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Dokumentenidentifikation DE102004061078B4 06.09.2007
Titel Filterbauteil
Anmelder Hydac Filtertechnik GmbH, 66280 Sulzbach, DE
Erfinder Schwender, Matthias, 66459 Kirkel, DE;
Lange, Sören, 68775 Ketsch, DE;
Koch, Edwin, 66636 Tholey, DE;
Lehmann, Ute, 66583 Spiesen-Elversberg, DE
Vertreter Bartels & Partner, Patentanwälte, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 18.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004061078
Offenlegungstag 29.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse B01D 29/21(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Filterbauteil, insbesondere für ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dahingehende Filterelemente in Form eines Filterzylinders, der aus einer Folge von nebeneinanderliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Falten von Filtermaterial, als Strukturlage eines Filterbauteils gebildet ist, sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen dem Fachmann bekannt, und auf dem Markt frei erhältlich. Das gefaltete Filtermaterial, das man in der Fachsprache auch mit Filtermatte bezeichnet, erstreckt sich innerhalb des Zwischenraumes zwischen einem vom Filterelement umgebenen, inneren fluiddurchlässigen Stützrohr, und einer äußeren Mantelfläche derart, dass die längsverlaufenden, radial außenliegenden Faltenrücken an die äußere Mantelfläche angrenzen, wobei ein Teil der Falten mit ihren längsverlaufenden, radial innenliegenden Faltenrücken an das Stützrohr angrenzt.

Filterelemente der vorstehend genannten Art (vgl. auch WO 00/40319 A1) sind handelsüblich und finden beispielsweise bei Hydraulikanlagen, in von Hydraulikölen durchströmten Systemzweigen, verbreitete Anwendung. Die bekannten Filterelemente sind hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit und der Stabilität des für die Filterleistung maßgebenden &bgr;-Wertes auch bei hohen Durchflußleistungen zufriedenstellend ausgelegt, und etwaig auftretenden Verformungen der Falten (Beulen) versucht man zu begegnen, in dem man zwischen Faltenlagen größerer Höhe, Faltenlagen geringerer Höhe einbringt (vgl. WO 2004/041407 A1) und/oder im Bereich der Verbindungsstelle der Filtermattenenden wird eine wirksame Anordnung gegen die möglichen Verformungen vorgesehen, in dem man die gemeinsame Verbindungsstelle nach innen in den Filterelementzylinder ragen läßt.

Ausgehend von den eingesetzten Filtermateriallagen und deren Filtereigenschaften wie Differenzdruck-Stabilität, Beta-Stabilität, Filterfeinheit in Abhängigkeit der Reinheitsklasse, Schmutzaufnahmekapazität, Lang-Standzeitverhalten etc. lassen sich eine Vielzahl an Filtrationsaufgaben in der Hydraulik lösen, und zwar ausgehend von der Feinstfiltration über die Feinfiltration bis zur Grobfiltration bei unterschiedlichsten Durchflußleistungen und unterschiedlichsten Verschmutzungsgraden, sowie Fluidqualitäten; allein verschiedene Filtereigenschaften oder verschiedene Filterparameter mit dem einen Filtervlies oder der einen Filtermatte als Filterbauteil bei einem einzelnen Filterelement abzudecken, ist mit den bekannten Lösungen nicht möglich.

Durch die DE 697 19 580 T2 ist ein gattungsgemäßes Filterbauteil, insbesondere für ein Filterelement, bekannt mit mindestens einer ersten Strukturlage mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung und vorgebbaren Filtereigenschaften, wie der Filterfeinheit, wobei auf einer der Oberseiten der ersten Strukturlage oder zwischen diesen mindestens eine weitere vorgebbare Filtereigenschaften aufweisende Strukturlage vorhanden ist, deren vorgebbare Flächenausdehnung verschieden ist von der Flächenausdehnung der ersten Strukturlage, und wobei alle Strukturlagen im Filterelement ein gemeinsames Abschlußende aufweisen, von wo aus sie sich mit ihren unterschiedlichen Längen (L, x) weg erstrecken. Die bekannte Lösung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer dahingehenden Strukturlage. Bei dem bekannten Filterbauteil wird mittels eines Walzenpressverfahrens aus einer wässrigen Suspension die erste Strukturlage hergestellt sowie eine zweite Strukturlage, die mittels Kalanderwalzen in die Ebene der ersten Strukturlage unter Herstellen eines Verbundes verpresst ist. Die derart erhaltenen beiden, fest miteinander verbundenen Strukturlagen lassen sich im Verbund in vorgebbare Streifenlängen unterteilen, wobei bei einer Ausführungsform alle eingesetzten Strukturlagen im Filterelement ein gemeinsames Abschlußende, bezogen auf eine der beiden Endkappen des Filterelementes aufweisen, von wo aus sie sich mit ihren unterschiedlichen Längen wegerstrecken. Das bekannte Herstellverfahren gestaltet sich aufwendig und durch das Ineinanderverpressen der Strukturlagen können die Filtereigenschaften negativ beeinflußt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Filterbauteil, insbesondere für ein Filterelement, zu schaffen, das unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösungen dahingehend weiter optimiert ist, dass es in kostengünstiger Weise realisierbar ist und dass die übereinanderliegenden Strukturlagen sich für eine wirksame Filtration gegenseitig nicht negativ beeinflußen.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das dem Abschlußende gegenüberliegende freie Ende der jeweils weiteren Strukturlage durch den Fluiddruck an den jeweils anderen Strukturlagen gehalten ist, sind die einzelnen Strukturlagen zu ihrem freien Ende hin lose aneinandergelegt und der dahingehende Aneinanderhalt oder die Aneinanderanlage wird ausschließlich durch den Fluiddruck des zu filtrierenden Fluids im Betrieb des Filterelementes sichergestellt. Da die Strukturlagen mithin nur an einem Ende festzulegen sind, ist insoweit der Herstellaufwand für den Erhalt des Filterbauteils reduziert und durch die lose Aneinanderlage können sich die Strukturlagen von ihren Filtrationseigenschaften her nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen. Sollte aufgrund der hieraus resultierenden Spaltbildung ein Eindringen von Verschmutzungspartikeln zwischen die Strukturlagen in Form der Haupt- und Vorfilterlage ungewollt dennoch erfolgen, ist dies unkritisch, da die Hauptabreinigung über den Hauptfilter als erste Strukturlage sichergestellt ist.

Der Hauptfilter kann dann derart von der Fluiddurchlässigkeit her konzipiert sein, dass er hohe Fluidmengen durchläßt bei akzeptabler Schmutzaufnahmekapazität, die durch eine höhere Filterfeinheit des Vorfilters verbesserbar ist, mit der Folge, dass bei einem sogenannten Kaltstart der hydraulischen Anlage, wenn das zu filtrierende Fluid noch kalt und entsprechend zähflüssig (hochviskos) ist, der Hauptfilter wenig Durchflußwiderstand bietet und der Vorfilter mit Teilen des Hauptfilters zusammen die gewünschte Schmutzaufnahmekapazität sicherstellt.

Die dahingehende Unterteilung in Haupt- und Vorfilter, die sich aus einer unterschiedlichen Flächenausdehnung der einzelnen Strukturlagen ergibt, darf nicht verwechselt werden mit etwaig bekannten Zweistufenfilterelementen, da die dabei vollflächig übereinanderliegenden Strukturlagen in Summe dann eben nur eine definierte Filtereigenschaft ergeben, beispielsweise eine vorgebbare Filterfeinheit bezogen auf den Gesamtfilter. Hiervon hebt sich konträr das erfindungsgemäße Filterbauteil ab, dass aufgrund der unterschiedlichen Flächenausdehnung der Strukturlagen mit vorgebbaren Filtereigenschaften eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten offen läßt, um unterschiedliche an einen Filter geforderte Filtereigenschaften miteinander zu kombinieren, beispielsweise hohe Abscheideraten (&bgr;-Werte) bei unterschiedlichsten Differenzdrücken des zu filtrierenden Fluids oder die Abfiltrierung bestimmter Fluidanteile eines zu filtrierenden Fluids, die nur von der Vorfilterlage erfassbar sind, wobei der Hauptstrom an Fluid ansonsten von dem Hauptfilter filtriert wird. Dergestalt lassen sich in Hydraulickreisläufen bei Mehrfachumläufen gute Abreinigungsergebnisse an den speziell abzuscheidenden Partikeln über das Vorfilter erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterbauteiles können mehrere Strukturlagen in Nebeneinander- und/oder Übereinanderanordnung das Gesamtfilter bilden, so dass sich dergestalt eine Vielzahl von unterschiedlichen Eigenschaften mit nur einem Filterelement erreichen lassen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispieles nach der Zeichnung das Strukturbauteil näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

1 in teilweise aufgeschnittener Darstellung den oberen Teil eines Filterelementes;

2 in perspektivischer Draufsicht das Filterbauteil bestehend aus einem Hauptfilter und einem darüberliegenden Vorfilter,

3 ein Filterbauteil mit drei Strukturlagen, wobei die dritte Strukturlage teilweise die zweite Strukturlage überdeckt, sowie die darunterliegende erste Strukturlage.

Das in der 1 teilweise dargestellte Filterelement wie es zum Stand der Technik zählt, weist als Filterbauteil eine Filtermatte 10 als erste Strukturlage mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung und vorgebbaren Filtereigenschaften auf. Die dahingehende Filtermatte kann zylindrisch ausgebildet sein oder wie in der 1 dargestellt plissiert sein mit einzelnen Filterfalten 12, die in dichter Packungsfolge sich zwischen einem inneren fluiddurchlässigen Stützrohr 14 erstrecken, sowie zwischen einem äußeren zylindrischen Gehäusemantel 16, der gleichfalls fluiddurchlässig ist. Der besseren Darstellung wegen sind die einzelnen Filterfalten teilweise auseinandergezogen dargestellt, und der Einzellagenaufbau der plissierten Filtermatte 10 ergibt sich aus der dem Betrachter zugewandten Teildarstellung.

Bei dahingehend aufgebauten Filterelementen besteht die Filtermatte 10 üblicherweise aus einer ersten Lage Stützgewebe 18, einer zweiten Lage 20 als Schutzvlies, einer dritten Lage 22 als Hauptvlies; gegebenenfalls einer weiteren nicht näher dargestellten Lage eines sich anschließenden Schutzvlieses und jedenfalls einer vierten Lage 24 eines erneuten innenumfangseitig verlaufenden Stützgewebes 24. Die genannten Stützgewebe 18, 24 können aus einem Drahtgewebe, einem Kunststoffgitter oder einem Kunststoffgewebe bestehen. Die Schutzvlieslagen 20 bestehen regelmäßig aus einem Kunststoffvlies und die Hauptvlieslage 22 besteht aus Materialien wie Glasfaserpapier, synthetischem Filtermaterial (Meltblown-Fasern), sowie Zellulosepapier. Die genannten Lagen können auch aus sogenannten Composite-Materialien gleicher oder verschiedener Art aufgebaut sein. Der dahingehende Aufbau ist bei hydraulischen Filterelementen üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr weiter eingegangen wird.

Die Filtermatte 10 als Filterbauteil weist in Abhängigkeit ihres Lagenaufbaues und der jeweils eingesetzten Filtermaterialien vorgebbare Filtereigenschaften auf, die sich an der Filtrationsaufgabe orientieren, wobei grundsätzlich eine hohe Differenzdruckstabilität gewünscht ist, ebenso wie eine hohe Beta-Stabilität über einen weiten Differenzdruckbereich, vorgebbare Filterfeinheiten für alle Reinheitsklassen, große Schmutzaufnahmekapazitäten, sowie lange Standzeiten bei gegebenenfalls kleiner Baugröße.

In Blickrichtung auf die 1 gesehen wird bei der bekannten Lösung die Filtermatte 10 von außen nach innen durchströmt, und stützt sich dergestalt innenumfangseitig mit ihren dahingehenden Faltenumlenkungen am Außenumfang des Kunststoff-Stützrohres 14 mit seinen ringförmigen Durchlässen ab. Die Filtermattenenden sind jeweils in einer Endkappe aufgenommen, wobei in der 1 nur die obere Endkappe 26 dargestellt ist, die im übrigen ein federbelastetes Bypassventil 28 umfasst, das aus Sicherheitsgründen einen Fluiddurchlaß ermöglicht, auch wenn die Filtermatte 10 von Verschmutzungen zugesetzt ist.

Die Hauptfilterlage 22 mit ihren einzelnen Filterfalten 12 ist abgewickelt und in einer Ebene liegend dargestellt, sowie in der 2 in perspektivischer Draufsicht gezeigt. Dergestalt erstreckt sich die Hauptfilterlage 22 als erste Strukturlage mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung und mit einer vorgebbaren Länge (L) in der Art eines Längsstreifens. In Blickrichtung auf die 2 gesehen, erstreckt sich auf der Oberseite der ersten Strukturlage 22 eine weitere zweite Strukturlage 30 in der Art eines Vorfilters mit einer vorgebbaren Länge (x), die kleiner ist als die Hauptlänge (L) des Hauptfilters 22, beispielsweise nur einem Drittel oder einem Viertel der dahingehenden Hauptlänge (L) entspricht. Ansonsten ist die weitere zweite Strukturlage 30 als Vorfilter gleichfalls streifenförmig ausgebildet und folgt mit ihren Falten 32 der Faltenanordnung an Falten 12 des Hauptfilters 22 nach. Erstreckt sich die zweite Strukturlage 30 in Blickrichtung auf die 2 gesehen am unteren Fußende der ersten Strukturlage 22, vereinfacht dies die Anbindung in die gemeinsame Endkappe 26 und das freie Ende der Strukturlage 30kann dann auf der Oberseite der ersten Strukturlage 22 einfach unter Bildung eines Spaltes anliegen, wobei die Stützgewebe 18 und 24, die die beiden Lagen 22, 33 vorzugsweise beidseitig umfassen, den Aneinanderhalt sicherstellen und/oder die Aneinanderanlage wird durch den Fluiddruck des zu filtrierenden Fluids im Betrieb des Filterelementes sichergestellt. Sollte aufgrund der Spaltbildung ein Eindringen von Verschmutzungspartikeln zwischen die Haupt- und Vorfilterlage erfolgen, ist dies unkritisch, da die Hauptabreinigung über den Hauptfilter 22 als erste Strukturlage sichergestellt ist.

In Abhängigkeit von den gewünschten Filtereigenschaften kann die Länge (x) des Vorfilters 30 vorgegeben werden und ferner wäre es auch denkbar, an verschiedenen Stellen des Hauptfilters 22 eine dahingehende Vorfilterlage 30 anzuordnen. Ferner kann eine dahingehende Vorfilterlage 30 sich auch auf der unteren Oberseite der Hauptfilterlage 22 erstrecken oder sowohl entlang von beiden Oberseiten der Hauptfilterlage auch mit unterschiedlichen Flächenausdehnungen und unterschiedlichen Filterfeinheiten, was besonders dann eine Rolle spielen kann, sofern das Filterelement im Filtrationsbetrieb in beiden Richtungen beaufschlagt sein sollte. Ist die erste Strukturlage 22 mehrlagig ausgebildet, könnte eine Vorfilterlage 30 auch zwischen dahingehenden Filterlagen (nicht dargestellt) eingesetzt sein. Auch besteht die Möglichkeit im Sinne der gezeigten Ausführungsform nach der 1 die Filtermatte 10 als Ganzes aus den einzelnen Filter- und Stützgewebelagen aufzubauen, um dann den Vorfilter von außen aufzusetzen.

Bei der Ausführungsform nach der 3 wurde neben der weiteren zweiten Strukturlage 30 eine dritte Strukturlage 34 streifenförmig auf den Verbund von erster Strukturlage 22 mit zweiter Strukturlage 30 aufgelegt, wobei das dritte Strukturteil 34 eine größere flächenförmige Überdeckung aufweist zu der ersten Strukturlage 22 als zu der zweiten Strukturlage 30. Auch hieraus ergibt sich die Vielzahl an möglichen Kombinationen verschiedenster Strukturlagen zur Bildung eines Gesamtfilterbauteiles für ein Filterelement.


Anspruch[de]
Filterbauteil, insbesondere für ein Filterelement, mit mindestens einer ersten Strukturlage (22) mit einer vorgebbaren Flächenausdehnung und vorgebbaren Filtereigenschaften, wie der Filterfeinheit, wobei auf einer der Oberseiten der ersten Strukturlage (22) oder zwischen diesen mindestens eine weitere vorgebbare Filtereigenschaften aufweisende Strukturlage (30) vorhanden ist, deren vorgebbare Flächenausdehnung verschieden ist von der Flächenausdehnung der ersten Strukturlage (22), und wobei alle Strukturlagen (22, 30, 34) im Filterelement ein gemeinsames Abschlußende aufweisen, von wo aus sie sich mit ihren unterschiedlichen Längen (L, x) weg erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Abschlußende gegenüberliegende freie Ende der jeweils weiteren Strukturlage (34) durch den Fluiddruck an den jeweils anderen Strukturlage (22, 30) gehalten ist. Filterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehr als zwei Strukturlagen (22, 30), die jeweils weitere Strukturlage (34) Teile der ersten Strukturlage (22) überdeckt und/oder Teile der jeweils in einer Auflagefolge vorangehenden weiteren Strukturlage (30). Filterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strukturlage (22) in der Art eines Hauptfilters ausgebildet ist, und die jeweils weitere Strukturlage (30, 34) in der Art eines Vorfilters. Filterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strukturlage (22) aus mehreren Lagen (18, 20, 24) besteht und dass die jeweils weitere Strukturlage (22, 30, 34) einlagig oder mehrlagig aufgebaut ist. Filterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Strukturlagen (22, 30, 34) aus Streifen unterschiedlicher Länge gebildet sind. Filterbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Strukturteile (22, 30, 34) plissiert sind, vorzugsweise mit der gleichen Art und Anzahl an Falten (12, 32).






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