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Filterkartuschen mit plissiertem Filterelement. - Dokument DE69205035T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69205035T2 09.05.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0504038
Titel Filterkartuschen mit plissiertem Filterelement.
Anmelder Filtrauto, Montigny le Bretonneux, FR
Erfinder Pages, Jean, F-93800 Epinay-sur-Seine, FR
Vertreter Finkener und Kollegen, 44795 Bochum
DE-Aktenzeichen 69205035
Vertragsstaaten DE, ES, GB, IT
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 10.03.1992
EP-Aktenzeichen 924006208
EP-Offenlegungsdatum 16.09.1992
EP date of grant 27.09.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.05.1996
IPC-Hauptklasse B01D 29/21

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auffilterpatronen für verunreinigte Medien (z. B. Öl, Kraftstoff, Luft zum Betrieb eines Verbrennungsmotors), die aus einem rohrförmigen Filterelement bestehen, das innen und außen durch zwei zylindrische Oberflächen mit parallelen Erzeugenden begrenzt wird, die zwei ebene ringförmige, in Querrichtung verlaufende Flächen miteinander verbinden, wobei das Element aus einer gefalteten Filterfolie besteht, die für das zu filternde Medium, nicht aber für die abzutrennenden Verunreinigungen durchlässig ist.

Bei bekannten Ausführungsformen derartiger Patronen ist die zylindrische Oberfläche, die das Filterelement innen begrenzt, im allgemeinen ebenso wie die äußere zylindrische Oberfläche umdrehungszylindrisch und das Falten der Filterfolie erfolgt allgemein ziehharmonikaartig, d. h. mit abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aufeinanderfolgenden Falten um geradlinige Faltkanten, die parallel zu den erwähnten Erzeugenden verlaufen, wobei die ebenen Abschnitte oder Bahnen der gefalteten Filterfolie sich in radialen oder geringfügig zu Radien des rohrförmigen Elementes geneigten Richtungen erstrecken und in Umfangsrichtung dieses Elementes aufeinanderfolgen.

Die Pressung der Falten wird durch die Umfangslänge des Richtkreises des Zylinders festgelegt, der das rohrförmige Element innen begrenzt.

Im Bereich dieses Zylinders liegen die Bahnen der Filterfolie sozusagen dicht aneinander, wobei sie gerade durch das Spiel voneinander getrennt sind, das notwendig ist, um den Durchgang für das filtrierte oder zu filtrierende Medium freizugeben.

Da die Anzahl und damit die Gesamtstärke der Folien, aus denen das Filterelement besteht, auf allen radialen Horizontalebenen dieses Elementes gleich ist und da die Länge des Richtkreises, der den äußeren Zylinder des rohrförmigen Elementes bildet, größer ist als die des Richtkreises, der den inneren Zylinder bildet, sind die Falten zum Äußeren hin weniger gepreßt und damit voneinander durch relativ große Zwischenräume getrennt: Die Breite dieser Zwischenräume ist größer als die Breite, die lediglich für den Durchgang des Mediums notwendig ist, woraus sich eine Verschlechterung der Filtrationsausbeute pro Einheit des Filterelements ergibt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, d. h. um den Grad der Füllung des durch das rohrförmige Filterelement eingenommenen Gesamtvolumens mit gefalteter Filterfolie zu erhöhen, wurde bereits vorgeschlagen, zwischen bestimmten normalen Falten kleinere Falten in den Abschnitten des Elementes einzufügen, die der äußeren zylindrischen Oberfläche am nächsten sind, wobei der Querschnitt der Anordnung der Falten dann in Form einer ringförmigen Aufeinanderfolge von M, die miteinander paarweise durch die Basen ihrer benachbarten Schenkel verbunden sind, vorliegt (vgl. FR-1 594 622).

Die Filterleistung von Elementen dieser Art ist für ein gegebenes Volumen dieser Elemente besser als die entsprechender Elemente mit einer einfachen Harmonikafaltung.

Bei den bekannten Ausführungsformen solcher Elemente sind jedoch die Falten der Filterfolie geradlinig, d. h. sie verlaufen längs der geradlinigen Kanten parallel zu den Erzeugenden der zylindrischen Oberflächen, die die inneren und äußeren Flächen der Elemente bilden. Man hat aber auch schon vorgeschlagen, die Filterelemente der vorstehend beschriebenen Art, d. h. die mit einer einfachen ziehharmonikaartigen Faltung, zu verbessern, indem man die Filterfolie in Falten gelegt hat, die nicht mehr geradlinig sind, sondern die sich in zickzackförmigen, gebrochenen Linien erstrecken: Die Filterfolie wird dabei gemäß zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen gefaltet, nämlich nicht mehr nur in der Umfangsrichtung des Filterelementes, sondern auch in der axialen Richtung.

Eine solche doppelte Faltung, die man auch als "fischgrätenfaltung" bezeichnet, erlaubt es, den Grad der Füllung des für die Filterfolie zur Verfügung stehenden Volumens mit dieser Folie zu regulieren, indem man den Grad der Pressung der Falten verändert, d. h. die Anzahl der Falten, die über eine gegebene Länge nicht nur in Umfangsrichtung, wie im Falle der geradlinigen Faltung, sondern auch in axialer Richtung vorhanden sind (vgl. DE-A-1 536 865). Diese Druckschrift betrifft eine derartige dichte Faltung, deren Kanten darüber hinaus verschachtelt sind.

Die Filterleistung von Elementen dieses zuletzt genannten Typs ist für ein gegebenes Volumen dieser Elemente gegenüber der Leistung der Elemente noch verbessert, die eine einfache Ziehharmonikafaltung mit geraden Falten aufweisen.

Beide obenerwähnten Merkmale erlauben es somit, die Füllung des Volumens eines Filterelementes mit Filterfolie und damit die Filtrationsleistung für ein gegebenes Volumen zu verbessern.

Bisher wurden diese beiden Merkmale ausschließlich unabhängig voneinander angewendet.

Man könnte daher meinen, daß sie sich gegenseitig ausschließen und daß die kumulierte Zunahme des Filtermaterials infolge der beiden in Betracht gezogenen Arten der zusätzlichen Faltung zu Verstopfungen führen würde, die sich nachteilig auf die Filtration auswirken.

Die Anmelderin hat die Idee gehabt, die beiden genannten Merkmale zu kombinieren und festgestellt, daß das obenerwähnte Vorurteil sich in der Praxis als ungerechtfertigt erwiesen hat und daß im Gegenteil die Filterleistung, die durch eine entsprechende Patrone erhalten wird, in bezug auf jede der beiden vorstehend erwähnten, isoliert betrachteten Lösungen verbessert wird.

Ausgehend von einer Filterpatrone der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß einerseits der Querschnitt der Anordnung der Falten der Folie in Form einer ringförmigen Aufeinanderfolge von M vorliegt, die untereinander paarweise durch die Basen ihrer nebeneinander liegenden Schenkel verbunden sind und daß sich andererseits die Kanten der Falten längs zickzackförmig gebrochener, verschachtelter Linien erstrecken, deren Abschnitte sich unter spitzen Winkeln zwischen 60 und 90º aneinander anschließen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen die eine und/oder andere der folgenden Anordnungen vor, bei denen

- auf der Filtrierfolie Höcker oder andere Erhöhungen vorgesehen sind, um die benachbarten Bahnen dieser Folie nach dem Falten in einem ausreichenden Abstand voneinander zu halten und eine gute Zirkulation des Mediums zwischen den Bahnen sicherzustellen,

- das Filterelement innen und außen durch zwei koaxiale, umdrehungszylindrische Oberflächen begrenzt wird und das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der äußeren Oberfläche und dem Durchmesser der inneren Oberfläche etwa 3 beträgt und bei denen

- die Filtrierfolie aus Papier mit einer Stärke in der Größenordnung von etwa 0,5 mm, d. h. zwischen 0,4 und 0,6 mm, besteht.

Außer diesen hauptsächlichen Vorrichtungen betrifft die Erfindung bestimmte andere Anordnungen, die vorzugsweise gleichzeitig benutzt und im folgenden ausführlicher beschrieben werden.

Auf der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, auf die die Erfindung selbstverständlich nicht beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine - abgesehen von der Größe des Winkels - erfindungsgemäße Filterpatrone in perspektivischer Darstellung mit ausgebrochenen Abschnitten und

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die Patrone.

Die Patrone, die im allgemeinen dazu dient, Schmieröl eines Verbrennungsmotors zu filtern, die aber auch zum Filtern anderer Medien, wie zum Beispiel von flüssigem Kraftstoff oder der Verbrennungsluft eines Motors brauchbar ist, besteht in an sich bekannter Weise aus folgenden Teilen:

- einem rohrförmigen und um eine Achse X umdrehungszylindrischen Filterelement aus gefaltetem, durchlässigem Papier und

- zwei quer verlaufenden Flanschen oder Scheiben 2 mit der Achse X, die jeweils die beiden axialen Enden des Elementes 1 abdecken und dicht an den beiden Enden, im allgemeinen durch Verkleben, befestigt sind.

Das wesentliche Merkmal des Erfindungsgegenstandes bildet das Falten des Papiers, aus dem das Element 1 besteht.

Das Falten ist ableitbar von der üblichen sternförmigen Ziehharmonikafaltung mit geraden Falten durch zwei komplementäre Faltungen, die jeweils in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Filterelementes ausgeführt werden.

Bekanntlich entspricht die klassische sternförmige, ziehharmonikaartige Faltung mit geraden Falten einer Faltung des Papiers gemäß geradlinigen, parallel zur Achse X verlaufenden Faltkanten, die abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen ausgeführt wird, wobei jede Kante der Faltung zwei ebene und rechteckige Abschnitte oder Flächen des Papiers verbindet und die halbierenden Ebenen der Dieder (Flächenwinkel), die durch die aufeinanderfolgenden Flächen gebildet werden, alle die Achse X enthalten und daher alle radial um diese Achse X orientiert sind.

Die erste zusätzliche Faltung, die an dieser sternförmig gefalteten Ziehharmonika-Struktur vorgenommen wird, betrifft die Umfangszone des Filterelementes. Jede der V-förmigen Falten, die sich an diesem Umfang der bekannten Harmonika-Struktur befindet, ist hier durch eine Falte ersetzt, die die Form eines W hat, wobei die Höhe der umgekehrt gerichteten mittleren Falte jedes W kleiner ist als die der seitlichen Schenkel und insbesondere etwa halb so groß wie diese ist.

Man sieht deutlich auf Fig. 2, daß diese Maßnahme es erlaubt, das Ausfüllen der äußeren Zone des Filterelementes mit Papier zu vergrößern: Tatsächlich umfaßt die äußere Zone mehr Papier pro Volumenelnheit als die innere Zone des Elementes, im Gegensatz zu dem, was man bei der bekannten Struktur beobachtet.

Während die erste zusätzliche Faltung in Umfangsrichtung der Patrone ausgeführt wird, erfolgt die zweite zusätzliche Faltung in Längsrichtung der Patrone.

Diese zweite Faltung besteht darin, den Kanten der verschiedenen Falten nicht mehr die Form von parallel zur Achse verlaufenden Geraden zu geben, wie es bei den bekannten Patronen mit geraden Falten der Fall ist, sondern die Form von zickzackförmig verlaufenden gebrochenen Linien, wie es an sich von den Filterpatronen, die eine Fischgrätenfaltung aufweisen, bekannt ist.

Man sieht bei A und B auf Fig. 1 zwei derartige Kanten, die sich jeweils an der inneren und der äußeren zylindrischen Oberfläche des Filterelementes erstrecken.

Man sieht auch bei C eine dazwischenliegende Kante entsprechend der umgekehrten mittleren Falte einer W- oder M-förmigen Faltung.

Jede der zickzackförmigen Kanten A, B und C besteht aus einer Folge von geraden Segmenten, die sich unter Winkeln α aneinander anschließen.

Diese verschiedenen Segmente haben identische Längen und die Winkel α haben alle vollständig identische Werte, obwohl sie abwechselnd entgegengesetzt gerichtet sind.

Die Größe des Winkels α liegt zwischen 60 und 90º, vorzugsweise bei etwa 80º.

Darüber hinaus sind alle zickzackförmigen Linien A, B und C untereinander identisch.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt liegen die verschiedenen Kanten jeder der drei Falttypen praktisch nebeneinander und verlaufen zickzackförmig zueinander.

Es ist ferner festzustellen, daß die gefaltete Oberfläche des Filterelementes, das oben beschrieben wurde, ausziehbar ist und durch Falten einer anfänglich ebenen Folie erhalten werden kann.

Wenn darüber hinaus der Grad der gegenseitigen Pressung der Falten und damit die entsprechenden Faltwinkel ein für allemal für ein gegebenes rohrförmiges Filterelement in der Umfangsrichtung festgelegt ist, ist dies nicht in axialer Richtung der Fall. Es ist daher einfach, den Grad der gegenseitigen Pressung der Falten und damit die entsprechenden Faltwinkel in dieser axialen Richtung nach Wunsch zu verändern, indem man die beiden axialen Enden des Elementes in axialer Richtung einander nähert oder voneinander entfernt.

Man kann so für jeden Fall den Grad der Füllung des inneren Volumens der Filterpatrone mit Filtermaterial regulieren, derart, daß man die optimale Filtrationsausbeute erhält.

Wulste oder andere (nicht dargestellte) Erhöhungen werden vorteilhafterweise auf der Filterfolie vorgesehen, derart, daß, wenn sich die verschiedenen Blätter der Folie gegeneinanderlegen, zwischen diesen ein Abstand bleibt, der ausreichend groß ist, um eine freie Zirkulation des zu filtrierenden Mediums oder des filtrierten Mediums sicherzustellen.

Die Filterfolie besteht vorzugsweise aus Papier mit einer Stärke, die im allgemeinen zwischen 0,2 und 1,2 mm liegt, wobei diese Stärke vorzugsweise etwa 1/2 mm beträgt, d. h. zwischen 0,4 und 0,6 mm liegt.

Das Verhältnis der Durchmesser der beiden umdrehungszylinderischen Oberflächen zueinander, die das Filterelement innen und außen begrenzen, beträgt vorzugsweise etwa 3.

Auf Fig. 1 ist mit 3 eine zylindrische, mit Bohrungen versehene, metallische Trennwand bezeichnet, die sich entlang der inneren Oberfläche des Filterelementes, gegebenenfalls mit einem geringen radialen Abstand, von dessen Oberfläche erstreckt und die die axiale Erstreckung des Elementes festlegt, indem sie die beiden ringförmigen Endflanschen 2 miteinander verbindet: Diese Flanschen werden axial gegen die beiden axialen Endstücke der Trennwand 3 gedrückt.

Die Trennwand ist so ausgebildet, daß sie alle Zwischenräume zwischen den langen Schenkein des M, die Bestandteil der gefalteten Folie sind, mit dem Innenraum der Filterpatrone verbindet.

Man erhält so schließlich unabhängig von der gewählten Ausführungsform eine Filterpatrone, deren Aufbau vorstehend ausreichend beschrieben ist.

Die Patrone hat eine Reihe von Vorteilen verglichen mit bekannten Filterpatronen dieser Art, insbesondere was die erhöhte Ausbeute der Filtration für ein gegebenes Gesamtvolumen der Patrone anbelangt, was auf die hohe Dichte der "Füllung" des für das rohrförmige Filterelement zur Verfügung stehenden Gesamtvolumens aus gefaltetem Papier zurückzuführen ist.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt; sie umfaßt vielmehr die folgenden Varianten, bei denen

- die zylindrische Oberfläche, die das Filterelement 1 nach außen zu begrenzt, nicht umdrehungszylindrisch ist und als Leitlinie eine von einem Kreis abweichende geschlossene Kurve aufweist, wobei diese Kurve insbesondere elliptisch oder oval ist,

- bei denen wenigstens eine der quer verlaufenden Endflächen des Filterelementes nicht dicht von einem Flansch bedeckt wird, wobei das gewünschte Verschließen bestimmter Falten in Höhe der Oberflächen mittels nicht dargestellter Klebebänder, die in Höhe der Endabschnitte dieser Falten angeordnet sind, erfolgen kann und die Bänder getrennt gebildet oder Teil einer flachen Scheibe aus gehärtetem Klebstoff sein können, und

- bei denen das Material, aus dem die Filterfolien bestehen, nicht aus Papier besteht, sondern beispielsweise ein Vlies, ein Filz oder sogar ein Metall- oder Kunststoffblech oder selbst eine mit Bohrungen versehene Folie ist.


Anspruch[de]

Filterpatrone, die aus einem rohrförmigen Filterelement (1) besteht, das innen und außen durch zwei zylindrische Oberflächen mit parallelen Erzeugenden begrenzt wird, die zwei ebene, in Querrichtung verlaufende, ringförmige Flächen (2) miteinander verbinden, wobei das Element aus einer gefalteten Filterfolie besteht und die Kanten (A, B, C) der Falten sich längs zickzackförmig gebrochener, verschachtelter Linien erstrecken, von denen jede aus einer Reihe von Abschnitten einer Geraden mit identischen Längen besteht, die unter spitzen Winkeln (α) zwischen 60 und 90º aneinander anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Anordnung der Falten der Folie gemäß einer senkrecht zur Achse (X) der Patrone verlaufenden Ebene gesehen, in Form einer ringförmigen Aufeinanderfolge von M auftritt, die untereinander paarweise durch die Basen ihrer nebeneinanderliegenden Schenkel verbunden sind, wobei die Basen auf der Seite der Achse angeordnet sind.







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