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Dokumentenidentifikation DE202006001793U1 12.04.2007
Titel Stützkörper für Filterelemente und Filterelement hiermit
Anmelder Boll & Kirch Filterbau GmbH, 50170 Kerpen, DE
Vertreter Buschhoff-Hennicke-Althaus, 50672 Köln
DE-Aktenzeichen 202006001793
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 12.04.2007
Registration date 08.03.2007
Application date from patent application 02.02.2006
IPC-Hauptklasse B01D 29/11(2006.01)A, F, I, 20060202, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Stützkörper für Filterelemente, insbesondere für Filterkerzen für Rückspülfilter, mit zwei Endbuchsen und mehreren Stützstreben, die sich von einer Endbuchse zur anderen Endbuchse erstrecken, mit einer Öffnung in der Stirnseite wenigstens einer der Endbuchsen und mit Durchgangsöffnungen zwischen den Stützstreben für einen Fluiddurchfluß. Die Erfindung betrifft auch ein Filterelement für Filter, insbesondere für Rückspülfilter, zum Filtern von Fluiden, mit einem derartigen, an wenigstens einem Ende offenen, mittels mehrerer Stützstreben gebildeten und Durchgangsöffnungen für einen Fluiddurchtritt aufweisenden Stützkörper und mit einem den Stützkörper umgebenden und an diesem abgestützten Filtermaterial.

Im Stand der Technik sind zahlreiche Ausgestaltungen von Filterelementen bekannt. In früherer Zeit bestand das Filtermaterial aus einem Lochblech und es waren keine größeren Anforderungen an den Stützkörper zu stellen, da das Lochblech eine hohe Eigenstabilität aufwies. Um kleinere Filterfeinheiten zu erreichen, kommen vorwiegend feinmaschige Filtergewebe als Filtermaterial zum Einsatz, die aus Metall oder Kunststoff bestehen können und mit der Maschenweite die Filterfeinheit bestimmen. Zwischen der Innen- und Außenseite eines Filterelementes können allerdings erhebliche Druckunterschiede bestehen. Je flexibler daher das Filtergewebe ist, desto schwieriger ist die Abstützung des Filtergewebes bzw. Filtermittels mittels eines geeigneten Stützkörpers.

Aus der DE 43 45 412 C2 ist eine Filterkerze bekannt, deren Stützkörper mindestens drei zueinander parallele Stützkanten aufweist, die sich über die gesamte Länge der Filterkerze bzw. des Stützkörpers erstrecken. Der Stützkörper kann insbesondere ein etwa sternförmiges Querschnittsprofil haben, dessen Sternspitzen die Stützkanten bilden. Das Filtermaterial besteht aus einem über den Stützkörper gezogenen Gewebeschlauch. Aufgrund der Geometrie des Stützkörpers ergibt sich zwangsläufig eine Filterkerze mit polygonem Umfang. Durch den polygonen Umfang sinkt die zur Verfügung stehende Filterfläche des den Filterumfang bildenden Filtermaterials bzw. Filtergewebes.

Die DE 25 12 781 A1 beschreibt eine Filterkerze mit einem im wesentlichen zylindrischen Stützkörper. Der Stützkörper besteht aus mehreren, im wesentlichen parallel zur Achse der Filterkerze angeordneten metallischen Stützstäben, die am Umfang spiralförmig mit einem Stahldraht umwickelt sind. An den Kreuzungsstellen werden die Längsstreben und der spiralförmig gewindete Stahldraht miteinander verschweißt, so daß dieser Grundkörper dann einen Stützkörper für ein aufgespanntes Filtergewebe bilden kann. Der Fertigungsaufwand für entsprechende Filterkerzen ist hoch.

Aus der DE 2 005 051 ist es bekannt, den Stützkörper eines Filters mittels einer Röhre aus einem Kunststoff oder einem elastischen Material zu bilden, der mit Löchern für einen Durchtritt der zu filternden Flüssigkeit versehen ist. Die Röhre weist Außenrippen auf, um ein auf den Stützkörper aufgespanntes Filtergewebe von den Löchern zu beabstanden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stützkörper für Filterelemente bzw. Filterelemente mit entsprechenden Stützkörpern zu schaffen, die eine gute und möglichst zylindrische Abstützung eines Filtermaterials bzw. Filtergewebes bei gleichzeitig gewährleistetem guten Anströmverhalten des Filtermaterials ermöglichen bzw. aufweisen.

Diese Aufgabe wird sowohl hinsichtlich des Stützkörpers als auch hinsichtlich des Filterelementes dadurch gelöst, daß wenigstens zwei der Stützstreben helixförmig von einem Ende bzw. Endstück zum anderen Ende bzw. Endstück verlaufen, wobei eine der Stützstreben eine rechtsgängige Helix und wenigstens eine andere Stützstrebe eine linksgängige Helix bildet und die Stützstreben an ihren Kreuzungsstellen miteinander verbunden sind. Durch die Ausgestaltung des Stützkörpers mit einer gegenläufigen Doppelhelix oder Mehrfachhelix erhält der Stützkörper eine anisotrope zylindrische Stützstruktur, die eine gleichmäßige Abstützung des Filtermaterials an der äußeren Mantelfläche des Stützkörpers bewirkt. Die äußere Mantelfläche des Stützkörpers ist quasi exakt zylindrisch. Gleichzeitig werden – in Abhängigkeit von der Steigung der Helix der Stützstreben – relativ großflächige Durchgangsöffnungen zwischen den Stützstreben gebildet, die eine verhältnismäßig große Anströmfläche für das Filtermaterial freilassen. Der am Außenumfang zylindrische Stützkörper gewährleistet eine gleichmäßige Abstützung des Filtermaterials bzw. Filtergewebes.

Ein erfindungsgemäßer Stützkörper kann grundsätzlich auch bei einem Filterelement eingesetzt werden, das nur an einem Ende offen ist. Die bevorzugte Ausgestaltung umfaßt allerdings Stützkörper, die an beiden Enden offen sind und mit an den jeweiligen Stirnseiten offenen Endbuchsen versehen sind, von denen aus bzw. zwischen denen sich die Stützstreben erstrecken. Mit diesen Stützkörpern können dann beidseitig offene Filterelemente gebildet werden.

Grundsätzlich kann es ausreichend sein, daß nur zwei gegenläufig angeordnete Stützstreben den Stützkörper bilden. Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung eines Stützkörpers bzw. eines Filterelementes erstrecken sich mindestens, ggf. auch genau vier Stützstreben helixförmig von dem einen Ende bzw. Endstück zum anderen Endstück, wobei dann zwei Stützstreben eine rechtsgängige Helix und zwei weitere Stützstreben eine linksgängige Helix bilden. Bei einem Stützkörper mit Mehrfachhelix ist die Stützkonstruktion besonders vorteilhaft ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn jeweils eine linksgängige Stützstrebe und einen rechtsgängige Stützstrebe einen gemeinsamen Ursprung an einer der Endbuchsen des Stützkörpers aufweisen. Zweckmäßigerweise weisen die helixförmigen Stützstreben nicht nur denselben Innendurchmesser sondern auch zueinander die gleiche Steigung auf. Eine entsprechende Anordnung der Stützstreben führt bei vier Stützstreben zu einem Stützkörper, der am Umfang jeweils alle 90° eine Kreuzungsstelle aufweist, von der aus sich vier von den Stützstreben gebildete Teilarme zu einer nächsten, um 90° versetzt liegenden Kreuzungsstelle erstrecken. Jede Kreuzungsstelle bildet hierbei eine besonders vorteilhafte Abstützung für das Filtergewebe. Bei einer höheren Anzahl von Stützstreben können die Versatzwinkel zwischen zwei Kreuzungsstellen geringer sein.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Steigung jeder helixförmigen Stützstrebe wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise wenigstens dreimal so groß ist wie der freie Innendurchmesser des Stützkörpers, um einerseits eine hohe Dichte von Stützstreben zu erreichen, gleichzeitig jedoch großflächige Durchgangsöffnungen zwischen den Stützstreben zu schaffen. Es versteht sich, daß die Steigung der helixförmigen Stützstreben insbesondere an die Eigenstabilität bzw. Flexibilität des Filtergewebes angepaßt werden muß.

Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere zum Tragen, wenn der Stützkörper aus einem Gußteil besteht. Bei dem Gußteil kann es sich auch um ein Metallgußteil, insbesondere Stahlgußteil handeln. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht der Stützkörper allerdings aus Kunststoff, insbesondere aus einem Kunststoffgußteil, vorzugsweise aus einem Kunststoffspritzgußteil. Entsprechende Stützkörper haben ein geringes Gewicht und sind kostengünstig herstellbar und der Kunststoff kann mit hohem Spritzdruck in eine geeignete Form eingespritzt werden. Es versteht sich, daß bei einem Kunststoffgußteil der Verbund der einzelnen Stützstreben beim Urformen des Stützkörpers entsteht. Durch die gewählte Stützstruktur wird zugleich eine ausreichende Eigensteifigkeit des Stützkörpers erreicht, um auch ein im Betriebseinsatz mit großer Druckdifferenz belastetes Filtergewebe sicher und gleichmäßig abstützen zu können. Das Material für den Stützkörper kann aus zahlreichen geeigneten Kunststoffmaterialien bestehen.

Der Stützkörper kann insbesondere eine Konstruktion erhalten, bei der die Kreuzungsstellen jeweils von zwei gegensinnig verlaufenden helixförmigen Stützstreben in einer Ebene liegen. Bei vier Stützstreben ergeben sich dann jeweils um 90° versetzt Reihen von Kreuzungsstellen, die auf einer Flucht am Umfang des Stützkörpers angeordnet sind. Bei einer Ausgestaltung mit genau vier helixförmigen Stützstreben werden dann zwischen den Kreuzungsstellen der Stützstreben waben- oder pastillenförmige, in Längsrichtung des Stützkörpers gestreckte Durchgangsöffnungen für einen Fluiddurchgang ausgebildet. Das Vorsehen von in Längsrichtung des Stützkörpers gestreckten Durchgängen hat den weiteren Vorteil, daß diese insbesondere bei im Betriebseinsatz von innen angeströmten Filterkerzen in Strömungsrichtung gestreckt sind, so daß sich ein besonders günstiges Strömungsverhalten für die Strömung innerhalb jeder Durchgangsöffnung einstellt. Entsprechende in Längsrichtung des Stützkörpers gestreckte Durchgänge können daher zu einer Erhöhung der Axialströmung in der Filterkerze führen, was sich auch beim Rückspülvorgang entsprechender Filterkerzen vorteilhaft auswirken kann.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stützkörpers kann dieser zusätzlich zu den helixförmigen Stützstreben mit Längsstreben versehen sein, die parallel zur Achse des Stützkörpers bzw. Filterelementes verlaufen und die an der Mantelfläche auf einer Flucht liegende Kreuzungsstellen vorzugsweise miteinander verbinden. Es versteht sich, daß bei einem Kunststoffgußteil der Verbund der einzelnen Stützstreben und Längsstreben beim Urformen des Stützkörpers entsteht. Das zusätzliche Vorsehen von Längsstreben, die die einzelnen Kreuzungsstellen miteinander verbinden, erhöht die Stabilität des Stützkörpers in Längsrichtung, so daß beispielsweise in einem Filtereinsatz, in dem mehrere entsprechende Filterelemente aufgenommen sind, keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden müssen, um den Filtereinsatz in Längsrichtung zu stabilisieren. Die Stabilität kann hierbei ggf. ausschließlich durch die zusätzlichen Längsstreben des Stützkörpers erreicht werden.

Für die Stützstreben sind zahlreiche Stützstrebenprofile vorteilhaft einsetzbar. Ein besonders vorteilhaftes Stützstrebenprofil weist eine breitere, dem Filterelementinnenraum zugewandte Basisfläche und eine schmalere, dem Filtermaterial bzw. Filtergewebe zugewandte und dieses abstützende Stützfläche auf. Sowohl die Basisfläche als auch die Stützfläche können hierbei geringfügig gekrümmt sein, um eine zylindrische innere und äußere Mantelfläche am Stützkörper auszubilden. Beim insbesondere bevorzugten Stützstrebenprofil sind zwischen den zueinander im wesentlichen parallelen Basis- und Stützflächen gegenwinklig geneigte Querseiten ausgebildet. Eine besonders günstige Anströmung bzw. Durchströmung des Filtermaterials kann erreicht werden, wenn die Querseiten einen Winkel von etwa 58° bis 62°, vorzugsweise etwa 60° einschließen. Weiter vorteilhaft können die Querseiten über Rundungen in die Stützfläche übergehen und/oder über insbesondere spitzwinklige Ecken in die Basisfläche übergehen. Ein entsprechendes Stützstrebenprofil hat nicht nur eine hohe Eigensteifigkeit, sondern zugleich auch eine geringe Kontaktfläche mit dem Filtergewebe, so daß insgesamt die zur Verfügung stehende Anströmfläche an der außen am Stützkörper abgestützten und anliegenden Filtermaterialinnenseite hoch ist.

Weiter vorzugsweise können die Endbuchsen des Stützkörpers jeweils mit wenigstens einer angegossenen, umlaufenden Nut versehen sein. Die entsprechenden Nuten können insbesondere dann, wenn an den Endbuchsen noch Kopfendstücke angebracht werden, eine Abdichtfunktion übernehmen, indem das am Stützkörper abgestützte, vorzugsweise von einem flexiblen Filtergewebe gebildete Filtermaterialformschlüssig oder auf andere weise in die entsprechenden umlaufenden Nuten hineingepreßt wird. Weiter vorteilhaft ist, wenn die Endbuchsen mit T-förmigen, zum freien Stirnende des Stützkörpers offenen Aussparungen versehen sind.

Bei einem mit einem entsprechenden Stützkörper gebildeten Filterelement ist besonders vorteilhaft, wenn das Filtermaterial aus einem aufschrumpfbaren bzw. aufgeschrumpften Filtergewebe besteht. Hierzu geeignete Filtermaterialien bzw. Filtergewebe aus Kunststoff sind bekannt. Ferner ist vorteilhaft, wenn dann an den Endbuchsen Kopfendstücke aus Kunststoffmaterial angespritzt sind. Beim Anspritzen der Kopfendstücke kann dann zugleich das zuvor über den Stützkörper gezogene und aufgeschrumpfte Filtermaterial in den umlaufenden Nuten verankert werden. Eine zusätzliche Verankerung für die Kopfendstücke kann in den T-förmigen Aussparungen erreicht werden. Um die Fertigung entsprechender Filterelemente zu vereinfachen, ist besonders vorteilhaft, wenn die Kopfendstücke aus einem anderen Kunststoffmaterial bestehen als der Stützkörper.

Für zahlreiche Anwendungsfälle von beidseitig offenen Filterelementen und/oder von einseitig offenen Filterelementen kann der Innenraum des Stützkörpers einen konstanten freien Querschnitt erhalten, der sich vom einen Ende der Filterkerze zum anderen Ende erstreckt. Um das Rückspülverhalten von Filterelementen in automatischen Rückspülfiltern zu verbessern, kann mittig zwischen beiden Enden des Filterelementes bzw. zwischen den Endbuchsen des Stützkörpers ein Strömungsteiler angeordnet, insbesondere angegossen sein, der an seinem Umfang partiell mit den Stützstreben verbunden ist. Ein derartiger Strömungsteiler kann das Rückspülverhalten der Filterelemente insbesondere dann verbessern, wenn die Rückspülfilter, in denen entsprechende Filterelemente oder Filterkerzen zum Einsatz kommen, für jedes der Filterelementenden ein Rückspülglied aufweisen, so daß die Filterelemente gegensinnig und zeitversetzt rückgespült werden können. Der Verfahrensablauf beim Rückspülen entsprechender Filterelemente ist dergestalt, daß zu einem Zeitpunkt, zu dem eines der Enden der Filterelemente an ein Rückspülglied angeschlossen ist, das andere Ende des Filterelementes gerade offen ist. Entsprechende Rückspülfilter sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, auf den zur Vervollständigung der Offenbarung verwiesen wird.

Eine insbesondere bevorzugte Ausgestaltung eines entsprechenden Strömungsteilers umfaßt ein zylindrisches Mittelteil und zwei ausgehend von dem Mittelteil sich konisch verjüngende Endteile. Mit den Endteilen kann mit dem Strömungsteiler eine gerichtete Strömung entlang des Innenumfangs des Stützkörpers und damit entlang der Innenseite des auf den Stützkörper aufgezogenen Filtermaterials im Rückspülbetrieb erreicht werden, die das Abreinigungsverhalten im Rückspülbetrieb insbesondere in der Filterelementmitte erheblich verbessert. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der Strömungsteiler über angegossene Radialstreben mit den Stützstreben verbunden ist. Durch die Radialstreben entstehen zwischen dem Mittelteil und dem Innenumfang des Stützkörpers schlitzförmige Durchlässe für eine gerichtete Reinigungsströmung im Rückspülbetrieb. Bei den aus Kunststoff, insbesondere Kunststoff-Spritzgußteilen gebildeten Filterelementen ist dabei besonders vorteilhaft, daß die Strömungsteiler unmittelbar beim Herstellvorgang angegossen werden können.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Stützkörpern bzw. erfindungsgemäßen Filterelementen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

1 teilweise aufgebrochen, einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Filterelement mit angegossenen Kopfendstücken und einem Stützkörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

2 perspektivisch den Stützkörper des Filterelementes gemäß 1;

3 in vergrößerter Darstellung und in Schnittansicht die beiden Endbuchsen des Stützkörpers gemäß 2 mit den sich hieran anschließenden helixförmigen Stützstreben;

4 in einer Detailansicht ein entzerrtes Stützstrebenprofil;

5 in Schnittansicht, teilweise aufgebrochen, ein Filterelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

6 eine Seitenansicht des Stützkörpers beim Filterelement gemäß 5;

7 eine Schnittansicht entlang VII-VII in 6;

8 eine Schnittansicht entlang VIII-VIII in 6; und

9 eine Detailansicht des Strömungsteilers beim Filterelement gemäß 5.

In 1 ist insgesamt mit Bezugszeichen 50 ein Filterelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Das Filterelement 50 umfaßt einen einteiligen und aus einem Spritzgußteil oder glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellten Stützkörper 10, der im wesentlichen an seinen beiden Enden stirnseitig mit Öffnungen 1 versehene, integral angeformte Endbuchsen 2 aufweist, die mittels wiederum integral angeformter und helixartig von der oberen zur unteren Endbuchse 2 verlaufenden Stützstreben 3 bzw. 4 verbunden sind. Wie bereits aus 1 gut ersichtlich ist, kreuzen sich die Stützstreben 3 bzw. 4 an jeder zweiten Kreuzungsstelle 5, da insgesamt zwischen den beiden Endbuchsen 2 vier Stützstreben 3 bzw. 4 verlaufen, von denen zwei eine rechtsgängige Helix 3 und die beiden anderen eine gegensinnige linksgängige Helix 4 bilden. In 1 haben die beiden gegensinnigen Stützstreben 3, 4 an der oberen Endbuchse 2 einen gemeinsamen Ursprung 6 und das zweite Paar von Stützstreben hat ebenfalls einen gemeinsamen Ursprung auf der um 180° versetzt liegenden, in 1 nicht dargestellten vorderen Hälfte des Stützkörpers 10. Da der Stützkörper 10 aus einem Kunststoff-Spritzgußteil besteht, bilden die Kreuzungsstellen 5 angegossene und integral ineinander übergehende Knoten.

Bei der Filterkerze 50 im Ausführungsbeispiel gemäß 1 stützt sich an der äußeren Mantelfläche des Stützkörpers 10 ein Filtergewebe 11 aus vorzugsweise flexiblem und schrumpfbarem Kunststoffmaterial ab, welches eine für das Filterelement 50 geeignete und gewünschte Filterfeinheit bzw. Maschenweite hat. Als Filtergewebe 11 kann im wesentliche jede Art von Filtermaterial oder Siebmaterial, welches am Stützkörper 10 angelegt und abgestützt werden kann, verwendet werden und anstelle von Filtergeweben können auch Vliesmaterialien, Siebgewebe, Gewirke oder andere Filtermaterialien verwendet werden. Wie unter Bezugnahme auf die 2 bis 4, in denen der Stützkörper im einzelnen dargestellt ist, noch erläutert werden wird, hat der Stützkörper 10 sowohl am Außenumfang als auch am Innenumfang eine äußerst gleichmäßige zylindrische Mantelfläche und durch die kreuzweise Verstrebung der helixförmig und gegensinnig umlaufenden Radialstreben 3, 4 wird eine gleichmäßige Abstützung des Filtergewebes 11 am Stützkörper 10 erreicht. Beim Filterelement 50 erstreckt sich das Filtergewebe 11 endseitig über den Ursprung 6 der Radialstreben 3 bzw. 4 hinaus im wesentlichen bis zu den Stirnenden 7 der beiden Endbuchsen 2. Beide Endbuchsen 2 sind hierbei etwa mittig mit einer umlaufenden Nut 8 versehen. Gleichzeitig weisen beide Endbuchsen 2 jeweils eine T-förmige und zu den Stirnseiten 7 offene Aussparung 9 auf, in die beispielsweise während des Fertigungsprozesses Handhabungswerkzeuge od.dgl. eingreifen können. Entsprechende Werkzeuge können beispielsweise die Entformung des gegossenen Stützkörpers 10 aus einer geeigneten, mehrteiligen Gußform unterstützen.

Beim Filterelement 50 sind an der Außenseite beider Endbuchsen 2 unter Zwischenlage des Filtermaterials 11 jeweils Kopfendstücke 12 bzw. 13 angespritzt, mit denen die Filterelemente 50 in Aufnahmen oder Siebblechen von Filtern, insbesondere Rückspülfiltern abgedichtet eingesetzt werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel haben die beiden Kopfendstücke 12 und 13 eine geringfügig unterschiedliche Geometrie, damit die Filterkerze 50 in einer Richtung demontiert werden kann, ohne einen Filtereinsatz od.dgl. vollständig auseinanderbauen zu müssen. Die beiden angespritzten Kopfendstücke 12 bzw. 13 bestehen vorzugsweise aus einem anderen Kunststoffmaterial als das Filtergewebe 11 und als der Stützkörper 10. Für eine abgedichtete Montage der Filterelemente 50 in einem Filtereinsatz oder einem Filter sind die Kopfendstücke 12, 13 mit angegossenen Nuten versehen, in denen im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein O-Ring 14 eingesetzt ist.

Der Aufbau des Stützkörpers 10 wird nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 näher erläutert. Insbesondere aus der perspektivischen Ansicht in 2 ist gut ersichtlich, daß sich, ausgehend von dem in 2 unteren und stirnseitig mit einer Öffnung 1 versehenen Endstück 2 jeweils zwei Paare von gegensinnig gewendelten Stützstreben 3 bzw. 4 zum oberen Endstück 2 hin erstrecken. Die Paare von Stützstreben können an beiden Endbuchsen 2 jeweils einen gemeinsamen Ursprung 6 aufweisen. Die an der oberen Hälfte der unteren Endbuchse 2 beginnenden Radialstreben 3, 4 kreuzen sich an jeweils jeder zweiten Kreuzungsstelle 5 der oberen bzw. unteren Mantelfläche des Stützkörpers 10, während die beiden dazwischenliegenden Kreuzungsstellen von den an der hinteren Mantelfläche beginnenden helixförmig verlaufenden Radialstreben 3 bzw. 4 gebildet werden. Bei insgesamt zwei Paaren von gegenläufigen Radialstreben 3, 4, mithin insgesamt vier Radialstreben 3 bzw. 4, ergeben sich jeweils um 90° auf der Mantelfläche versetzt liegende Kreuzungsstellen 5, von denen aus jeweils kreuzförmig vier Teilarme zur nächsten Kreuzungsstelle, die um 90° versetzt an der Manteloberfläche ausgebildet ist, verlaufen. Mit diesen kreuzförmig verlaufenden Stützarmen wird eine sehr gleichmäßige Abstützung eines an der Außenfläche der Radialstreben 3 bzw. 4 anliegenden Filtergewebes, wie in 1 gezeigt, erreicht. Jeweils zwei ein Paar bildende Radialstreben 3, 4 weist Kreuzungsstellen 5 an der Vorder- und Rückseite auf, die in einer Teilungsebene des Stützkörpers 10 liegen. Gleichzeitig begrenzen die gegensinnig und helixartig umlaufenden Radialstreben 3, 4 zwischen sich relativ großflächige Durchgangsöffnungen 15, die, wie insbesondere die 1 und 3 zeigen, in Längsrichtung des Stützkörpers 10 gestreckt sind. Ein durch die Öffnungen 1 in den Endbuchsen 2 eintretendes oder ausströmendes Fluid strömt mithin in Richtung der Längsstreckung der entsprechenden waben- oder pastillenförmigen Durchgangsöffnungen 15, wodurch sich ein gutes Strömungsverhalten entlang der Längsachse L des Stützkörpers 10 und damit auch eines mit diesem gebildeten Filterelementes ergibt. Es versteht sich, daß zu allen Seiten hin entsprechende Durchgangsöffnungen 15 für das Fluid ausgebildet sind.

Die Steigung der Helix einer Radialstrebe 3 oder 4 entspricht dem Abstand zwischen jeder zweiten Kreuzungsstelle 5 und die Steigung ist in 3 mit Bezugszeichen P bezeichnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steigung P annähernd 3,2 mal so groß wie der freie Innendurchmesser DI der Öffnung 1 in der Endbuchsen 2 bzw. zwischen den Innenflächen der Radialstreben 3 bzw. 4. Gleichzeitig haben sämtliche Radialstreben 3 bzw. 4 die gleiche Steigung, den gleichen Innendurchmesser DI und den gleichen Außendurchmesser. Das Verhältnis Gesamtlänge der Filterelemente zu Innendruchmesser kann > 20 sein, da sich der Stützkörper aufgrund der Stützstrebenstruktur mit Doppel- bzw. Mehrfachhelix bestens zum Bilden von langen, schmalen Filterelementen eignet.

Alle Stützstreben 3 bzw. 4 haben außerdem das gleiche Strebenquerprofil, welches in entzerrter Darstellung in 4 im Detail dargestellt ist. In 4 ist das Strebenquerprofil beispielhaft an der Stützstrebe 3 dargestellt. Jede Stützstrebe 3 hat eine breitere Basisfläche 21, welche dem Innenraum des Stützkörpers zugewandt ist, sowie eine gegenüber dieser deutlich schmalere Stützfläche 22, an welchem sich das Filtergewebe im Montagezustand anlegt und welches mithin die äußere Mantelfläche des Stützkörpers bildet. Sowohl die Basisfläche 21 als auch die Stützfläche 22 sind am Stützkörper 10 geringfügig gewölbt und nur in der entzerrten Darstellung gemäß 4 eben. Die Stützfläche 22 geht hierbei über deutlich ausgeprägte Rundungen 23 in gegenwinklig geneigte Querseiten 24 über, die gemeinsam einen Winkel von hier 60° einschließen. Der Übergang der Querseiten 24 zur Basisfläche 21 erfolgt spitzwinklig. Ein entsprechendes Strebenprofil ist äußerst günstig für die Anströmung des an der Mantelfläche eines Stützkörpers aufgespannten Filtergewebes, da nur geringe Zonen des Filtergewebes nicht mit dem zu filternden Fluid in Berührung kommen.

Die 5 bis 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Filterelement 150 mit einem Stützkörper 110. Funktionsgleiche Bauteile wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel sind mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Auch beim Filterelement 150 weist der Stützkörper 110 jeweils Stützstreben 103, 104 auf, die gegenläufige Doppelhelixe bilden. Die Steigung jeder Helix und das Strebenquerprofil der Stützstreben 103, 104 ist im wesentlichen identisch wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel und auch der Stützkörper 110 besteht vorzugsweise aus einem Spritzgußteil aus Kunststoff. An der Mantelfläche des Stützkörpers 110 stützt sich wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel ein vorzugsweise aus einem aufgeschrumpften Filterstrumpf 111 gebildetes Filtermaterial ab, das mit zwei angespritzten Kopfendstücken 112 bzw. 113 an den Endbuchsen 102 des Stützkörpers 110 abgedichtet befestigt ist.

Zur Stabilisierung des Stützkörpers 110 erstreckt sich zusätzlich zu den helixförmigen Stützstreben 103, 104 jeweils um 90° versetzt eine Längsstrebe 130, die nicht nur eine zusätzliche Abstützung für das Filtergewebe 111 bildet sondern auch die Kreuzungsstellen 105 der Radialstreben 103, 104, welche fluchtend auf einer Linie liegen, miteinander verbindet. Selbst mit vergleichsweise leichtem oder dünnem Kunststoffmaterial kann hierdurch ein äußerst biege- und zugsteifer Stützkörper 110 gebildet werden, dessen Manteloberfläche aufgrund der gegensinnigen Doppelhelixe eine gleichmäßige zylindrische Abstützung des Filtergewebes 111 ermöglicht. Daß die insgesamt vier Längsstreben 130 die gegensinnigen, helixförmig aufgerichteten Radialstreben 103 und 104 in deren Kreuzungsstellen 105 schneiden, ist besonders gut aus den 6 und 7 ersichtlich. Die Durchgangsöffnungen 115 sind zwar wiederum in Längsrichtung des Stützkörpers gestreckt. Aufgrund der Längstreben 130 haben die Durchgangsöffnungen 115 allerdings im wesentlichen eine spitzwinklige dreieckige Form.

Als weitere Besonderheit ist beim Stützkörper 110 des Filterelementes 150 mittig zwischen den beiden Enden des Filterelementes 150 bzw. den Endbuchsen 102 des Stützkörpers 110 ein Strömungsteiler 160 integral beim Urformen des Stützkörpers 110 ausgebildet. Filterelemente 150 mit einem Strömungsteiler 160 sind insbesondere für Rückspülfilter vorgesehen, bei denen eine Anströmung des Innenraums des Stützkörpers 110 und damit des Innenraums des Filterelementes 150 über beide Enden des Filterelementes 150 erfolgen kann, wobei zur intervallweisen Reinigung der Filterelemente 150 kurzfristig ein Filterelement zeitversetzt und wechselseitig an eine Schlammablaßleitung angeschlossen wird, um das Filtergewebe 111 im Gegenstrom zur Filtrierrichtung abzureinigen. Durch das Zusammenspiel des gegensinnigen, wechselweise Rückspülens mit einem mittig angebrachten Strömungsteiler 160 kann hierbei der Rückspülstrom jeweils im wesentlichen auf eine Hälfte der Filterelemente 150 beschränkt werden. Die Ausgestaltung des angegossenen Strömungsteilers 160 wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 8 und 9 erläutert.

Insbesondere 9 zeigt, daß der integral angeformte Strömungsteiler 160 einen Mittelteil 161 aufweist, von dem aus sich zwei Endteile 162 in den Innenraum 117 des Stützkörpers erstrecken. Die beiden Endteile 162 verjüngen sich zu ihren freien Enden hin konisch. Der Verjüngungswinkel beider Endteile 162 an deren Außenumfang kann beispielsweise 15° betragen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Endteile 162 zusätzlich mit kegeligen Sacklöchern 163 versehen. Wie insbesondere aus 8 ersichtlich ist, ist der Mittelteil 161 des Strömungsteilers 160 über vier Radialstreben 164 mit zwei Kreuzungsstellen 105 sowie zwei der Längsstreben 130 in einer Weise verbunden, daß der Außenumfang 161' des Mittelteils 161 von der Innenmantelfläche 110' des Stützkörpers beabstandet ist. Hierdurch entstehen nahe der inneren Mantelfläche 110' des Stützkörpers und damit auch nahe des an der äußeren Mantelfläche des Stützkörpers aufgespannten Filtergewebes ringsegmentförmige Schlitze 167, durch die im Rückspülbetrieb eine Reinigungsströmung, die parallel zum Filtergewebe ausgerichtet ist, von der einen Hälfte des Filterelementes zur anderen Hälfte des Filterelementes überströmen kann. Diese Radialströmung bewirkt eine zusätzliche Abreinigung des Filtergewebes nahe der Filterelementmitte mit hoher Strömungsgeschwindigkeit im Querstrom, wodurch die Abreinigung entsprechender Filterelemente zusätzlich verbessert ist.

Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. Ferner ist ersichtlich, daß die Steigung der helixförmigen Stützstreben über weite Bereiche variiert werden kann. Außerdem ist für den Fachmann ersichtlich, daß ein Strömungsteiler auch bei dem Filterelement gemäß der ersten beschriebenen Ausgestaltung angespritzt werden könnte. Auch für die Materialien bestehen zahlreiche Modifikationen. Die bevorzugte Ausgestaltung beschreibt aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Spritzgußmaterial bestehende Stützkörper. Es wäre jedoch auch möglich, entsprechende Stützkörper aus Metall herzustellen. Sämtliche helixförmigen Stützstreben haben vorzugsweise die gleiche Steigung, um über die gesamte Länge des Filterelementes eine gleichmäßige Abstützung des Filtergewebes zu erreichen. Unter Umständen könnte jedoch auch die Steigung in bestimmten Zonen variieren, was insbesondere bei einem Kunststoffspritzgußteil problemlos herstellbar wäre.


Anspruch[de]
Stützkörper für Filterelemente, insbesondere Filterkerzen für Rückspülfilter, mit zwei Endbuchsen und mehreren Stützstreben, die sich von einer Endbuchse zur anderen Endbuchse erstrecken, mit einer Öffnung in der Stirnseite wenigstens einer Endbuchse und mit Durchgangsöffnungen zwischen den Stützstreben für einen Flüssigkeitsdurchfluß, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Stützstreben (3, 4; 103, 104) helixförmig von der einen Endbuchse (2; 102) zur anderen Endbuchse (2; 102) verlaufen, wobei eine der Stützstreben (3; 103) eine rechtsgängige Helix und die andere Stützstrebe (4; 104) eine linksgängige Helix bildet und die Stützstreben (3, 4; 103, 104) an ihren Kreuzungsstellen (5; 105) miteinander verbunden sind. Filterelement für Filter, insbesondere Rückspülfilter, zum Filtern von Fluiden, mit einem an wenigstens einem Ende offenen, mittels mehrerer Stützstreben gebildeten und Durchgangsöffnungen für einen Fluiddurchfluß aufweisenden Stützkörper und mit einem den Stützkörper umgebenden und an diesem abgestützten Filtermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Stützstreben (3, 4; 103, 104) helixförmig von einem Ende zum anderen Ende verlaufen, wobei eine der Stützstreben (3; 103) eine rechtsgängige Helix und die andere Stützstrebe (4; 104) eine linksgängige Helix bildet und die Stützstreben an ihren Kreuzungsstellen (5; 105) miteinander verbunden sind. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (10; 110) an beiden Enden mit an der Stirnseite offenen Endbuchsen (2; 102) versehen ist, von denen aus sich die Stützstreben (3, 4; 103, 104) erstrecken. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich vier Stützstreben (3, 4; 103, 104) helixförmig von der einen Endbuchse (2; 102) zur anderen Endbuchse (2; 102) erstrecken, wobei zwei Stützstreben eine rechtsgängige Helix und zwei weitere Stützstreben eine linksgängige Helix bilden. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine linksgängige Stützstrebe (4) und eine rechtsgängige Stützstrebe (3) einen gemeinsamen Ursprung (6) an wenigstens einer der Endbuchsen (2) des Stützkörpers (10) aufweisen. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die helixförmigen Stützstreben (3, 4; 103, 104) zueinander die gleiche Steigung aufweisen. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung jeder helixförmigen Stützstrebe wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise wenigstens dreimal so groß ist wie der freie Innendurchmesser (DI) des Stützkörpers (10). Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper aus einem Gußteil besteht. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (10; 110) aus Kunststoff, insbesondere aus einem Kunststoffgußteil, vorzugsweise aus einem Kunststoff-Spritzgußteil besteht. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial aus einem flexiblen Filtergewebe besteht. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzungsstellen (5; 105) jeweils von zwei gegensinnig verlaufenden helixförmigen Stützstreben (3, 4; 103, 104) in einer Ebene liegen. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kreuzungsstellen (5; 105) der Stützstreben (3, 4) waben- oder pastillenförmige, in Längsrichtung des Stützkörpers (10) gestreckte Durchgangsöffnungen (15) für einen Fluiddurchgang ausgebildet sind. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (110) zusätzlich zu den helixförmigen Stützstreben (103, 104) mit Längsstreben (130) versehen ist, die parallel zur Achse des Stützkörpers (110) verlaufen und die Kreuzungsstellen (105) miteinander verbinden. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützstrebe ein Stützstrebenprofil mit einer breiteren, dem Innenraum zugewandten Basisfläche (21) und einer schmaleren, dem Filtergewebe zugewandten und dieses abstützenden Stützfläche (22) aufweist. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützstrebe zwischen den zueinander parallelen Basis- und Stützflächen (21, 22) gegenwinklig geneigte Querseiten (24) aufweist. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Querseiten (24) einen Winkel von etwa 58° bis 62°, vorzugsweise etwa 60° einschließen. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Querseiten (24) über Rundungen (23) in die Stützfläche (22) übergehen und/oder über vorzugsweise spitzwinklige Ecken in die Basisfläche (21) übergehen. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbuchsen (2) mit wenigstens einer angegossenen, umlaufenden Nut (8) versehen sind. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbuchsen (2) mit T-förmigen, zum freien Stirnende des Stützkörpers offenen Aussparungen (9) versehen sind. Filterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergewebe (11, 111) aus einem aufgeschrumpften Filtermaterial besteht. Filterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an den Endbuchsen (2; 102) Kopfendstücke (12, 13) aus Kunststoffmaterial angespritzt sind. Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfendstücke (12, 13) aus einem anderen Kunststoffmaterial bestehen als der Stützkörper. Stützkörper oder Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mittig zwischen beiden Enden ein Strömungsteiler (160) angegossen ist, der an seinem Umfang partiell mit den Stützstreben (103, 104) und/oder Längsstreben (130) verbunden ist. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (160) über angegossene Radialstreben (166) mit den Kreuzungsstellen (105) und/oder Längsstreben (130) verbunden ist. Stützkörper oder Filterelement nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (160) ein zylindrisches Mittelteil (161) und zwei konisch sich verjüngende Endteile (162) aufweist.






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