the main body 7 of the filter 1.
  • the individual filter elements 3 are so against each other curious and are stuck together.
  • About the designated M arrows now a media flow to the filter 1 takes place. This can be done, for example, transversely to the stacking direction of the stack 2, or in the stacking direction, wherein the media flow M then flows around the area of the cover plate 11 accordingly also to flow transversely to the stacking direction through the filter channels 8 between the individual filter elements 3.
  • Filter channels 8 are stuck, freed media flow then flows through the recognizable in Figure 2 and 3 flow openings 5 and the corresponding passage openings 6 in the main body 7 of the filter 1 again.
  • the outflowing medium flow is denoted by N in the illustration of FIG.
  • the filter 1 can now be introduced as a whole, for example, in the end of a line element, which then typically closes sealingly in the region of the base body 7 with the filter 1.
  • Medium flowing through the conduit element M flows through the filter 1 and can then flow away again through the main body 7 or through openings 7 situated in the main body 7.
  • FIG. 1 Another example of such a flow optimization can be seen in the three-dimensional sectional view of FIG.
  • the conclusion forms a Cover plate 11, which is formed with aerodynamically optimized shape.
  • the screw 12, which is not shown here, is not bolted through the cover plate in the base body 7, but screwed through the base body 7 in a designated 13 thread of the cover plate 11.
  • the unfiltered medium M flows, as indicated by the arrow M, centrally to the aerodynamically optimized cover plate 11. It flows around them and, as in the case of the filters 1 described above, also enters the stack 2 of the filter elements through the outer circumference 9 of the filter elements. There it flows through the flow openings 5 and
  • Screwing the cover plate 11 with the base body and thus taking place clamping the filter elements 3 can also be made in the region of the projections 100, a welding of the individual filter elements 3 with each other, so that the mechanical strength of the filter 1 is further increased.
  • Filter element 3 received. These play the decisive role for the filter effect of the filter element 3. They should in the described application example
  • FIG. 8 shows three different details, each with one of the flow openings 5, the filter channels 8 and the outer circumference 9 of the filter element 3.
  • the filter channels 8 are straight.
  • the filter channels 8 are bent. This can be of particular advantage for retaining fibers or rod-shaped contaminants, since these then become entangled in the area of the filter channels 8 and are not carried away with the filtered medium N.
  • FIG. 8 c shows three different details, each with one of the flow openings 5, the filter channels 8 and the outer circumference 9 of the filter element 3.
  • the filter channels 8 are straight.
  • the filter channels 8 are bent. This can be of particular advantage for retaining fibers or rod-shaped contaminants, since these then become entangled in the area of the filter channels 8 and are not carried away with the filtered medium N.
  • FIG. 8 c shows the variant shown in FIG. 8 c), in which the
  • Filter channels each S-shaped.
  • the S-shaped course of the filter channels 8 can, as shown in Figure 8 c), be characterized by a very strong counter-swing, or by two only slightly curved portions, which merge into one another along a straight line.
  • the filter element 3 in the illustration of FIG. 9 has only one central flow opening 5.
  • Filter elements 3 are integrated according to the embodiment described above.
  • the filter channels 8, of which only one is provided with a reference numeral, here extend radially outward, without being bent, S-shaped or formed with a different direction change.
  • Two collecting channels 14 extend annularly in the filter element 3 and break through the individual filter channels 8 in each case transversely to the flow direction. In addition, they create a connection of the individual filter channels 8 with each other through this cross-connection, in the illustrated here
  • 14 compensating flows between the individual filter channels 8 can take place via the collecting channels, whereby, even with clogged filter channels 8 and clogged sections of filter channels 8, the pressure loss in the filter element 3 can be minimized overall.
  • the filter channels 8 of the filter element 3 in FIG. 9 change their channel cross-section. This is clarified again in a principle sectional view of FIG. The change of the channel cross section is in each case such that the individual cross sections are separated from each other by the collecting channels 14. This is not necessary in principle, the change in the channel cross-section could also continuously or in stages, without the collecting channels 14 are present take place.
  • each formed semicircular from the outer circumference of 9 from first through-flow portion of the filter channels 8 are each formed semicircular. It is provided on an exemplary filter channel 8 with the reference numeral 8.1. The next section is triangular in cross-section and provided with the reference numeral 8.2. The innermost portion is provided with the reference numeral 8.3, it is substantially rectangular. The shape as an exact semicircle,
  • a channel cross-section that tapers continuously is shown in a plan view of two filter channels 8 and the representation of the flow direction by the indicated inflow of the medium M. This can be particularly advantageous for filtering particulates. Since the filters are also backwashed for cleaning regularly to flush out any contaminants from the filter again, it may also be useful to the filter channels 8 exactly the other way, namely to form expanding, as can be seen in the illustration of FIG 12. Also, a combination of first tapered and then widening cross section, as shown for example in Figure 13, may be useful and useful.
  • Collection channel 14 shown.
  • 5 individual filter channels 8 run in the flow direction of the medium M as far as the collecting channel 14, which is arranged transversely to the flow direction and connects the filter channels 8 to one another.
  • the collecting channel 14 typically has a much larger flow cross section, as can be seen in the sectional view along the line XV - XV in FIG.
  • Collection channel 14 thereby run so that they are not continued on the other side of the collecting channel 14.
  • the medium must thus flow in some cases through the collecting channel 14. This allows fibrous and rod-shaped
  • Filter element 3 This can be very cheap and easy and efficient to produce in terms of processing and the design of the filter elements. But it is of course also possible to mount the filter channels on both sides and to connect them in particular by the filter element 3 together. Such an example can be seen in the representation of FIG. 16. Above, the top view of an upper side 15 of the filter element 3 can be seen, in the middle, the view from below. In the lower representation can then be seen in a cross section that the filter channel 8 on the top 15 to an opening 16 of the
  • Filter element 3 runs. After the opening 16, the filter channel 8 then continues on an underside 17 of the filter element 3.
  • An alternative is in the
  • FIG. 17 Representation of Figure 17 can be seen.
  • the representation corresponds to the representation described in FIG.
  • a collection channel 14 is arranged at least on one side, in particular the top 15, which is connected via the opening 16 with the bottom 17.
  • This is on the one hand in terms of the above-described filter characteristics of the collecting channel 14 of advantage and on the other hand in terms of production, since the filter channels 8 on the top 15 and on the bottom 17 need not be exactly above each other to be connected securely and reliably through the opening 16 , But that a slight offset due to the arranged on the top 15 collecting channel 14 is not critical.
  • the filter element 3 can be manufactured with lower manufacturing tolerances, resulting in a simpler overall design
  • the structure of the filter elements 3 is of course conceivable and possible not only in a round shape, but also in any other forms, by way of example reference is made to FIG. 18, in which a filter element 3 is shown, which has a triangular cross-sectional shape, and analogously to the illustration in Figure 9, in turn, only a flow opening 5 has. Likewise, square, octagonal, oval or other shapes would be possible.
  • the individual variants described can be combined with each other as desired.
  • the filter element 3 ' is formed integrally here. It consists of a plate-shaped filter element 3 ', which can be made for example of a strip material.
  • the filter channels 8 are introduced, which extend from one side edge to the other side edge. It is then wound up and set up. This results in the illustrated in Figure 19 winding of the filter element 3 'of a band, which hereinafter to clarify the difference as
  • Filter element 3 ' is called.
  • the filter element 3 ' has distributed over its surface numerous filter channels 8, for which the same applies as if the filter element 3' as a filter element 3 would be disc-shaped.
  • the filter channels 8, which lie on an upper side of the wound-up filter element 3 ', are then respectively closed by the other surface of the next layer of the filter element 3 in the one direction. With a flow through the filter element 3 'in the direction of the winding axis as a safe and reliable filtration of the fluid can be achieved.
  • a two-sided arrangement of the filter channels 8 on the filter element 3 ' is of course also conceivable.
  • Laser processing in particular a laser processing with a pulsed laser, which triggers light pulses in the range of picoseconds or preferably femtoseconds, can be very fine and very accurate. In addition, such is done
  • Process parameters, depth, shape and size of the filter channels in stages or continuously can be changed as desired.
  • the technique is relatively fast, so that a single filter element 3, 3 'can be produced in a few seconds.
  • FIG. 20 In the illustration of Figure 20 is a cross section through a filter channel 8 can be seen, which is formed with dimensions of about 3 ⁇ in depth and about 5 pm in the maximum width. It is produced by pulsed laser processing and can be seen here in a very enlarged, laser-scanned display. A further illustration of the same filter channel 8 can be seen in FIG. 21 in photographs taken with the scanning electron microscope. In the first picture above left, the channel can be seen on a larger scale, in the
  • FIG. 22 an alternative channel geometry can be seen using the example of several adjacent filter channels 8.
  • the material structure of the channel bottom is another, as can be seen in the most enlarged representation of the last image compared to Figure 21.

Abstract

The invention relates to a filter element (3, 3') for a fluid filter (1) having at least one such filter element (3), which consists of an essentially sheet-like component which has a first side (15) and a second side (16) and has a channel structure having filter channels (8) on at least one of its sides (15, 16). The invention is characterized in that the filter channels (8) are produced by pulsed laser machining.

Description

Filterelement für einen Fluidfilter  Filter element for a fluid filter
Die Erfindung betrifft ein Filterelement für einen wenigstens ein solches Filterelement aufweisenden Fluidfilter. Außerdem betrifft die Erfindung einen Filter mit einem solchen Filterelement sowie die Verwendung des Filters. The invention relates to a filter element for a fluid filter having at least one such filter element. Moreover, the invention relates to a filter with such a filter element and the use of the filter.
Filter mit Filterelementen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Es kann sich bei solchen Filtern beispielsweise um Kraftstofffilter handeln, welche entweder im Bereich von Betankungsanlagen, insbesondere jedoch im Bereich von Fahrzeugen, welche durch den Kraftstoff angetrieben werden, angeordnet sind. Herkömmliche Filter werden häufig mit einem Filtermaterial ausgeführt, welches aus einer Art Gewebe oder Vlies besteht. Insbesondere bei hohen Drücken des zu filternden gasförmigen oder flüssigen Fluids können dabei mechanische Beschädigungen des Filters auftreten. Im schlimmsten Fall werden Teile des Filtermaterials mit dem zu filternden Fluid fortgetragen und können an anderer Stelle, beispielsweise in einer Einspritzanlage, in einer Turbine zur Entspannung eines gasförmigen Brennstoffs oder dergleichen, zu erheblichen Beeinträchtigungen und Beschädigungen führen. Filters with filter elements are known from the general state of the art. Such filters may, for example, be fuel filters which are arranged either in the area of refueling installations, but in particular in the area of vehicles which are driven by the fuel. Conventional filters are often made with a filter material which consists of a type of fabric or non-woven. In particular, at high pressures of the gaseous or liquid to be filtered mechanical damage to the filter can occur. In the worst case, parts of the filter material are carried away with the fluid to be filtered and can lead to significant damage and damage elsewhere, for example in an injection system, in a turbine for relaxing a gaseous fuel or the like.
Dies gilt insbesondere bei Filtern, welche für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge eingesetzt werden. Ungeachtet davon, ob der Wasserstoff in dem Verbrennungsmotor verbrannt oder in einer Brennstoffzelle umgesetzt wird, ist es bei Wasserstoff üblich, diesen unter vergleichsweise hohem Druck, beispielsweise in einem Druckgasspeicher mit einem Nenndruck von 700 bar, zu bevorraten, um mit vertretbarem Volumen des Druckgasspeichers eine vergleichsweise hohe Energiemenge speichern zu können. Bei der Betankung des Wasserstoffs treten dabei Drücke in der Größenordnung von bis zu 875 bar und Temperaturen in der Größenordnung von -40° C auf. Insbesondere bei solchen extremen Umgebungstemperaturen sind die Filter thermisch und mechanisch hoch beansprucht. Herkömmliche Filter mit Maschen, Geweben oder dergleichen können dann leicht versagen und Teile des Filters können in das System eindringen. Dies kann zu erheblichen Problemen führen. Schlimmstenfalls kommt es zu irreparablen Schäden an dem System. This applies in particular to filters which are used for hydrogen-powered vehicles. Regardless of whether the hydrogen is burned in the internal combustion engine or implemented in a fuel cell, it is usual for hydrogen to store it under comparatively high pressure, for example in a compressed gas reservoir with a nominal pressure of 700 bar, in order to maintain a reasonable volume of the compressed gas reservoir to store comparatively high amount of energy. When refueling with hydrogen, pressures of the order of magnitude of up to 875 bar and temperatures of the order of magnitude of -40 ° C. occur. Especially at such extreme ambient temperatures, the filters are thermal and mechanical highly stressed. Conventional filters with meshes, fabrics or the like can then easily fail and parts of the filter can penetrate the system. This can lead to significant problems. At worst, irreparable damage to the system occurs.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei den herkömmlichen Filtersystemen fertigungsbedingt an der Konstruktion Grate auftreten. Diese Grate müssen sehr aufwändig entfernt werden. Dies ist prozesssicher nur bedingt darstellbar. Dadurch kann es immer wieder zu einem Eintrag von Partikeln in das System während des Betriebs kommen, welche von bei der Endreinigung übersehenen und im Betrieb abbröckelnden Graten herrühren. Auch dies kann das System nachhaltig schädigen. Another problem is that in the conventional filter systems burrs occur due to production on the construction. These burrs have to be removed very expensive. This is process reliable only partially representable. This can lead to repeated entry of particles into the system during operation, resulting from burrs overlooked during final cleaning and crumbling during operation. This too can permanently damage the system.
Um dieser Problematik zu begegnen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Filter mit flächigen Filterelementen auszubilden, welche auf der Fläche geätzte Kanäle oder andersartige Strukturen aufweisen. Beim Stapeln der flächigen Elemente entsteht dann ein Filter, bei welchem ein Gas beispielsweise vom Äußeren der flächigen Elemente her zwischen die flächigen Elemente einströmt und dabei die Kanalstrukturen passiert und über eine im Inneren der flächigen Elemente angeordnete Sammelöffnung wieder abgeführt wird. Die Kanalstrukturen mit ihrer charakteristischen Größenordnung stellen dann den eigentlichen Filter dar. Ein solcher Aufbau wird durch das US-Patent 4,726,900 beschrieben. Auch die darin eingebundene US 3,648,843 beschreibt einen solchen Filter. In der zweitgenannten Schrift sind dabei neben dem Ätzen auch andere To address this problem, it is known from the prior art to form filters with flat filter elements, which have etched channels or other structures on the surface. When stacking the sheet-like elements then creates a filter in which a gas flows for example from the outside of the sheet-like elements between the sheet-like elements and thereby passes the channel structures and is discharged via a arranged in the interior of the sheet-like elements collecting opening again. The channel structures with their characteristic order of magnitude then constitute the actual filter. Such a construction is described by US Pat. No. 4,726,900. The incorporated US 3,648,843 describes such a filter. In the second-mentioned document, apart from the etching, there are others as well
Fertigungsmöglichkeiten genannt. Called production facilities.
Der Nachteil besteht in der vergleichsweise eingeschränkten Möglichkeit, die Geometrie der Kanalstrukturen zu beeinflussen. Dadurch ist die maximale erzielbare Filterwirkung immer durch die gewählte Fertigungsmethode zum Erzeugen der Kanalstrukturen begrenzt. Dabei weisen die unterschiedlichen Fertigungsmethoden außerdem The disadvantage is the comparatively limited possibility of influencing the geometry of the channel structures. As a result, the maximum filter effect that can be achieved is always limited by the selected production method for producing the channel structures. The different production methods also show this
unterschiedliche Nachteile auf. Sie sind entweder sehr langsam, wie beispielsweise das Ätzen, oder hinterlassen unerwünschte Grate, wie beispielsweise ein Fräsen oder Schneiden, welche zu der oben bereits beschriebenen Problematik führen können. different disadvantages. They are either very slow, such as etching, or leave unwanted burrs, such as milling or cutting, which can lead to the problem already described above.
Geprägte Strukturen sind typischerweise in ihrer Maßhaltigkeit nicht sehr exakt und können nicht ausreichend fein dargestellt werden, um beispielsweise Filteröffnungen in der Größenordnung von 10 m oder weniger zu realisieren. Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Filterelement beziehungsweise einen Filter mit einem solchen Filterelement anzugeben, welcher die oben genannten Nachteile vermeidet und schnell, einfach und hinsichtlich Größe und Struktur der Filterkanäle sehr flexibel in der Herstellung ist. Embossed structures are typically not very accurate in their dimensional accuracy and can not be made sufficiently fine to realize, for example, filter openings on the order of 10 meters or less. The object of the present invention is now to provide a filter element or a filter with such a filter element, which avoids the disadvantages mentioned above and is fast, simple and very flexible in terms of size and structure of the filter channels in the production.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Filterelement mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen hiervon sind in den davon abhängigen Unteransprüchen angegeben. Außerdem löst ein Filter mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 oder des Anspruchs 9 die According to the invention this object is achieved by a filter element having the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments thereof are specified in the dependent claims. In addition, a filter having the features in the characterizing part of claim 8 or claim 9 solves the
Aufgabe. Eine besonders bevorzugte Verwendung für einen solchen Filter ist im Task. A particularly preferred use for such a filter is in
Anspruch 10 angegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung hiervon beschreibt der abhängige Unteranspruch. Claim 10 specified. An advantageous development thereof describes the dependent subclaim.
Im Prinzip haben Filterelemente, welche im Wesentlichen flächig ausgebildet sind, entscheidende Vorteile. Sie können beispielsweise aufeinandergestapelt und so zu dem Filter komplettiert werden. Eine Remontage ist beispielsweise beim Verspannen des Stapels über Schrauben jederzeit möglich, um beispielsweise eine Reinigung und/oder eine Reparatur des Filters einfach und effizient vornehmen zu können. Außerdem lassen sich Scheiben vergleichsweise dünn ausführen, sodass mit kleiner Baugröße eine sehr gute Filterwirkung erzielt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Lösung, die In principle, filter elements which are formed substantially flat, decisive advantages. For example, they can be stacked on top of one another to complete the filter. A reassembly, for example, when tightening the stack via screws at any time possible, for example, to make a cleaning and / or repair of the filter easily and efficiently. In addition, slices can be made comparatively thin, so that a very good filtering effect can be achieved with a small size. By the solution according to the invention, the
Filterkanäle durch eine gepulste Laserarbeitung zu erzeugen, entstehen Filterelemente, welche darüber hinaus hochflexibel, kostengünstig und schnell herstellbar sind. Die Bearbeitungszeit für ein einziges Filterelement beträgt dabei nur wenige Sekunden. Über eine geeignete Scannertechnik kann dabei eine sehr einfache Programmierung der Laserbearbeitung erfolgen, um so eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Filterkanäle zu erreichen. To produce filter channels by a pulsed laser processing, filter elements arise, which are also highly flexible, inexpensive and fast to produce. The processing time for a single filter element is only a few seconds. By means of a suitable scanner technique, a very simple programming of the laser processing can take place in order to achieve a high degree of flexibility with regard to the filter channels.
Durch eine einfache Variation der Verfahrensparameter bei der Laserbearbeitung kann sehr leicht kontinuierlich oder in Stufen eine Veränderung des Kanalquerschnitts erfolgen, beispielsweise kann ein anfangs V-förmiger Kanal später als linsenförmiger Kanal oder als halbkreisförmiger Kanal enden. Dadurch lässt sich eine sehr gute Filterwirkung erzielen, da durch eine Variation des Kanalquerschnitts verschiedene Schmutzpartikel mit unterschiedlichen Abmessungen und Formen sehr einfach ausgefiltert werden können. Die Filterkanäle können bei der Bearbeitung über einen gepulsten Laser außerdem in ihrem Verlauf annähernd beliebig ausgestaltet werden. So sind beispielsweise gebogene oder S-förmige Filterkanäle möglich, welche beispielsweise bei faser-/stabförmigen Partikeln eine hervorragende Filterwirkung erzielen. Die sehr flexible Gestaltung der Filterkanäle ist so im Prinzip zwar auch beim Ätzen vergleichbar möglich. Allerdings bedarf es hier sehr langer Fertigungszeiten, während durch die Laserbearbeitung die Filterelemente innerhalb weniger Sekunden realisiert werden können. By a simple variation of the process parameters in the laser processing can be done very easily continuously or in stages, a change in the channel cross-section, for example, an initially V-shaped channel end later as a lenticular channel or as a semicircular channel. This makes it possible to achieve a very good filtering effect, since a variety of the channel cross section allows different dirt particles with different dimensions and shapes to be filtered out very easily. In addition, the filter channels can be configured almost arbitrarily in their course during processing via a pulsed laser. For example, curved or S-shaped filter channels are possible, which achieve an excellent filtering effect, for example, in fiber / rod-shaped particles. The very flexible design of the filter channels is so possible in principle, although comparable to the etching. However, this requires very long production times, while the laser elements can be used to realize the filter elements within a few seconds.
Durch eine geeignete Wahl der Verfahrensparameter können ferner der Grund und die Wände der erzeugten Kanalstrukturen hinsichtlich ihren Oberflächeneigenschaften beeinflusst werden. So kann beispielsweise eine geeignete Welligkeit, Rauheit oder auch ein anderes Strukturmuster durch die Variation der Verfahrensparameter bei der By a suitable choice of the process parameters, furthermore, the reason and the walls of the generated channel structures can be influenced with regard to their surface properties. For example, a suitable waviness, roughness or other structural pattern by the variation of the process parameters in the
Laserbearbeitung eingestellt werden. Dadurch können Partikel mit bestimmten Laser processing can be adjusted. This allows particles with certain
Geometrien bevorzugt, zum Beispiel durch Verhaken, zurückgehalten werden. Geometries are preferred, for example, by snagging, retained.
Neben der einfachen, schnellen und sehr flexiblen Bearbeitung durch Laser kann zusätzlich eine weitere Bearbeitung beispielsweise durch Ätzen, insbesondere jedoch durch Umformen, Prägen oder Feinstanzen, mit vorgenommen werden. Dadurch können gröbere Strukturen entsprechend ausgebildet werden und beispielsweise Zu- oder Abströmöffnungen durch Ausstanzen einer Öffnung in dem flächigen Filterelement einfach und effizient erreicht werden. Die Kanalausbildung selbst, welche für die In addition to the simple, fast and very flexible processing by laser, a further processing, for example by etching, but in particular by forming, embossing or fine blanking, in addition to be made. As a result, coarser structures can be formed accordingly and, for example, inflow or outflow openings can be achieved simply and efficiently by punching out an opening in the flat filter element. The channel training itself, which for the
Filterwirkung von entscheidender Bedeutung ist, erfolgt dann bei dem Filter effect is crucial, then takes place in the
erfindungsgemäßen Filterelement durch die gepulste Laserbearbeitung. Filter element according to the invention by the pulsed laser processing.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filterelements wird die Laserbearbeitung dabei mit einem Laser durchgeführt, welcher Lichtpulse mit einer Dauer im Bereich von Pikosekunden oder Femtosekunden aussendet. Eine solche Bearbeitung mit sogenannten Ultrakurzpulslasern ermöglicht die Herstellung der Kanalstrukturen ohne Randaufwurf und ohne Verunreinigungen der unbearbeiteten Flächen, da der Abtrag ohne nennenswerte Bildung von Schmelze erzeugt wird. Dieses Vorgehen ist besonders einfach und effizient, da er eine In a particularly favorable and advantageous embodiment of the filter element according to the invention, the laser processing is carried out with a laser which emits light pulses having a duration in the range of picoseconds or femtoseconds. Such a processing with so-called ultra-short pulse lasers makes it possible to produce the channel structures without edge throw-off and without contamination of the unprocessed surfaces, since the removal is produced without appreciable formation of melt. This procedure is particularly simple and efficient, since it has a
Nachbearbeitung des flächigen Filterelements unnötig macht. Die Bildung von Graten, Spritzern von Schmelze oder dergleichen, welche bei herkömmlichen Post-processing of the flat filter element makes unnecessary. The formation of burrs, splashes of melt or the like, which in conventional
Bearbeitungsverfahren unvermeidlich sind, können hier sicher und zuverlässig vermieden werden, sodass prozesssicher ein sauberes Filterelement entsteht. Die minimale Breite der möglichen Filterkanäle, welche letzten Endes ein entscheidendes Maß für die Filterqualität darstellt, ergibt sich aus der Wellenlänge und der Strahlqualität des Lasers. Außerdem spielt die Brennweite und die Abbildungsqualität der Fokusieroptik eine Rolle. Wird beispielsweise mit Wellenlängen um ein 1 μπι gearbeitet, dann lassen sich Strukturen in der Größenordnung von weniger als 10 μιη, vorzugsweise in der Größenordnung von 3 - 5 pm problemlos mit guter Qualität erzeugen. Durch eine Processing methods are inevitable, can be safely and reliably avoided here, so that process-safe, a clean filter element is created. The minimum width of the possible filter channels, which ultimately represents a decisive measure of the filter quality, results from the wavelength and the beam quality of the laser. In addition, the focal length and the imaging quality of the focusing optics play a role. If, for example, wavelengths of around 1 μπι are used, structures of the order of magnitude of less than 10 μm, preferably of the order of magnitude of 3 to 5 μm, can easily be produced with good quality. By a
Frequenzverdopplung oder eine Frequenzverdreifachung können bei solchen Lasern auch Wellenlängen im grünen beziehungsweise UV-Bereich erzeugt werden. Dadurch sind noch deutlich feinere Filterkanäle als die oben angesprochenen möglich. Über eine derartige Ausgestaltung des Filterelements lässt sich also ein extrem feiner Filter einfach, effizient und sehr schnell realisieren. Frequency doubling or frequency tripling can also be used to generate wavelengths in the green or UV range in the case of such lasers. As a result, even finer filter channels than the above-mentioned are possible. Such an embodiment of the filter element makes it possible to realize an extremely fine filter simply, efficiently and very quickly.
Bei einem erfindungsgemäßen Filter mit wenigstens einem der Filterelemente ist es dabei vorgesehen, dass das Filterelement als aufgewickelte Platte ausgebildet ist. Das flächige Bauteil kann als Platte oder vorzugsweise als Bandmaterial vorgehalten werden. Dieses wird dann beidseitig oder vorzugsweise einseitig über die Laserbearbeitung entsprechend strukturiert und vom einen Ende bis zum anderen Ende verlaufende Filterkanäle eingebracht. Das Filterelement wird anschließend zu dem Filter aufgewickelt. Der Filter besteht so aus einem oder mehreren derartigen Wickeln, welche in axialer Richtung der Wickelachse von dem Fluid durchspült werden. Dabei bleiben lediglich die Filterkanäle als durchströmbarer Querschnitt frei, während diese auf der einen Seite durch das sie begrenzende Material der Platte und auf der anderen Seite durch das Material der benachbarten Schicht der Platte begrenzt sind. Je nach Ausgestaltung der Filterkanäle und des durchströmbaren Querschnitts kann so die Filterwirkung entsprechend eingestellt und angepasst werden. In a filter according to the invention with at least one of the filter elements, it is provided that the filter element is formed as a wound plate. The sheet-like component can be kept as a plate or preferably as a strip material. This is then structured on both sides or preferably on one side via the laser processing and introduced from one end to the other end extending filter channels. The filter element is then wound up to the filter. The filter thus consists of one or more such coils, which are flushed in the axial direction of the winding axis of the fluid. In this case, only the filter channels remain free as a flow-through cross-section, while they are bounded on one side by the limiting material of the plate and on the other side by the material of the adjacent layer of the plate. Depending on the configuration of the filter channels and the cross-section through which the filter effect can be adjusted and adjusted accordingly.
In einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters ist es In an alternative embodiment of a filter according to the invention it is
vorgesehen, dass jeder der Filterelemente als Platte oder Scheibe ausgebildet ist, wobei eine Mehrzahl der Filterelemente zu einem Stapel aufgestapelt sind. Dieser Aufbau eines Filters als Stapel von Filterelementen entspricht so im Wesentlichen dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau. Lediglich die Kanalstrukturen im Bereich der provided that each of the filter elements is formed as a plate or disc, wherein a plurality of the filter elements are stacked in a stack. This structure of a filter as a stack of filter elements thus substantially corresponds to the structure known from the prior art. Only the channel structures in the area of
Filterelemente sind durch die erfindungsgemäße Herstellung mittels einer gepulsten Laserbearbeitung, vorzugsweise mittels Piko- oder Femtolaser von besonderer Qualität und erlauben einen sehr geringen gezielt variierbaren durchströmbaren Querschnitt, um so eine maximale Filterwirkung zu realisieren. Die besonders bevorzugte Verwendung eines Filterelements oder eines Filters gemäß der Erfindung liegt dabei in der Filterung von Kraftstoffen in einem Fahrzeug. Filter elements are by the inventive production by means of a pulsed laser processing, preferably by means of pico or Femtolaser of special quality and allow a very small selectively variable flow-through cross-section, so as to realize a maximum filtering effect. The particularly preferred use of a filter element or a filter according to the invention lies in the filtering of fuels in a vehicle.
Insbesondere hier, wo teilweise mit sehr hohen Drücken und gegebenenfalls einer Belastung des Filters in thermischer und mechanischer Art ebenso wie durch Vibrationen, welche in dem Fahrzeug unvermeidlich sind, gerechnet werden muss, spielt der erfindungsgemäße Aufbau des Filterelements eine entscheidende Rolle. Die Especially here, where sometimes with very high pressures and possibly a load of the filter in thermal and mechanical nature as well as by vibrations which are unavoidable in the vehicle must be expected, plays the inventive structure of the filter element plays a crucial role. The
Filterelemente können hinsichtlich der Filterwirkung sehr variabel realisiert werden. Die Herstellung ist sehr prozesssicher und mit kurzen Fertigungszeiten und damit Filter elements can be realized very variable in terms of filtering effect. The production is very reliable and with short production times and therefore
verbundenen geringen Herstellungskosten möglich. Damit kann sehr einfach und effizient ein sehr zuverlässiger Aufbau realisiert werden, welcher den oben genannten associated low production costs possible. This can be realized very easily and efficiently a very reliable structure, which is the above
Belastungen problemlos standhält. Loads easily withstand.
Die erfindungsgemäßen Filter beziehungsweise die erfindungsgemäßen Filterelemente erlauben so trotz dieser schwierigen Bedingungen die ideale Filterung des Kraftstoffs. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei dem Kraftstoff um einen gasförmigen Kraftstoff handelt, insbesondere um Wasserstoff, welcher bei Drücken von mehr als 300 bar gespeichert wird. Insbesondere beim Speichern von Kraftstoff in Druckgastanks, unter hohem Druck und typischerweise bei extrem niedrigen Temperaturen während der Betankung, spielt die Qualität und Stabilität des Filterelements beziehungsweise des Filters eine entscheidende Rolle. Insbesondere für diese Anwendung sind die Filter beziehungsweise Filterelemente gemäß der Erfindung besonders gut geeignet, da sie eine extrem feine Kanalstruktur der Filterkanäle mit einer hohen mechanischen und thermischen Belastbarkeit vereinen. Außerdem lassen sie sich sehr schnell, The filters according to the invention or the filter elements according to the invention thus allow ideal filtering of the fuel despite these difficult conditions. This applies in particular when the fuel is a gaseous fuel, in particular hydrogen, which is stored at pressures of more than 300 bar. In particular, when storing fuel in pressurized gas tanks, under high pressure and typically at extremely low temperatures during refueling, the quality and stability of the filter element or filter plays a crucial role. In particular, for this application, the filter or filter elements according to the invention are particularly well suited because they combine an extremely fine channel structure of the filter channels with a high mechanical and thermal capacity. In addition, they are very fast,
kostengünstig und hinsichtlich des Bauraums sehr klein realisieren, da aufgrund der sehr kleinen Kanalstrukturen sehr dünne flächig ausgebildete Bauteile, beispielsweise Folien mit einer Dicke von lediglich 50 μητι, ausreichen. Um eine ausreichende Filterfläche zur Verfügung zu stellen, reichen dann einige derartige Folien beziehungsweise Scheiben als flächige Bauteile aus, sodass mit minimalem Bauraum eine maximale Filterwirkung erzielt werden kann. cost-effective and very small in terms of space, since due to the very small channel structures very thin flat components, such as films with a thickness of only 50 μητι, sufficient. In order to provide a sufficient filter surface available, then some such films or discs are sufficient as flat components, so that a maximum filter effect can be achieved with minimal space.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filterelements Further advantageous embodiments of the filter element according to the invention
beziehungsweise Filters ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird. eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines Filters; eine mögliche Ausführungsform des Filterelements; or filter result from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which will be described below with reference to the figures. a sectional view through a first embodiment of a filter; a possible embodiment of the filter element;
eine Detaildarstellung des Ausschnitts III aus Fig. 2; a detailed representation of the section III of Fig. 2;
eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform eines Filters; eine Schnittdarstellung durch eine dritte Ausführungsform eines Filters; eine Schnittdarstellung durch eine vierte Ausführungsform eines Filters; eine Prinzipdarstellung eines Filterelements; a sectional view through a second embodiment of a filter; a sectional view through a third embodiment of a filter; a sectional view through a fourth embodiment of a filter; a schematic diagram of a filter element;
drei mögliche Ausführungsformen des Filterelements gemäß VIII in Fig. 7 im Detail; three possible embodiments of the filter element according to VIII in Figure 7 in detail.
eine dreidimensionale Darstellung eines Filterelements in einer möglichen Ausführungsform; a three-dimensional representation of a filter element in a possible embodiment;
eine prinzipmäßige Schnittdarstellung durch einen Filterkanal des a principle sectional view through a filter channel of
Filterelements gemäß Fig. 9; Filter element of FIG. 9;
einen möglichen Strömungsquerschnitt von Filterkanälen zur optimierten Schmutzaufnahme; a possible flow cross section of filter channels for optimized dirt pickup;
einen möglichen Strömungsquerschnitt von Filterkanälen zur optimierten Rückspülung; a possible flow cross section of filter channels for optimized backwashing;
Filterkanäle in einer weiteren alternativen Ausführungsform;  Filter channels in a further alternative embodiment;
eine Prinzipdarstellung von Filterkanälen mit einem Sammelkanal; a schematic representation of filter channels with a collecting channel;
eine Schnittdarstellung gemäß der Linie XV - XV in Fig. 14; a sectional view along the line XV - XV in Fig. 14;
ein beidseitig des Filterelements angeordneter Kanal in einer a channel arranged on both sides of the filter element in one
Prinzipdarstellung; Basic illustration;
ein beidseitig des Filterelements angeordneter Kanal in einer alternativen Ausführungsform; a channel disposed on both sides of the filter element in an alternative embodiment;
eine alternative Geometrie eines Filterelements; an alternative geometry of a filter element;
einen alternativen Aufbau eines Filters; an alternative construction of a filter;
eine Prinzipdarstellung eines möglichen Querschnitts eines Filterkanals als Laserscan; a schematic diagram of a possible cross section of a filter channel as a laser scan;
eine Darstellung eines möglichen Filterkanals in drei verschiedenen Größen Aufnahmen aus einem Rasterelektronenmikroskop; und a representation of a possible filter channel in three different sizes images from a scanning electron microscope; and
eine Darstellung von alternativen Filterkanälen in vier verschiedenen Größen in Aufnahmen aus einem Rasterelektronenmikroskop. In der Darstellung der Figur 1 ist ein Filter 1 zu erkennen, welcher insbesondere zur Filterung von Kraftstoffen in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Der Filter 1 soll vorzugsweise zur Filterung von Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug genutzt werden. Der Wasserstoff für ein solches Brennstoffzellensystem wird typischerweise in einem Druckgasspeicher gespeichert. Beim Betanken des Wasserstoffs kommt es daher zu sehr hohen Drücken, beispielsweise Drücken in der Größenordnung von 875 bar bei einem Druckgasspeicher mit 700 bar Nenndruck. Außerdem treten sehr niedrige Temperaturen in der Größenordnung von -40° C auf. Der Filter 1 ist also sehr hoch belastet. Außerdem ist ein Brennstoffzellensystem vergleichsweise empfindlich, sodass eine sehr gute Filterwirkung benötigt wird. Der Filter 1 ist nun so aufgebaut, dass er der hohen mechanischen und thermischen Belastung standhält und außerdem, wie es später noch näher erläutert werden wird, eine sehr gute Filterwirkung gewährleistet. Der Filter 1 besteht dazu im Wesentlichen aus einem Stapel 2 von einzelnen Filterscheiben 3. a representation of alternative filter channels in four different sizes in images from a scanning electron microscope. 1 shows a filter 1 which can be used in particular for filtering fuels in a vehicle. The filter 1 should preferably be used for filtering hydrogen for a fuel cell system in a vehicle. The hydrogen for such a fuel cell system is typically stored in a compressed gas storage. When refueling the hydrogen, therefore, it comes to very high pressures, for example, pressures in the order of 875 bar in a compressed gas storage with 700 bar nominal pressure. In addition, very low temperatures of the order of -40 ° C occur. The filter 1 is therefore very heavily loaded. In addition, a fuel cell system is relatively sensitive, so that a very good filtering effect is needed. The filter 1 is now constructed so that it withstands the high mechanical and thermal load and also, as will be explained in more detail later, ensures a very good filtering effect. The filter 1 consists essentially of a stack 2 of individual filter discs. 3
In der Darstellung der Figur 2 ist ein solches Filterelement 3 in einer Draufsicht dargestellt. Es besteht im Wesentlichen aus einem scheibenförmigen Grundkörper, welcher eine zentrale Durchgangsöffnung 4 aufweist. Außerdem weist das Filterelement 3 mehrere Strömungsöffnungen 5 auf. Die Strömungsöffnungen 5 korrespondieren mit Durchgangsöffnungen 6 in einem Grundkörper 7 des Filters 1 , welcher in der Darstellung der Figur 1 zu erkennen ist. Die Strömungsöffnungen 5 sind, wie es in der Darstellung der Figur 2, und insbesondere in der vergrößerten Darstellung der Figur 3 besser zu erkennen ist, mittels Filterkanälen 8 mit einem äußeren Umfang 9 des Filterelements 3 verbunden. Zur verbesserten Anströmung aller Filterkanäle 8, von welchen hier nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind, sind ferner auf jedem der Filterelemente 3 Verbindungskanäle 10 zwischen den einzelnen Strömungsöffnungen 5 vorgesehen, um so einen Ausgleich der Strömung zwischen den einzelnen Strömungsöffnungen 5 bewerkstelligen zu können. Im Bereich des äußeren Umfangs 9 des Filterelements 3 finden sich außerdem Vorsprünge 100, welche als Stapelhilfe dienen, sodass die In the illustration of Figure 2, such a filter element 3 is shown in a plan view. It consists essentially of a disc-shaped base body, which has a central passage opening 4. In addition, the filter element 3 has a plurality of flow openings 5. The flow openings 5 correspond to passage openings 6 in a main body 7 of the filter 1, which can be seen in the representation of FIG. The flow openings 5 are, as can be seen better in the representation of FIG. 2, and in particular in the enlarged representation of FIG. 3, are connected by means of filter channels 8 to an outer circumference 9 of the filter element 3. For improved flow to all filter channels 8, of which only a few are provided with a reference numeral, 3 connecting channels 10 are further provided between the individual flow openings 5 on each of the filter elements, so as to be able to accomplish a balance of the flow between the individual flow openings 5. In the region of the outer circumference 9 of the filter element 3 are also found projections 100, which serve as stacking aid, so that the
Filterelemente 3 beim Aufeinanderstapeln immer so liegen, dass die Filter elements 3 when stacking always be such that the
Durchgangsöffnungen 5 fluchtend zueinander angeordnet sind. Through openings 5 are arranged in alignment with each other.
In der Darstellung der Figur 1 lässt sich die prinzipielle Funktion des Filters 1 nun besser erkennen. Der Stapel 2 der Filterelemente 3 wird über eine Deckplatte 11 , und in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Schraube 12 mit dem Grundkörper 7 des Filters 1 verbunden. Die einzelnen Filterelemente 3 werden so gegeneinander gespannt und liegen fest aneinander an. Über die mit M bezeichneten Pfeile findet nun ein Medienstrom zu dem Filter 1 statt. Dieser kann beispielsweise quer zur Stapelrichtung des Stapels 2 erfolgen, oder auch in Stapelrichtung, wobei der Medienstrom M dann den Bereich der Deckplatte 11 entsprechend umströmt, um ebenfalls quer zur Stapelrichtung durch die Filterkanäle 8 zwischen die einzelnen Filterelemente 3 einzuströmen. Der durch die Filterkanäle 8 geströmte und von Schmutzpartikeln, welche im Bereich der In the representation of FIG. 1, the basic function of the filter 1 can now be better recognized. The stack 2 of the filter elements 3 is connected via a cover plate 11, and in the embodiment shown here via a screw 12 with the main body 7 of the filter 1. The individual filter elements 3 are so against each other curious and are stuck together. About the designated M arrows now a media flow to the filter 1 takes place. This can be done, for example, transversely to the stacking direction of the stack 2, or in the stacking direction, wherein the media flow M then flows around the area of the cover plate 11 accordingly also to flow transversely to the stacking direction through the filter channels 8 between the individual filter elements 3. The streamed through the filter channels 8 and dirt particles, which in the region of
Filterkanäle 8 hängen geblieben sind, befreite Medienstrom strömt dann durch die in Figur 2 und 3 erkennbaren Strömungsöffnungen 5 und die damit korrespondierenden Durchgangsöffnungen 6 im Grundkörper 7 des Filters 1 wieder ab. Der abströmende Medienstrom ist in der Darstellung der Figur 1 mit N bezeichnet. Filter channels 8 are stuck, freed media flow then flows through the recognizable in Figure 2 and 3 flow openings 5 and the corresponding passage openings 6 in the main body 7 of the filter 1 again. The outflowing medium flow is denoted by N in the illustration of FIG.
Der Filter 1 kann nun als Ganzes beispielsweise in das Ende eines Leitungselements eingebracht werden, welches dann typischerweise im Bereich des Grundkörpers 7 dichtend mit dem Filter 1 abschließt. Durch das Leitungselement anströmendes Medium M strömt durch den Filter 1 und kann durch den Grundkörper 7 beziehungsweise die in dem Grundkörper 7 befindlichen Durchgangsöffnungen 7 dann wieder abströmen. The filter 1 can now be introduced as a whole, for example, in the end of a line element, which then typically closes sealingly in the region of the base body 7 with the filter 1. Medium flowing through the conduit element M flows through the filter 1 and can then flow away again through the main body 7 or through openings 7 situated in the main body 7.
Insbesondere für einen solchen Aufbau, bei welchem der Medienstrom senkrecht zur Stapelrichtung von oben anströmt, also zuerst auf die Deckplatte 1 1 trifft, kann es sinnvoll und vorteilhaft sein, die Deckplatte 11 und/oder die Schraube 12 strömungstechnisch entsprechend zu optimieren. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise in der Darstellung des Filters 1 in Figur 4 zu erkennen. Der Filter unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Filter nur dadurch, dass die Deckplatte 11 und die Schraube 12 In particular, for such a structure in which the media flow flows perpendicular to the stacking direction from above, so first meets the cover plate 1 1, it may be useful and advantageous to optimize the cover plate 11 and / or the screw 12 fluidly accordingly. Such a structure can be seen, for example, in the representation of the filter 1 in FIG. The filter differs from the filter shown in Figure 1 only in that the cover plate 11 and the screw 12th
strömungsoptimiert im Vergleich zu der Deckplatte 11 und der Schraube 12 in der Darstellung der Figur 1 ausgeführt sind. Eine weitere Möglichkeit, den gesamten Filter 1 hinsichtlich der Anströmung zu optimieren, ist in der Darstellung der Figur 5 zu erkennen. Diese ist wiederum vergleichbar zu den Darstellungen in den Figuren 1 und 4 zu verstehen. Die einzelnen Filterelemente 3 des Stapels 2 verringern dabei jedoch ihren Durchmesser, sodass auf der dem Grundkörper 7 abgewandten Seite ein geringerer Durchmesser des Stapels 2 vorliegt, als auf der dem Grundkörper 7 zugewandten Seite. Auch dadurch lässt sich eine Strömungsoptimierung erzielen. flow optimized in comparison to the cover plate 11 and the screw 12 in the illustration of Figure 1 are executed. Another way to optimize the entire filter 1 with respect to the flow, can be seen in the illustration of Figure 5. This again is comparable to the illustrations in FIGS. 1 and 4. However, the individual filter elements 3 of the stack 2 reduce their diameter, so that there is a smaller diameter of the stack 2 on the side remote from the main body 7 than on the side facing the main body 7. This also allows a flow optimization can be achieved.
Ein weiteres Beispiel für eine solche Strömungsoptimierung ist in der dreidimensionalen Schnittdarstellung der Figur 6 zu erkennen. Auf dem Grundkörper 7, welcher hier einen größeren Durchmesser als der Stapel 2 der Filterelemente 3 aufweist, ist wiederum ein Stapel 2 von identischen Filterelementen 3 angebracht. Den Abschluss bildet eine Deckplatte 11 , welche mit aerodynamisch optimierter Formgebung ausgebildet ist. Die Schraube 12, welche hier nicht dargestellt ist, wird nicht durch die Deckplatte hindurch in dem Grundkörper 7 verschraubt, sondern durch den Grundkörper 7 hindurch in ein mit 13 bezeichnetes Gewinde der Deckplatte 11 eingeschraubt. Das ungefilterte Medium M strömt, wie durch den Pfeil M bezeichnet, zentral auf die aerodynamisch optimierte Deckplatte 11 zu. Es umströmt diese und gelangt vergleichbar wie bei den oben beschriebenen Filtern 1 auch durch den Außenumfang 9 der Filterelemente in den Stapel 2 der Filterelemente ein. Dort strömt es durch die Strömungsöffnungen 5 und die Another example of such a flow optimization can be seen in the three-dimensional sectional view of FIG. On the base body 7, which here has a larger diameter than the stack 2 of the filter elements 3, in turn, a stack 2 of identical filter elements 3 is mounted. The conclusion forms a Cover plate 11, which is formed with aerodynamically optimized shape. The screw 12, which is not shown here, is not bolted through the cover plate in the base body 7, but screwed through the base body 7 in a designated 13 thread of the cover plate 11. The unfiltered medium M flows, as indicated by the arrow M, centrally to the aerodynamically optimized cover plate 11. It flows around them and, as in the case of the filters 1 described above, also enters the stack 2 of the filter elements through the outer circumference 9 of the filter elements. There it flows through the flow openings 5 and
Durchgangsöffnungen 6 in dem Grundkörper 7 als gefiltertes N wieder ab. Ansonsten ist die Funktionalität im Wesentlichen dieselbe, wie die welche bei den Filtern in den Figuren 1 , 4 und 5 bereits beschrieben worden ist. Zusätzlich ist hier zu erkennen, dass die in Figur 2 dargestellten Vorsprünge 100 der einzelnen Filterelemente 3 jeweils aufeinander gestapelt ausgebildet sind. Sie dienen der exakten Positionierung der Filterelemente 3. Die Deckplatte 11 weist in dem Bereich, in dem sie auf diese Vorsprünge trifft, ebenfalls eine strömungsoptimierte Form auf, indem sie ihrerseits einen Vorsprung 101 ausbildet, welcher in Richtung der Anströmung als Rampe 102 ausgebildet ist. Neben dem Through holes 6 in the main body 7 as a filtered N again. Otherwise, the functionality is essentially the same as that which has already been described in the filters in FIGS. 1, 4 and 5. In addition, it can be seen here that the protrusions 100 of the individual filter elements 3 shown in FIG. 2 are each stacked on top of each other. They serve the exact positioning of the filter elements 3. The cover plate 11 has in the area where it meets these projections, also a flow-optimized shape by in turn forms a projection 101 which is formed in the direction of the flow as a ramp 102. Next to the
Verschrauben der Deckplatte 11 mit dem Grundkörper und dem damit erfolgenden Einspannen der Filterelemente 3 kann außerdem im Bereich der Vorsprünge 100 ein Verschweißen der einzelnen Filterelemente 3 untereinander erfolgen, sodass die mechanische Belastbarkeit des Filters 1 noch weiter erhöht wird. Screwing the cover plate 11 with the base body and thus taking place clamping the filter elements 3 can also be made in the region of the projections 100, a welding of the individual filter elements 3 with each other, so that the mechanical strength of the filter 1 is further increased.
In der Darstellung der Figur 2 und 3 wurde bereits auf die Filterkanäle 8 des In the illustration of Figure 2 and 3 was already on the filter channels 8 of the
Filterelements 3 eingegangen. Diese spielen für die Filterwirkung des Filterelements 3 die entscheidende Rolle. Sie sollen beim beschriebenen Anwendungsbeispiel Filter element 3 received. These play the decisive role for the filter effect of the filter element 3. They should in the described application example
vergleichsweise klein ausgebildet sein und durchströmbare Querschnitte aufweisen, welche in ihren Abmessungen typischerweise kleiner als 10 μιη, insbesondere in der Größenordnung von etwa 3 - 5 μιτι liegen. Diese sehr kleinen Filterkanäle erlauben eine ideale Filterwirkung. In der Darstellung der Figur 7 ist nochmals eine vereinfachte be comparatively small and have flow-through cross-sections, which are typically less than 10 μιη in size, in particular in the order of about 3 - 5 μιτι. These very small filter channels allow an ideal filter effect. In the illustration of Figure 7 is again a simplified
Draufsicht auf ein Filterelement 3 zu erkennen. Auch hier sind mehrere Top view of a filter element 3 to recognize. Again, there are several
Strömungsöffnungen 5 dargestellt sowie eine Durchgangsöffnung 4 für eine zentral angeordnete Schraube 12 zum Verspannen der Filterelemente 3 zwischen dem Flow openings 5 shown and a through hole 4 for a centrally disposed screw 12 for bracing the filter elements 3 between the
Grundkörper 7 und der Deckplatte 11. Base 7 and the cover plate 11th
In Figur 8 sind drei verschiedene Details mit jeweils einer der Strömungsöffnungen 5, den Filterkanäle 8 und dem Außenumfang 9 des Filterelements 3 dargestellt. In der ersten mit a) bezeichneten Detaildarstellung verlaufen die Filterkanäle 8 dabei gerade. In der mit b) bezeichneten Detaildarstellung verlaufen die Filterkanäle 8 gebogen. Dies kann insbesondere zum Zurückhalten von Fasern oder von stabformigen Verunreinigungen von besonderem Vorteil sein, da diese sich dann im Bereich der Filterkanäle 8 entsprechend verhaken und nicht mit dem gefilterten Medium N fortgerissen werden. Eine weitere Verbesserung stellt dabei die in Figur 8 c) gezeigte Variante dar, bei welcher die FIG. 8 shows three different details, each with one of the flow openings 5, the filter channels 8 and the outer circumference 9 of the filter element 3. In the first with a) designated detail display the filter channels 8 are straight. In the detailed representation designated b), the filter channels 8 are bent. This can be of particular advantage for retaining fibers or rod-shaped contaminants, since these then become entangled in the area of the filter channels 8 and are not carried away with the filtered medium N. A further improvement is the variant shown in FIG. 8 c), in which the
Filterkanäle jeweils S-förmig verlaufen. Der S-förmige Verlauf der Filterkanäle 8 kann dabei, so wie in Figur 8 c) dargestellt, durch einen sehr starken Gegenschwung gekennzeichnet sein, oder auch durch zwei lediglich leicht gebogene Abschnitte, welche entlang einer Geraden ineinander übergehen. Filter channels each S-shaped. The S-shaped course of the filter channels 8 can, as shown in Figure 8 c), be characterized by a very strong counter-swing, or by two only slightly curved portions, which merge into one another along a straight line.
In der Darstellung der Figur 9 ist ein Filterelement 3 in einer dreidimensionalen In the illustration of Figure 9 is a filter element 3 in a three-dimensional
Prinzipdarstellung zu erkennen, um die Möglichkeiten bei der Gestaltung der Filterkanäle 8 näher zu erläutern. Das Filterelement 3 in der Darstellung der Figur 9 weist dabei lediglich eine zentrale Strömungsöffnung 5 auf. Die Darstellung verzichtet auf To recognize principle representation to explain the possibilities in the design of the filter channels 8 in more detail. The filter element 3 in the illustration of FIG. 9 has only one central flow opening 5. The presentation waives
Durchgangsöffnungen 4 für die Schraube 12. Die Darstellung ist daher als Through holes 4 for the screw 12. The illustration is therefore as
Prinzipdarstellung zu verstehen. Das Funktionsprinzip kann selbstverständlich in Understand schematic representation. The working principle can of course in
Filterelemente 3 in der oben beschriebenen Ausführungsform entsprechend integriert werden. Filter elements 3 are integrated according to the embodiment described above.
Die Filterkanäle 8, von welchen hier nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist, verlaufen hier radial nach außen, ohne dass diese gebogen, S-förmig oder mit einer andersartigen Richtungsänderung ausgebildet sind. Zwei Sammelkanäle 14 verlaufen ringförmig in dem Filterelement 3 und durchbrechen die einzelnen Filterkanäle 8 jeweils quer zur Strömungsrichtung. Außerdem schaffen sie durch diese Querverbindung eine Verbindung der einzelnen Filterkanäle 8 untereinander, in dem hier dargestellten The filter channels 8, of which only one is provided with a reference numeral, here extend radially outward, without being bent, S-shaped or formed with a different direction change. Two collecting channels 14 extend annularly in the filter element 3 and break through the individual filter channels 8 in each case transversely to the flow direction. In addition, they create a connection of the individual filter channels 8 with each other through this cross-connection, in the illustrated here
Ausführungsbeispiel zweimal während der Lauflänge jedes der Filterkanäle 8. So können über die Sammelkanäle 14 Ausgleichsströmungen zwischen den einzelnen Filterkanälen 8 stattfinden, wodurch, auch bei verstopften Filterkanälen 8 beziehungsweise verstopften Abschnitten von Filterkanälen 8, der Druckverlust in dem Filterelement 3 insgesamt minimiert werden kann. Zusätzlich verändern die Filterkanäle 8 des Filterelements 3 in Figur 9 ihren Kanalquerschnitt. Dies ist in einer prinzipmäßigen Schnittdarstellung der Figur 10 nochmals verdeutlicht. Die Änderung des Kanalquerschnitts erfolgt dabei jeweils so, dass die einzelnen Querschnitte durch die Sammelkanäle 14 voneinander getrennt sind. Dies ist prinzipiell nicht notwendig, die Veränderung des Kanalquerschnitts könnte auch kontinuierlich oder in Stufen, ohne dass die Sammelkanäle 14 vorhanden sind, erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der vom Außenumfang 9 aus zuerst durchströmte Abschnitt der Filterkanäle 8 jeweils halbkreisförmig ausgebildet. Er ist an einem beispielhaften Filterkanal 8 mit dem Bezugszeichen 8.1 versehen. Der nächste Abschnitt ist im Querschnitt dreieckig ausgebildet und mit dem Bezugszeichen 8.2 versehen. Der am weitesten innen liegende Abschnitt ist mit dem Bezugszeichen 8.3 versehen, er ist im Wesentlichen rechteckig. Die Form als exakter Halbkreis, Embodiment twice during the run length of each of the filter channels 8. Thus, 14 compensating flows between the individual filter channels 8 can take place via the collecting channels, whereby, even with clogged filter channels 8 and clogged sections of filter channels 8, the pressure loss in the filter element 3 can be minimized overall. In addition, the filter channels 8 of the filter element 3 in FIG. 9 change their channel cross-section. This is clarified again in a principle sectional view of FIG. The change of the channel cross section is in each case such that the individual cross sections are separated from each other by the collecting channels 14. This is not necessary in principle, the change in the channel cross-section could also continuously or in stages, without the collecting channels 14 are present take place. In the illustrated embodiment, from the outer circumference of 9 from first through-flow portion of the filter channels 8 are each formed semicircular. It is provided on an exemplary filter channel 8 with the reference numeral 8.1. The next section is triangular in cross-section and provided with the reference numeral 8.2. The innermost portion is provided with the reference numeral 8.3, it is substantially rectangular. The shape as an exact semicircle,
insbesondere jedoch als exaktes Rechteck beziehungsweise exaktes Dreieck, ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Je nach Fertigungstechnologie für die Filterkanäle 8 können die Ecken auch entsprechend gerundet sein, sodass beispielsweise anstelle des rechteckigen Querschnitts 8.3 des Filterkanals 8 ein Querschnitt in der Art einer halben Linse vorliegt. in particular, however, as an exact rectangle or exact triangle, is to be understood as an example only. Depending on the production technology for the filter channels 8, the corners can also be rounded accordingly, so that, for example, instead of the rectangular cross section 8.3 of the filter channel 8, there is a cross section in the manner of a half lens.
In der Darstellung der Figur 1 1 ist auf eine Draufsicht auf zwei Filterkanäle 8 und die Darstellung der Strömungsrichtung durch den eingezeichneten Zustrom des Mediums M ein , sich kontinuierlich verjüngender Kanalquerschnitt dargestellt. Dies kann insbesondere zur Ausfilterung von Partikeln von besonderem Vorteil sein. Da die Filter zur Reinigung regelmäßig auch rückgespült werden, um eventuelle Verunreinigungen aus dem Filter wieder herauszuspülen, kann es gegebenenfalls auch sinnvoll sein, die Filterkanäle 8 genau andersherum, nämlich sich erweiternd auszubilden, wie es in der Darstellung der Figur 12 zu erkennen ist. Auch eine Kombination aus sich zuerst verjüngendem und dann wieder erweiterndem Querschnitt, wie es beispielsweise in der Figur 13 dargestellt ist, kann sinnvoll und nützlich sein. In the illustration of FIG. 11, a channel cross-section that tapers continuously is shown in a plan view of two filter channels 8 and the representation of the flow direction by the indicated inflow of the medium M. This can be particularly advantageous for filtering particulates. Since the filters are also backwashed for cleaning regularly to flush out any contaminants from the filter again, it may also be useful to the filter channels 8 exactly the other way, namely to form expanding, as can be seen in the illustration of FIG 12. Also, a combination of first tapered and then widening cross section, as shown for example in Figure 13, may be useful and useful.
In der Darstellung der Figur 14 ist eine weitere Alternative zur Integration eines In the illustration of Figure 14 is another alternative to the integration of a
Sammelkanals 14 dargestellt. In dem hier dargestellten Ausschnitt verlaufen dabei 5 einzelne Filterkanäle 8 in Strömungsrichtung des Mediums M bis zu dem Sammelkanal 14, welcher quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist und die Filterkanäle 8 miteinander verbindet. Der Sammelkanal 14 hat dabei typischerweise einen sehr viel größeren Strömungsquerschnitt, wie es in der Schnittdarstellung gemäß der Linie XV - XV in Figur 15 zu erkennen ist. Die einzelnen Filterkanäle 8 in Strömungsrichtung bis zu dem Collection channel 14 shown. In the section shown here, 5 individual filter channels 8 run in the flow direction of the medium M as far as the collecting channel 14, which is arranged transversely to the flow direction and connects the filter channels 8 to one another. The collecting channel 14 typically has a much larger flow cross section, as can be seen in the sectional view along the line XV - XV in FIG. The individual filter channels 8 in the flow direction up to the
Sammelkanal 14 verlaufen dabei so, dass sie auf der anderen Seite des Sammelkanals 14 nicht fortgesetzt werden. Das Medium muss damit in jedem Fall ein Stück weit durch den Sammelkanal 14 strömen. Dadurch können faserförmige und stabförmige Collection channel 14 thereby run so that they are not continued on the other side of the collecting channel 14. The medium must thus flow in some cases through the collecting channel 14. This allows fibrous and rod-shaped
Verunreinigungen sehr gut zurückgehalten werden. Im weiteren Verlauf der Filterkanäle 8 sind dann nur noch zwei sich kontinuierlich erweiternde Filterkanäle 8 vorgesehen, welche den aus den fünf bis zum Sammelkanal 14 verlaufenden Filterkanälen 8 stammenden Volumenstrom aufnehmen und entsprechend weiterleiten. Contaminants are very well retained. In the further course of the filter channels 8 are then only two continuously expanding filter channels 8 are provided which receive the coming from the five to the collection channel 14 extending filter channels 8 volume flow and forward accordingly.
Die bisherige Ausgestaltung der Filterkanäle 8 war dabei jeweils einseitig auf dem The previous design of the filter channels 8 was in each case one-sided on the
Filterelement 3. Dies kann hinsichtlich der Bearbeitung und der Ausgestaltung der Filterelemente sehr günstig und einfach und effizient herstellbar sein. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, die Filterkanäle auf beiden Seiten entsprechend anzubringen und diese insbesondere durch das Filterelement 3 hindurch miteinander zu verbinden. Ein solches Beispiel ist in der Darstellung der Figur 16 zu erkennen. Oben ist die Draufsicht auf eine Oberseite 15 des Filterelements 3 zu erkennen, in der Mitte die Ansicht von unten. In der unteren Darstellung ist dann in einem Querschnitt zu erkennen, dass der Filterkanal 8 auf der Oberseite 15 bis zu einer Durchbrechung 16 des Filter element 3. This can be very cheap and easy and efficient to produce in terms of processing and the design of the filter elements. But it is of course also possible to mount the filter channels on both sides and to connect them in particular by the filter element 3 together. Such an example can be seen in the representation of FIG. 16. Above, the top view of an upper side 15 of the filter element 3 can be seen, in the middle, the view from below. In the lower representation can then be seen in a cross section that the filter channel 8 on the top 15 to an opening 16 of the
Filterelements 3 verläuft. Nach der Durchbrechung 16 läuft der Filterkanal 8 dann auf einer Unterseite 17 des Filterelements 3 weiter. Eine Alternative dazu ist in der Filter element 3 runs. After the opening 16, the filter channel 8 then continues on an underside 17 of the filter element 3. An alternative is in the
Darstellung der Figur 17 zu erkennen. Im Prinzip entspricht die Darstellung der in Figur 16 beschriebenen Darstellung. Anstelle einer einzelnen Durchbrechung 16 ist zumindest auf einer Seite, hier insbesondere der Oberseite 15, ein Sammelkanal 14 angeordnet, welcher über die Durchbrechung 16 mit der Unterseite 17 verbunden ist. Dies ist einerseits hinsichtlich der oben beschriebenen Filtereigenschaften des Sammelkanals 14 von Vorteil und andererseits hinsichtlich der Herstellung, da die Filterkanäle 8 auf der Oberseite 15 und auf der Unterseite 17 nicht exakt übereinander verlaufen müssen, um durch die Durchbrechung 16 sicher und zuverlässig miteinander verbunden zu werden, sondern dass auch ein leichter Versatz aufgrund des auf der Oberseite 15 angeordneten Sammelkanals 14 unkritisch ist. Dadurch kann das Filterelement 3 mit geringeren Fertigungstoleranzen hergestellt werden, was insgesamt eine einfachere und Representation of Figure 17 can be seen. In principle, the representation corresponds to the representation described in FIG. Instead of a single opening 16, a collection channel 14 is arranged at least on one side, in particular the top 15, which is connected via the opening 16 with the bottom 17. This is on the one hand in terms of the above-described filter characteristics of the collecting channel 14 of advantage and on the other hand in terms of production, since the filter channels 8 on the top 15 and on the bottom 17 need not be exactly above each other to be connected securely and reliably through the opening 16 , But that a slight offset due to the arranged on the top 15 collecting channel 14 is not critical. As a result, the filter element 3 can be manufactured with lower manufacturing tolerances, resulting in a simpler overall design
kostengünstigere Fertigung gewährleistet. guaranteed more cost-effective production.
Der Aufbau der Filterelemente 3 ist dabei selbstverständlich nicht nur in runder Form, sondern auch in beliebigen anderen Formen denkbar und möglich, beispielhaft wird hierzu auf Figur 18 verwiesen, in welcher ein Filterelement 3 dargestellt ist, welches eine dreieckige Querschnittsform aufweist, und analog der Darstellung in Figur 9 wiederum lediglich eine Strömungsöffnung 5 aufweist. Ebenso wären viereckige, achteckige, ovale oder andere Formen möglich. Die einzelnen beschriebenen Varianten lassen sich dabei beliebig untereinander kombinieren. The structure of the filter elements 3 is of course conceivable and possible not only in a round shape, but also in any other forms, by way of example reference is made to FIG. 18, in which a filter element 3 is shown, which has a triangular cross-sectional shape, and analogously to the illustration in Figure 9, in turn, only a flow opening 5 has. Likewise, square, octagonal, oval or other shapes would be possible. The individual variants described can be combined with each other as desired.
Eine alternative Ausgestaltung des Filters 1 ist in der Darstellung der Figur 19 zu erkennen. Anstelle einer Ausbildung des Filters 1 als Stapel 2 von Filterelementen 3 ist das Filterelement 3' hier einstückig ausgebildet. Es besteht aus einem plattenförmigen Filterelement 3', welches beispielsweise aus einem Bandmaterial hergestellt werden kann. In dieses Filterelement 3' sind die Filterkanäle 8 eingebracht, wobei diese von der einen Seitenkante bis zu anderen Seitenkante reichen. Es wird anschließend aufgewickelt und aufgestellt. Dadurch entsteht der in Figur 19 dargestellte Wickel des Filterelements 3' aus einem Band, welches nachfolgend zur Verdeutlichung des Unterschieds als An alternative embodiment of the filter 1 can be seen in the illustration of FIG. Instead of forming the filter 1 as a stack 2 of filter elements 3, the filter element 3 'is formed integrally here. It consists of a plate-shaped filter element 3 ', which can be made for example of a strip material. In this filter element 3 ', the filter channels 8 are introduced, which extend from one side edge to the other side edge. It is then wound up and set up. This results in the illustrated in Figure 19 winding of the filter element 3 'of a band, which hereinafter to clarify the difference as
Filterelement 3' bezeichnet wird. Das Filterelement 3' weist über seine Oberfläche verteilt zahlreiche Filterkanäle 8 auf, für welche dasselbe gilt, wie wenn das Filterelement 3' als Filterelement 3 scheibenförmig ausgebildet wäre. Die Filterkanäle 8, welche auf einer Oberseite des aufgewickelten Filterelements 3' liegen, werden dann jeweils von der anderen Oberfläche der nächsten Schicht des Filterelements 3 in die eine Richtung entsprechend verschlossen. Bei einer Durchströmung des Filterelements 3' in Richtung der Wickelachse kann so eine sichere und zuverlässige Filterung des Fluids erreicht werden. Eine beidseitige Anordnung der Filterkanäle 8 auf dem Filterelement 3' ist selbstverständlich auch denkbar. Filter element 3 'is called. The filter element 3 'has distributed over its surface numerous filter channels 8, for which the same applies as if the filter element 3' as a filter element 3 would be disc-shaped. The filter channels 8, which lie on an upper side of the wound-up filter element 3 ', are then respectively closed by the other surface of the next layer of the filter element 3 in the one direction. With a flow through the filter element 3 'in the direction of the winding axis as a safe and reliable filtration of the fluid can be achieved. A two-sided arrangement of the filter channels 8 on the filter element 3 'is of course also conceivable.
Zur Herstellung der Filterkanäle 8 dient eine Laserbearbeitung. Eine solche For the production of the filter channels 8 is a laser processing. Such
Laserbearbeitung, insbesondere eine Laserbearbeitung mit einem gepulsten Laser, welcher Lichtpulse im Bereich von Pikosekunden oder vorzugsweise Femtosekunden auslöst, kann sehr fein und sehr exakt erfolgen. Außerdem erfolgt eine solche Laser processing, in particular a laser processing with a pulsed laser, which triggers light pulses in the range of picoseconds or preferably femtoseconds, can be very fine and very accurate. In addition, such is done
Laserbearbeitung ohne Verschmutzung der nicht bearbeiteten Oberfläche, sodass eine Nachbearbeitung nicht mehr notwendig ist. Durch eine einfache Variation der Laser processing without contamination of the unprocessed surface, so that reworking is no longer necessary. By a simple variation of the
Verfahrensparameter kann Tiefe, Form und Abmessung der Filterkanäle in Stufen oder kontinuierlich beliebig geändert werden. Dabei ist die Technik vergleichsweise schnell, sodass ein einzelnes Filterelement 3, 3' in wenigen Sekunden herstellbar ist. Process parameters, depth, shape and size of the filter channels in stages or continuously can be changed as desired. The technique is relatively fast, so that a single filter element 3, 3 'can be produced in a few seconds.
In der Darstellung der Figur 20 ist ein Querschnitt durch einen Filterkanal 8 zu erkennen, welcher mit Abmessungen von ca. 3 μιτι in der Tiefe und ca. 5 pm in der maximalen Breite ausgebildet ist. Er ist über eine gepulste Laserbearbeitung hergestellt und hier in einer sehr stark vergrößerten, mittels Laserscanner erzeugten Darstellung zu erkennen. Eine weitere Darstellung desselben Filterkanals 8 ist in Figur 21 in Aufnahmen, welche mit dem Rasterelektronenmikroskop gemacht worden sind, zu erkennen. In der ersten Aufnahme links oben ist der Kanal in größerem Maßstab zu erkennen, in der In the illustration of Figure 20 is a cross section through a filter channel 8 can be seen, which is formed with dimensions of about 3 μιτι in depth and about 5 pm in the maximum width. It is produced by pulsed laser processing and can be seen here in a very enlarged, laser-scanned display. A further illustration of the same filter channel 8 can be seen in FIG. 21 in photographs taken with the scanning electron microscope. In the first picture above left, the channel can be seen on a larger scale, in the
danebenliegenden Aufnahme in einer ersten Vergrößerung. Hier ist zu erkennen, dass der Kanal sauber und ohne seitliche Aufwerfungen oder Verschmutzungen der umgebenden Bereiche ausgebildet ist. Im dritten Bild ist in einer noch größeren adjacent recording in a first magnification. Here it can be seen that the channel is formed clean and without lateral jarring or contamination of the surrounding areas. The third picture is in an even bigger one
Darstellung die Struktur des Filterkanals selbst gezeigt. Auch diese kann durch geeignete Wahl der Parameter bei der Laserbearbeitung entsprechend beeinflusst werden. Sie kann je nach Form und Art der zu erwartenden Schmutzpartikel, welche herausgefiltert werden sollen, ideal auf diese Partikel eingestellt werden, sodass diese sich maximal verhaken und damit eine sehr hohe Filterwirkung erzielt werden kann. Representation of the structure of the filter channel itself shown. This can also be influenced appropriately by suitable choice of the parameters during laser processing. Depending on the shape and type of dirt particles to be filtered out, it can be ideally adjusted to these particles, so that they interlock to a maximum and thus a very high filter effect can be achieved.
In der Darstellung der Figur 22 ist eine alternative Kanalgeometrie am Beispiel von mehreren nebeneinander liegenden Filterkanälen 8 zu erkennen. Insbesondere die Materialstruktur des Kanalgrundes ist dabei eine andere, wie in der am stärksten vergrößerten Darstellung des letzten Bildes im Vergleich zu Figur 21 zu erkennen ist. In the illustration of FIG. 22, an alternative channel geometry can be seen using the example of several adjacent filter channels 8. In particular, the material structure of the channel bottom is another, as can be seen in the most enlarged representation of the last image compared to Figure 21.

Claims

Patentansprüche claims
Filterelement (3, 3') für einen wenigstens ein derartiges Filterelement (3) aufweisenden Fluidfilter (1 ), bestehend aus einem im Wesentlichen flächig ausgebildeten Bauteil mit einer ersten Seite (15) und einer zweiten Seite (16), welches an wenigstens einer seiner Seiten (15, 16) eine Kanalstruktur mit Filter element (3, 3 ') for a fluid filter (1) having at least one such filter element (3), comprising a substantially flat component having a first side (15) and a second side (16) attached to at least one of its components Pages (15, 16) a channel structure with
Filterkanälen (8) aufweist, Having filter channels (8),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Filterkanäle (8) durch eine gepulste Laserbearbeitung erzeugt sind. the filter channels (8) are generated by a pulsed laser processing.
Filterelement (3, 3')nach Anspruch 1 , Filter element (3, 3 ') according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Laserbearbeitung mit einem Laser erfolgt, welcher Lichtpulse mit einer Dauer im Bereich von Pikosekunden oder Femtosekunden aussendet. the laser processing takes place with a laser, which emits light pulses with a duration in the range of picoseconds or femtoseconds.
Filterelement (3, 3') nach Anspruch 1 oder 2, Filter element (3, 3 ') according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Filterkanäle (8) im durchströmten Bereich im Querschnitt jeweils Abmessungen von weniger als 10 μιη, vorzugsweise 3 - 5 μιη aufweisen. the filter channels (8) in the area through which flows have in cross-section in each case dimensions of less than 10 μm, preferably 3 to 5 μm.
Filterelement (3, 3') nach Anspruch 1 , 2 oder 3, Filter element (3, 3 ') according to claim 1, 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Filterkanäle (8) im durchströmten Bereich sich im Querschnitt in Richtung der Strömung des Fluids (M, N) kontinuierlich oder in einer oder mehreren Stufen (8.1 , 8.2, 8.3) hinsichtlich Abmessungen und/oder Form ändern. the filter channels (8) in the area through which they flow are continuous in cross-section in the direction of the flow of the fluid (M, N) or in one or more stages (8.1, 8.2, 8.3) in terms of dimensions and / or shape.
5. Filterelement (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Filter element (3, 3 ') according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zumindest einige der Filterkanäle (8) durch wenigstens einen quer zur  at least some of the filter channels (8) through at least one transverse to
Strömungsrichtung des Fluids (M, N) verlaufenden Sammelkanal (14) durchbrochen und miteinander verbunden sind.  Broken flow direction of the fluid (M, N) extending collecting channel (14) and are interconnected.
6. Filterelement (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Filter element (3, 3 ') according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Filterkanäle (8) auf dem flächig ausgebildeten Bauteil auf einer Seite (15) angeordnet sind.  the filter channels (8) are arranged on the flat component on one side (15).
7. Filterelement (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7. Filter element (3, 3 ') according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Filterkanäle (8) auf beiden Seiten (15, 16) des flächig ausgebildeten Bauteils angeordnet und durch Durchbrüche (16) in dem flächig ausgebildeten Bauteil miteinander verbunden sind.  the filter channels (8) are arranged on both sides (15, 16) of the flat component and are connected to one another by openings (16) in the flat component.
8. Filter (1 ) mit wenigstens einem der Filterelemente (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Filter (1) with at least one of the filter elements (3, 3 ') according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Filterelement (3') als aufgewickelte Platte ausgebildet ist.  the filter element (3 ') is formed as a wound plate.
9. Filter (1 ) mit wenigstens einem der Filterelemente (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 9. Filter (1) with at least one of the filter elements (3, 3 ') according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das jedes der Filterelemente (3) in Form einer Platte oder Scheibe ausgebildet ist, wobei eine Mehrzahl der Filterelemente (3) zu einem Stapel aufgestapelt sind.  in that each of the filter elements (3) is in the form of a plate or disc, a plurality of the filter elements (3) being stacked in a stack.
10. Verwendung eines Filterelements (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines Filter (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, zur Filterung eines Kraftstoffs in einem Fahrzeug. 10. The use of a filter element (3, 3 ') according to any one of claims 1 to 7 or a filter (1) according to claim 8 or 9, for filtering a fuel in a vehicle.
11. Verwendung nach Anspruch 10, 11. Use according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ein gasförmiger Kraftstoff ist, insbesondere Wasserstoff, welcher bei Drücken von mehr als 300 bar gespeichert wird. characterized in that the fuel is a gaseous fuel, in particular hydrogen, which is stored at pressures of more than 300 bar.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3648843A (en) 1969-03-06 1972-03-14 Ronald K Pearson Stacked sheet filter assembly
US4726900A (en) 1986-07-29 1988-02-23 Vacco Industries Stacked sheet filter element
JP2004181272A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Nomizu Kosan:Kk Metal filter
WO2006079083A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Imra America, Inc. Laser material micromachining with green femtosecond pulses

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3648843A (en) 1969-03-06 1972-03-14 Ronald K Pearson Stacked sheet filter assembly
US4726900A (en) 1986-07-29 1988-02-23 Vacco Industries Stacked sheet filter element
JP2004181272A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Nomizu Kosan:Kk Metal filter
WO2006079083A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Imra America, Inc. Laser material micromachining with green femtosecond pulses

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