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Die
Erfindung betrifft ein Filter mit einem Filtermedium, das im Betrieb
zum Abreinigen von Fluid dient, insbesondere in Form von Hydraulikflüssigkeit.
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Filter
der vorstehend genannten Art sind handelsüblich und finden
beispielsweise bei Hydraulikanlagen in von Hydraulikölen
als Fluid durchströmten Systemzweigen verbreitete Anwendung.
Zur druckstabilen Ausbildung des Filters ist regelmäßig
vorgesehen, dass im Inneren desselben ein Stützrohr, vorzugsweise
aus Kunststoffmaterial, angeordnet ist, das mit Perforationen versehen
die Abstützung des eingesetzten Filtermediums entgegen
der vorgesehenen Durchströmungsrichtung des Fluids vornimmt.
Ferner sind regelmäßig zwei Endkappen vorgesehen,
zwischen denen sich das Filtermedium sowie bei Bedarf das Kunststoffstützrohr erstreckt.
Die Endkappen sind ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoffmaterialien
gebildet, insbesondere ist das Kunststoffstützrohr in der
Art eines Spritzgußteils ausgebildet. Daneben gibt es auch
Filterlösungen, bei denen das Stützrohr aus einem
perforierten Metallmantel gebildet ist oder das Stützrohr
kann auch vollständig als Stützelement für
das Filtermedium entfallen.
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Da
das Filtermedium zur Fixierung mit den Endkappen regelmäßig
mit diesen im Bereich seiner freien Enden verklebt wird, stellt
der eingesetzte Klebstoff, häufig in Form eines Epoxydharz-
oder PU-Klebstoffes, eine Art Isolationsschicht zwischen eingesetztem
Filtermedium, den beiden Endkappen und/oder dem Stützrohr
her, wobei der Isolationseffekt noch da durch weiter verstärkt
ist, dass das Stützrohr vorzugsweise immer länger
ausgeführt ist als das eigentliche Filtermedium (Meshpack),
damit auf dieses keine Kräfte in Längsrichtung
einwirken können. Wird eine dahingehende Krafteinleitung
nicht vermieden, ist nicht auszuschließen, dass aufgrund
der auftretenden Druckbeanspruchungen beim Durchströmen
des Filtermediums mit dem Fluid dieses geschädigt wird
und dergestalt ist dann eine ausreichende Filtrationsleistung nicht
mehr gewährleistet.
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Durch
den angesprochenen Isolationsaufbau, bedingt durch Isolationsschichten
zwischen Filtermedium, Endkappen sowie dem Stützrohr, kommt
es beim Fluiddurchtritt mit eventuell vorliegender partikulärer
Verschmutzung am Filtermedium zu elektrostatischen Aufladungen,
insbesondere des Filtermediums. Aufgrund der derart erzeugten Potentialunterschiede
innerhalb des Filterelementes kann es dann plötzlich zu
Entladungen kommen zwischen statisch aufgeladenen Filterelementteilen,
insbesondere in Form des Filtermediums, und elektrisch leitenden
Komponenten, insbesondere in Form des regelmäßig
metallischen Filtergehäuses, in dem das Filterelement aufgenommen
ist mit der Folge, dass es zu Funkenentladungen kommt, was im Hinblick auf
die Brennbarkeit der zu filtrierenden Fluidmedien, wie Hydrauliköl,
Schwerölkraftstoffe, wie Dieselkraftstoffe, od. dgl., nicht
gerade als unkritisch zu bewerten ist und die angesprochenen Funkenentladungen
können auch zu einer Schädigung des Öls
sowie des empfindlichen Filtermediummaterials führen. Ferner
hat es sich gezeigt, dass durch elektrostatische Aufladungen von Ölmedien
diese schneller altern und insoweit früher im Rahmen der
Wartung zu tauschen sind.
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Um
diesen Nachteilen zu begegnen, ist bei einem gattungsgemäßen
Filter nach der
DE
10 2004 005 202 A1 vorgeschlagen worden, dass mindestens
eine der Endkappen des Filters und/oder zumindest ein Endbereich
des Filtermediums eine Kontaktierungseinrichtung aufweist und/oder
die jeweilige Endkappe selbst oder Teile von ihr elektrisch leitend
ausgebildet sind zwecks Abtransport der insbesondere im Betrieb
des Filters auftretenden elektrostatischen Aufladungen; allein hat
es sich in der Praxis gezeigt, dass die bekannte Lösung,
bei der die auftretenden Potentialunterschiede und Ladungen ausschließlich über
die Endkappen, insbesondere die untere Endkappe, in den durch das
Gehäuse bildenden Massepunkt ableitbar sind, noch verbessert
werden sollte.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Filterelemente unter Beibehalten ihrer Vorteile, nämlich
eine hohe Betriebssicherheit und hohe Druckwertstabilität,
selbst bei hohen Durchflußleistungen an abzureinigendem
Fluid, zu gewährleisten, dahingehend weiter zu verbessern,
dass es insbesondere im Betrieb des Filterelementes nicht zu schädigenden
Potentialunterschieden kommen kann. Eine dahingehende Aufgabe löst
ein Filter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, 2, 3 und 6.
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Bei
einer ersten Lösungsalternative nach dem Patentanspruch
1 ist gemäß dessen kennzeichnendem Teil vorgesehen,
dass das Filtermedium derart aus einem Material besteht, dass dessen
Potentialunterschied zu dem zu reinigenden Fluid, insbesondere in
Form von Hydrauliköl, gering ist. Durch den Einsatz eines
Filtermediums, das ein geringes Potential zum Öl hat, ist
sichergestellt, dass keine große Ladung generiert werden kann.
Die Größe der entstehenden Ladungsmenge und dem
zugeordneten Potentialaufbau zwischen dem Hydrauliköl durchströmten
Filtermedium und dem Öl selbst kann man durch geeignete
Materialwahl gezielt beeinflussen. Gemäß der bekannten
elektrischen Spannungsreihe für verschiedene für
das Filtermedium vorgesehene Filtermaterialien kann man das Potential,
das sich zwischen zwei wechselwirkenden Komponenten, in unserem
Fall zwischen Öl und Filtermedium, ausbildet, abschätzen.
Bei der dahingehenden Vorgehensweise wird grundsätzlich
sehr wenig Ladung generiert, so dass erst gar nicht das Problem
auftritt, diese an einen Massepunkt, wie im Stand der Technik aufgezeigt,
ableiten zu müssen.
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Bei
einer zweiten Lösungsalternative gemäß den
Merkmalen des Patentanspruches 2 greift man zur Realisierung auf
vergleichbare Überlegungen zurück. Bei dieser
Alternative ist vorgesehen, dass Teile des Filtermediums zueinander
und/oder zu dem zu reinigenden Fluid derart unterschiedliche Potentiale
aufweisen, dass diese sich gegenseitig zumindest teilweise aufheben.
Bei der dahingehenden Lösung geht man von der grundsätzlichen Überlegung
aus, dass, je größer die Potentialdifferenz zwischen
zwei Wirkmedien ist, hier in Form von Einzellagen, aus denen das
Filtermedium aufgebaut ist, es zu einer größeren
Ladungsgenerierung zwischen ihnen kommt. Besonders vorteilhaft ist
es, also nicht nur wie bei der ersten Variante, Filterlagen für das
Filtermedium einzusetzen, die ohnehin ein geringeres Potential zum
abzureinigenden Fluid haben, sondern vorzusehen, dass eine erste
Lage des Filtermediums ein gegenüber dem zu filtrierenden
Fluid (Öl) positives Potential hat und eine zweite nachfolgende
Einzellage des Filtermediums, die anschließend von dem
Fluid durchströmt wird, aus der Reihe der Materialien mit
negativem Potential ausgewählt ist, mit der Folge, dass die
erste Lage zunächst das Fluid positiv auflädt,
die zweite Lage aber wieder negativ, und die hierdurch entstehenden
Ladungen werden auf diese Weise teilweise oder komplett neutralisiert.
Der dahingehende Kompensationseffekt tritt auch auf, wenn in umgekehrter
Abfolge das abzureinigende Fluid zunächst die zweite Lage
mit dem negativen Potential und dann die erste Lage mit dem positiven
Potential durchströmen sollte.
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Bei
einer weiteren Lösungsvariante nach Anspruch 3 ist ein
Filter vorgesehen mit einem Filtermedium als eines seiner Komponenten,
das im Betrieb zum Abreinigen von Fluid dient, insbesondere in Form
der bereits genannten Hydraulikflüssigkeit (Öl).
Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist
vorgesehen, dass das Filter mit seinen jeweiligen Komponenten für
die gezielte Ableitung elektrischer Ladung entlang eines vorgebbaren
Weges zumindest teilweise ableitfähige Materialien einsetzt.
Dergestalt wird eine Art Kompromiß zwischen leitfähigen
und nicht leitfähigen Filtern hergestellt, wie sie jeweils
im Stand der Technik aufgezeigt sind. Die erfindungsgemäße
Filterlösung führt demgemäß die
Ladung zeitlich langsamer weg als ein leitfähiges Filter und
würde insoweit im Betrieb das Fluid (Öl) nicht
zu hoch aufladen. Gleichzeitig ist die Gefahr einer Entladung, wie
im nicht leitfähigen Filterelement, minimiert, da sich
durch die gezielt herbeigeführte langsame Ableitung keine
hohe Feldstärke im Filterelement aufbauen kann. Vorzugsweise
werden als ableitfähiger Bereich für den gewünschten
langsamen Elektronentransport Materialien mit einer Leitfähigkeit
zwischen 103 bis 109 Ωm
eingesetzt.
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Bei
einer vierten Lösungsvariante gemäß den
Merkmalen des Anspruches 6 ist vorgesehen, dass in Durchströmungsrichtung
des Fluids durch das Filtermedium diesem nachgeschaltet eine Ladungsausgleichslage
zugeordnet ist, die die entstehende elektrische Ladung des Fluids
zumindest teilweise an das zugeordnete Filtermedium zurückgibt.
Diese Ladungsausgleichslage, die auch durch eine Beschichtung auf
dem Filtermedium gebildet sein kann, reduziert so die Aufladung
des Fluids und des Filtermediums und verhindert so Entladungen im
Filter.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der genannten vier Lösungsvarianten
ist vorgesehen, das Filtermedium mit leitfähigen Fasern
oder anders gearteten leitfähigen Bestandteilen zu versetzen,
so dass das Filtermedium leitfähig ist und die Ladung schnell
an das Filtergehäuse und somit gegen „Masse" abgegeben werden
kann. Um das Filtermedium zu stabilisieren, sind vorzugsweise die
genannten Bestandteile oder Fasern in Form einer Matrixstruktur
ausgebildet.
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Um
eine hohe wirksame Filterfläche zu erreichen, ist das Filtermedium
vorzugsweise plissiert ausgebildet und stützt sich zwischen
zwei Endkappen des Filters zumindest im Innenbereich an einem fluiddurchlässigen
Stützrohr ab.
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Im
folgenden werden die erfindungsgemäßen Lösungsvarianten
anhand von Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher
Darstellung die
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1 in
teilweise aufgeschnittenem Zustand eine Längsansicht auf
ein Filter;
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2 in
perspektivischer Draufsicht und teilweise in aufgeschnittener Form
den oberen Teil des Filters nach der 1 mit der
besseren Darstellung wegen aufgefalteter Einzellagen des eingesetzten
Filtermediums;
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3 bis 5 verschiedene
Graphiken zur Verdeutlichung der Fluidauf- und -entladungseffekte.
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Zunächst
wird anhand der 1 und 2 der grundsätzliche
Aufbau eines Filters näher beschrieben, wie er für
die vorliegenden erfindungsgemäßen Lösungsvarianten
einsetzbar ist. Unabhängig hiervon kann das Filter auch
einen anderen Aufbau haben, insbesondere in der Art einer ebenen
Filtermatte oder Filterplatte ausgebildet sein, wie sie beispielhaft
für sog. Stapelfilter zum Einsatz kommen. Das hier vorgestellte Filter
ist in der Art eines sog. Filterelementes aufgebaut und weist ein
Filtermedium 10 auf, das sich zwischen zwei Endkappen 12, 14 erstreckt,
die jeweils mit einem zuordenbaren Endbereich 16, 18 des
Filtermediums 10 verbunden sind, das sich im übri gen
innenumfangsseitig an einem fluiddurchlässigen Stützrohr 20 abstützt. Insbesondere
kann das Filtermedium 10 an den genannten Endbereichen 16, 18 über
eine Klebstoffschicht mit den Endkappen 12, 14 verbunden
werden. Das jeweilige Klebstoffbett ist mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet.
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Zum
Abreinigen durchtritt das Fluid von außen nach innen das
Filter und mithin das Filtermedium 10. Der einfacheren
Darstellung wegen ist das Filtermedium 10 in der 1 als
zylindrisches Filtermattenteil dargestellt; eine Ausführung,
die so durchaus realisierbar ist. Bevorzugt ist jedoch das Filtermedium 10 plissiert ausgebildet
gemäß der Teildarstellung nach der 2;
erstreckt sich also in Form von Filterfalten um das Stützrohr 20 herum.
Wie sich weiter aus der 2 ergibt, ist das Filtermedium 10 mehrlagig
aufgebaut. Insbesondere weist der Mehrlagenaufbau eine äußere
Abstützlage 24 auf, die insbesondere in Form eines
Netzes oder eines Gewebes zur Stabilisierung des sonstigen Lagenaufbaues
dient. Vergleichbar hierzu kann eine innere Abstützlage 26 vorhanden
sein. Des weiteren ist eine Vorfilterlage 28 und eine Hauptfilterlage 30 vorhanden.
Zwischen äußerer Abstützlage 24 und
Vorfilterlage 28 sowie zwischen Hauptfilterlage 30 und
innerer Abstützlage 26 kann noch ein nicht näher
dargestelltes anstromseitiges Vlies zum mechanischen Schutz der
Filterlagen eingesetzt sein bzw. ein entsprechend ausgebildetes
abstromseitiges Vlies (gleichfalls nicht dargestellt). Ein dahingehend
sechslagiger oder sonstiger mehrlagiger Aufbau des Filtermediums
ist im Stand der Technik üblich, so dass an dieser Stelle
hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Da aus Gewichtsgründen heraus
sowie aus Gründen des Recyclings moderne Filter zusehends
aus Kunststoffmaterialien aufgebaut sind, geht dies grundsätzlich
mit dem Problem der verstärkt statischen Aufladung einher
und die bereits beschriebenen nachteiligen, sogenannten triboelektrischen
Effekte können sich einstellen.
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In
weiterer Erläuterung des Filters nach der 1 ist
die jeweilige Endkappe 12, 14 nach innen und außen
hin jeweils mit einer vorstehenden Ringfläche 32 versehen,
die zwischen sich das zuordenbare Klebstoffbett 22 integriert.
Sowohl die Endkappen 14, 16 als auch das Stützrohr 20 sind
vorzugsweise in der Art von Kunststoffspritzgießteilen
ausgebildet.
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Innerhalb
des Stützrohres 20 ist längs dessen Kreissegmenten,
die die Fluid-Durchtrittsstellen begrenzen, ein Trennsegment 34 eingehängt
oder an einer Verbindungsstelle 36 entsprechend eingeklippt,
wobei die einzelnen Trennwände 38 des dahingehenden
Segmentes 34 von oben her gesehen in der Art eines dreizackigen
Sternes ausgebildet sind und im übrigen die Strömungsführung
im Inneren des Filters optimieren, und zwar in Richtung einer Durchtrittsstelle 40 im
Bereich der unteren Endkappe 14, über die das
abgereinigte Fluid das Filter verläßt. In Blickrichtung
auf die 1 gesehen und in Verlängerung
nach oben hin weist das Trennsegment 34 einen mittels einer
Druckfeder 42 beaufschlagten, plattenartigen Schließkörper 44 (2) auf,
der dergestalt eine Bypaßfunktion wahrnimmt, dass bei zugesetztem
Filtermedium 10 das nicht abgereinigte Fluid über
die diametral einander gegenüberliegenden Eintrittsstellen 46 im
oberen Endkappenbereich 12 in das Innere des Filters eintreten
kann zur Durchströmung desselben und Austritt in Richtung
der unteren Durchtrittsstelle 40, wobei die Bypaßfunktion
sich von ihrem Auslöseverhalten her über die vorgebbare
Federkraft der Druckfeder 42 einstellen läßt.
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Mit
den erfindungsgemäßen Lösungen ist es
jedenfalls möglich, auch bei reinen Kunststoffelementen oder
bei solchen Filtern, die überwiegend aus Kunststoffmaterialien
aufgebaut sind, das Problem der statischen Aufladung sicher in den
Griff zu bekommen, wobei die Abänderung nicht dergestalt
ist, als dass Druckstabilitätswerte, BETA-Werte, Filtrationsleistungen
etc. eine Einschränkung erfahren würden, was die
nachfolgenden Ausführungen noch entsprechend verdeutlichen
werden.
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Im
folgenden werden die verschiedenen Lösungsvarianten anhand
eines Fluids in Form von Hydrauliköl näher erläutert.
Insofern stellt das vorgestellte Filter nach den 1 und 2 ein
Hydraulikfilter dar, wobei solche Filter selbstredend auch andere
Fluide einschließlich Gase von Partikelverschmutzungen
abreinigen können. Grundvoraussetzung für die
beschriebenen Funktionen ist, dass das Fluid an sich nicht leitfähig ist,
das aber beim Durchtritt durch das Filter elektrostatische Aufladungen
erfahren kann, die zu den bereits beschriebenen nachteiligen Effekten
im anschließenden Fluidkreis führen können,
beispielsweise Entladungen mit sich bringen, die das Öl
schneller altern lassen oder das Filter gar zerstören können.
Die zu erläuternden Lösungsvarianten führen
entweder, jede für sich gesehen, zu einer elektrostatischen
Verbesserung oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen
Varianten wird zusammen das elektrostatische Verhalten des Fluidsystems
verbessert.
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Bei
den ersten beiden Lösungsvarianten kommen Materialkombinationen
mit unterschiedlichem Potential zum Öl zum Einsatz. So
können zum einen Filtermaterialien zum Einsatz kommen,
die ein geringes Potential zum Öl haben, so dass keine
große Ladung generiert werden kann, und zum anderen ist
der Einsatz von mehreren Filtermaterialien möglich, die
unterschiedliche Potentiale zum Öl haben und so die elektrische Ladung
des Öls zum Teil oder komplett neutralisieren können.
Sofern von Filtermaterialien die Rede ist, können diese
das gesamte Filtermedium 10 bilden; es ist aber auch möglich,
dass nur einzelne Lagen, wie die Vorfilterlage 28 oder
die Hauptfilterlage 30, mit dahingehenden Filtermaterialien
ausgestattet oder aus diesen vollständig aufgebaut sind.
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Die
Größe der entstehenden Ladungsmenge und den Potentialaufbau
zwischen dem öldurchströmten Filtermedium
10 und
dem Öl kann man durch geeignete Materialwahl gezielt beeinflussen.
Gemäß der elektrischen Spannungsreihe gemäß der
nachfolgenden Tabelle kann man das Potential, das sich zwischen
zwei Materialien ausbildet, in diesem Fall zwischen Öl
und Filtermedium, abschätzen. Bringt man zwei unterschiedliche
Materialien in Kontakt, bildet sich zwischen den beiden ein Potential
aus. Bringt man beispielsweise ein elastomeres Silikonmaterial,
das in der triboelektrischen Spannungsreihe in der positiven Polarität
ganz oben steht, in Kontakt mit Polytetrafluorethylen, das in der
dahingehenden Spannungsreihe als am negativsten beschrieben ist,
ist das Potential zwischen diesen beiden maximal und es beginnen
Elektronen vom negativen Polytetrafluorethylen zum positiven Elastomersilikonmaterial
zu fließen, um den gewünschten Ladungsausgleich
vorzunehmen. Tabelle:
Triboelektrische Spannungsreihe der Elemente
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Zusammenfassend
bleibt daher festzustellen, dass je größer die
Potentialdifferenz zwischen zwei Stoffen ist, also je weiter sie
in der vorstehend genannten Tabelle auseinanderliegen, desto größer
die Ladungsgenerierung zwischen ihnen ist. Diese Spannungsreihe
gilt dem Grunde nach auch für das zu behandelnde Fluid
(Öl) und dem Material des Filtermediums 10 selbst.
Für das Filterelement 10 bzw. seine Einzelfilterlagen
heißt das, dass die einzusetzenden Filtermaterialien so
zu wählen sind, dass die Potentialdifferenz zwischen ihnen
und dem Öl so gering wie möglich ausfällt,
also dass Öl und dass Filtermaterial in der Tabelle möglichst
dicht beieinander liegen. Auf diese Art und Weise wird grundsätzlich
wesentlich weniger Ladung generiert, die insoweit dann auch nicht
an einen Massepunkt abgeführt zu werden braucht. Als besonders
vorteilhaft hat sich erwiesen, um ein elektrostatisch optimiertes
Filter zu erhalten, dass man für die jeweilige Filterlage 28, 30 Glasfasermaterialien
einsetzt, die das Öl nicht so hoch aufladen können.
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Die
dahingehenden Verhältnisse sind beispielhaft in der 3 wiedergegeben,
wobei die dahingehende Abbildung die Spannung im Öl nach
Durchströmen unterschiedlicher Glasfasermaterialien in
Abhängigkeit von der mittleren Porengröße
aufzeigt. Je nach eingesetztem Glasfaser-Filtermaterial geht die
Spannung dann gegen Null.
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In
einem weiteren Schritt ist es nun möglich, Filterlagen
miteinander zu kombinieren, die ohnehin ein geringeres Potential
zum Öl haben, so dass sich entstehende Ladungen zusätzlich
neutralisieren können. So kann beispielsweise die erste
Lage (Vorfilterlage 28), die zuerst vom Öl durchströmt
wird, ein positives Potential zum Öl haben und steht insoweit
in der genannten Tabelle über dem Öl, wohingegen
die zweite Schicht als Hauptfilterlage 30, die anschließend
vom Öl durchströmt wird, ein negatives Poten tial
hat und mithin in der Tabelle unter dem Öl steht. Die erste
Lage 28 lädt dann das Öl positiv auf
und die zweite Lage 30 wiederum negativ. Die hierdurch
generierten Ladungen sollten sich auf diese Weise teilweise oder
komplett neutralisieren können und schädigende
Effekte sind vollständig vermieden. In der 4 ist
die dahingehende Spannung über der Temperatur im Öl
nach Durchströmen einer Glasfilterlage als Vorfilterlage 28 zu
sehen und die Spannung ist insoweit positiv. In der nachfolgenden 5 ist
die Spannung über der Temperatur im Öl nach Durchströmen
einer Kunststofffilterlage (Polyester) als Hauptfilterlage 30 zu
sehen; hierbei ist die Spannung negativ. Die dahingehenden Kompensationseffekte
treten natürlich auch dann ein, wenn die Lagen vom Material
her gegeneinander getauscht sind oder wenn das Öl eine
gegenläufige Durchströmungsrichtung einnimmt.
Wie die 4 und 5 verdeutlichen,
lädt sich also das Öl in beiden unterschiedlichen
Materialien entgegengesetzt auf. Kombiniert man nun diese beiden
Lagen miteinander wie dargestellt, indem man sie hintereinander legt
oder sie nacheinander vom Öl durchströmen läßt
(Stapelfilteranordnung), werden sich die entstehenden Ladungen zum
Teil oder komplett neutralisieren. Auch besteht die Möglichkeit,
die Fasern der jeweiligen Einzellage in der Art einer Matrix, z.
B. als Mischung von Fasern unterschiedlicher Art, zusammenzufügen,
um zu den gewünschten triboelektrischen Effekten zu gelangen.
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Weitere
Materialien, die man aufgrund unterschiedlicher Potentiale zum Öl
miteinander kombinieren kann (entweder als unterschiedliche Lagen
oder in Form der genannten Matrix), sind beispielsweise Glasfasern,
synthetisches Material (z. B. Meltblown, Spunlace, Spunbonds, Nonwovens;
Materialart: Polyester, Polypropylen, Polyamid, Polykarbonat), Metallgewebe,
gesindertes Metall, Metallvliese, Kohlenstofffasern, Zellulose etc..
Vorteilhafte Kombinationsvarianten wären z. B.:
Glas-Synthetik
Glas-Zellulose
Glas-Metall
Synthetik-Zellulose
Synthetik-Metall
Zellulose-Metall
Glas-Synthetik-Zellulose
Glas-Synthetik-Metall
Glas-Zellulose-Metall
Synthetik-Zellulose-Metall
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Die
Reihenfolge der unterschiedlichen Materialien in Durchströmungsrichtung
spielt, wie bereits dargelegt, dabei keine Rolle.
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Eine
weitere Lösungsvariante geht von der definierten Ableitfähigkeit
des Gesamtsystems aus. Der Gedanke ist also eine definierte Ableitung
von Ladung aus dem Filtermedium 10 zum eigentlichen Filtergehäuse
(nicht dargestellt). Definierte Ableitung soll dabei bedeuten, dass
eine mittlere Leitfähigkeit der Materialien im Filter gewählt
wird, die dafür sorgt, dass die Ladung mit einer mittleren
Geschwindigkeit aus dem Filter „entweichen" kann.
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Dem
Grunde nach sind bisher zwei Arten von Filter oder Filterelementen
auf dem Markt. Es handelt sich dabei um leitfähige und
nicht leitfähige Filter. Bei den leitfähigen Filtern
wird die zwischen Filtermedium und Öl generierte Ladung
im Filter über metallische Filterelementbauteile, wie Drahtgewebe,
Stützrohr oder Endkappen, die in einem elektrischen Kontakt
zueinander stehen, zum Gehäuse hin abgeleitet. Eine dahingehende
Lösung ist beispielhaft in der
DE 10 2004 005 202 A1 aufgezeigt.
Der Nachteil der dahingehenden Lösung ist, dass für
das Öl die höchste Aufladung entsteht, da die
dem Öl entzogene Ladung über das Filtermedium
ständig zum Gehäuse abgeführt werden
kann, so dass sich kein Gleichgewicht oder eine Sättigung
im Filter einstellen kann. Das Öl liefert ständig
neue Ladung an das Filtermedium und das Öl verläßt
somit hoch aufgeladen das Filter, was zu einer raschen Ölalterung
führen kann. Andererseits kann sich aber auch keine Ladung
im Filter aufbauen, da sie über die leitfähigen
Komponenten des Filters weggeleitet wird mit der Folge, dass Entladungen
im Filter, die die Filtermaterialien zerstören könnten,
weitgehend ausgeschlossen sind.
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Bei
der anderen bekannten Lösungsform ist das Filter nicht
leitfähig aufgebaut, d. h. die zwischen dem jeweiligen
Filtermaterial und Öl generierte Ladung wird im Filter
nicht zum Filtergehäuse hin abgeleitet. Es kommt bei entsprechend
hohen Ladungsmengen dann zu einem Potentialaufbau im Filter und
letztendlich zu Entladungen zwischen Filter und einem Massepunkt,
wie beispielsweise dem zugeordneten Filtergehäuse. Ferner
kann es zu Entladungen innerhalb des Filters zwischen Stellen mit
unterschiedlichem Potential kommen, was das Filtermedium beschädigt
und eine effektive Filtration wäre nicht mehr gewährleistet.
Es besteht insbesondere die Gefahr, dass sich das Filter auflädt
und eine kritische Feldstärke erreicht, was regelmäßig der
Fall ist, wenn der Sättigungspunkt oberhalb der kritischen
Feldstärke sich befindet. Es kommt dann zu Funkenüberschlägen
im Filter oder vom Filter zu einem Massepunkt, wie beispielsweise
dem Filtergehäuse.
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Vorteilhaft
hingegen ist, dass im Sinne der erfindungsgemäßen
Lösung die Ladung im Filter bleibt und nicht weggeleitet
werden kann, so dass es zu einem Gleichgewichtszustand kommt, bei
dem das Filter bis auf einen bestimmten Wert aufgeladen wird. Liegt
dieser Wert unter der genannten kritischen Feldstärke,
bei der es zu Entladungen kommt, wird das Öl nicht weiter
aufgeladen. Die Ladung im Öl, die den nicht leitfähigen
Filter verläßt, ist also geringer als die Ladung
im Öl, die ein leitfähiges Filterelement verläßt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösungsvariante
wird demgemäß ein Kompromiß zwischen
einem leitfähigen und einem nicht leitfähigen
Filterelement gesucht und es ist vorgesehen, die Ladung langsamer
wegzuführen als ein leitfähiges Filter, um somit
das Öl nicht so hoch aufzuladen. Gleichzeitig ist die Gefahr
einer Entladung wie im nicht leitfähigen Filterelement
minimiert, da sich durch die langsame Ableitung keine hohe Feldstärke
im Filterele ment aufbauen kann. Filtermaterialien, die dieser Forderung
entsprechen, nennt man ableitfähig.
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Es
gelten dabei folgende Zusammenhänge:
| Nicht
leitfähiger Bereich | > 109 Ωm | kein
Elektronentransport möglich |
| Ableitfähiger
Bereich | 103–109 Ωm | langsamer
Elektronentransport |
| Leitfähiger
Bereich | < 103 Ωm | schneller
Elektronentransport |
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Eine
praktische Realisierung dieser Idee liegt in einem Elementaufbau
gemäß den 1 und 2 begründet.
Um die gewünschte Ableitfähigkeit zu gewährleisten,
muß mindestens ein Teil des gezeigten Filters ableitfähig
ausgetattet sein, wie z. B. die regelmäßig mit
einem O-Ring (nicht dargestellt) versehene Endkappe 14, 16,
ein sonstiger ableitender Dichtring (nicht dargestellt), das Stützrohr 20 selbst
oder ein Teil desselben sowie die Meshpack-Anordnung in Form des
plissierten Filtermediums 10 oder eine oder mehrere Lagen 28, 30 des
Meshpacks. Es wird mithin ein definierter Weg vorgegeben, den die
elektrische Ladung durch ableitfähige Teile wandern kann.
Dieser Weg sollte vom Filtermedium 10 bis hin zu dem Gehäuse,
in dem das Filter eingesetzt ist, reichen. Dieser Weg aus ableitfähigem
Material kann auch von leitfähigen Komponenten durchsetzt
sein, da das Geschwindigkeit bestimmende Material das am wenigsten
leitfähige ist. Der Weg sollte also grundsätzlich
nicht von nicht leitfähigen Materialien unterbrochen werden.
Bevorzugte Transportwege wären beispielsweise vom Filtermedium 10 ausgehend über
das Stützrohr 20 und einer Endkappe 12, 14, 16 hin
zum nicht näher dargestellten Filtergehäuse gebildet.
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Eine
weitere Lösungsvariante setzt eine sog. Ladungsausgleichslage
hinter der ölaufladenden Filterschicht 28 und/oder 30 ein.
Die in den 1 und 2 nicht
näher dargestellte Ladungsausgleichslage gibt die Ladung
aus dem Öl zurück an die jeweils vorgeschaltete
Filterlage 28, 30. Die Ladungsaus gleichslage reduziert
so die Aufladung des Öls und des Filters und verhindert
Entladungen im Elementaufbau.
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Wie
bereits dargelegt, lädt sich Öl, das durch eine
Filterlage fließt, elektrisch auf. Das Öl ist
dann entweder positiv oder negativ geladen und die jeweilige Filterlage
oder das ganze Filter ist entgegengesetzt dem Öl geladen.
Legt man nun eine leitfähige oder ableitfähige
Ausgleichslage hinter die jeweils durchströmte Filterlage,
so dass diese elektrischen Kontakt zur Filterlage hat, wird die Ölladung
beim Verlassen der jeweiligen Filterlage 28, 30 ganz
oder teilweise auf die Ausgleichslage übertragen. Die Ausgleichslage
kann die Lage wiederum an die entgegengesetzt geladene Filterlage 30 bzw. 28 zurückgeben.
Auf diese Weise verringert oder erlischt die Ölaufladung
und die Elementaufladung. Elektrostatische Entladungen lassen sich
dergestalt mit Sicherheit vermeiden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sind bei der dahingehenden
Lösungsvariante sowohl der Vorfilter 28 als auch
die Hauptfilterlage 30 aus Glasfasermaterialien aufgebaut.
Die leitfähige oder ableitfähige Ausgleichslage
kann dann entweder hinter dem Hauptfilter 30 liegen oder
hinter jeder anderen Lage (da jede Lage das Öl elektrisch
aufladen kann). Das Material kann ein leitfähiges oder
ableitfähiges Vlies, Gewebe, Netz oder anderes Gewirk sein,
das beispielsweise aus Kunststoff, wie Polyester, aus Glas oder
aus Zellulose als Hauptbestandteil bestehen könnte, das
dann leitfähig oder ableitfähig beschichtet ist
oder an sich eine intrinsische Leitfähigkeit oder Ableitfähigkeit
besitzt. Es wäre auch denkbar, diese Ausgleichslage auf
eine andere Lage aufzudampfen oder anders aufzutragen (Rakeln).
Eine aufgedampfte Schicht könnte beispielsweise aus Aluminiumwerkstoff
bestehen. Die Ausgleichslage muß keinen elektrischen Kontakt
zur Endkappe 14, 16 oder zum Stützrohr 20 haben;
allerdings funktioniert sie auch mit einem dahingehenden elektrischen
Kontakt.
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Insbesondere
die Lösungsvariante, die eine leitfähige oder
bevorzugt ableitfähige Ausgleichslage einsetzt, kann noch
verbessert werden, indem man eine Matrix aus leitfähigem
Filtermaterial aufbaut. Grundgedanke ist, das eingesetzte Filtermaterial
mit leitfähigen Fasern oder andersförmigen leitfähigen
Bestandteilen zu versetzen, so dass das Filtermaterial leitfähig
ist und die Ladung schnell an das Filtergehäuse und somit gegen
Masse (Erde) abgeben kann. Die in Rede stehende Lösung
kann aber auch eingesetzt werden, sofern das Filter isoliert ist.
Das Filtermaterial mit leitfähiger Matrix kann eine Mischung
sein aus herkömmlichem Filtermaterial, wie beispielsweise
Kunststoff (Polyester), Glasfaser, Zellulose und leitfähigen
Zusätzen, wie beispielsweise Kohlenstoff oder Edelstahl.
Besonders bevorzugt ist die Vorfilterlage 28 aus Glasfasermaterialien aufzubauen
und die Hauptfilterlage 30 aus Kohlenstoff in Verbindung
mit einer Glasfasermatrix.
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Alle
genannten Lösungsvarianten führen zu elektrostatisch
optimierten Filterelementen, die eine rasche Ölalterung
vermeiden und die zur Entlastung von Hydraulik-Kreissystemen dem
nachteiligen Effekt elektrostatischer Aufladung begegnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004005202
A1 [0005, 0031]