DE102011108061A1

DE102011108061A1 - Fluidfilteranordnung und Filterverfahren

Info

Publication number: DE102011108061A1
Application number: DE102011108061A
Authority: DE
Inventors: Carsten Schippers; Wolfgang Heikamp
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-24
Also published as: DE112012003054A5; WO2013010818A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Fluidfilteranordnung (1) mit einem Gehäuse (2), umfassend eine Stirnscheibe (10) und ein Filterelement (4) mit einem Hauptabscheider (7) und einem dazu konzentrisch angeordneten Nachabscheider (8), welche in einer Strömungsrichtung nacheinander geschaltet sind. Ein Vorabscheider (15) ist dem Hauptabscheider (7) in der Strömungsrichtung in Reihe vorgeschaltet. Bei einem Verfahren, insbesondere zum Entölen von Druckluft, wird das Fluid in einer Fluidfilteranordnung (1) dreistufig gefiltert. Das Fluid durchströmt hintereinander zunächst einen Vorabscheider (16), dann einen Hauptabscheider (7) und schließlich einen Nachabscheider (8).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidfilteranordnung, wie zum Beispiel zum Entölen von Druckluft, und ein Verfahren zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Entölen von Druckluft.
Stand der Technik
Fluidfilter dienen im Allgemeinen zum Trennen einen Fluids von bestimmten Stoffen, die in dem Fluid vorhanden, aber nicht erwünscht sind. So können Fluidfilter z. B. zur Entölung von Druckluft verwendet werden. Derartige Fluidfilteranordnungen werden auch als Luftentölboxen bezeichnet, welche zur Entölung von Druckluft dienen, die durch öleinspritzende Kompressoren erzeugt wird. Die mit diesen Kompressoren erzeugte Druckluft ist daher ölbelastet und muss vor der Verwendung, z. B. der Einspeisung in ein Druckluftnetz, mit Hilfe von Luftentölelementen entölt werden. Solche Luftentölelemente mit einem eigenen drucksicheren Gehäuse sind Fluidfilteranordnungen, die Luftentölboxen genannt werden.
Eine Entölung der Druckluft wird dadurch erreicht, dass das Luft-Öl-Gemisch in Nebelform einen Hauptabscheider und einen nachgeschalteten Nachabscheider durchströmen muss. Das feine Ölaerosol wird in dem Hauptabscheider zu größeren Tropfen zusammengeführt, welche schließlich im Nachabscheider aufgefangen und abdrainiert werden.
Die EP 2 105 184 A2 illustriert einen Filter mit einem Filtertopf und einem darin aufgenommenen Filtereinsatz, sowie einer stirnseitig am Filtereinsatz angeordneten Endscheibe mit einem Vorabscheider.
Es ist wünschenswert, die Filterleistung, insbesondere bei der Verwendung als Luftentöler, von Druckluft zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fluidfilteranordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Fluidfilteranordnung mit einem insbesondere drucksicheren Gehäuse, umfassend eine Stirnscheibe und ein zweistufiges Filterelement mit einem Hauptabscheider und einem dazu konzentrisch angeordneten Nachabscheider, welche in einer Strömungsrichtung nacheinander geschaltet sind, gelöst. Eine dritte Stufe ist durch einen Vorabscheider gebildet, der innerhalb des Gehäuses zwischen der Stirnscheibe und dem Filterelement in Reihe zu dem Hauptabscheider und dem Nachabscheider angeordnet ist.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Filtern von Fluid, insbesondere zum Entölen von Druckluft, gelöst. Dabei wird das Fluid in einer Fluidfilteranordnung dreistufig gefiltert. Das Fluid durchströmt hintereinander zunächst einen Vorabscheider, dann einen Hauptabscheider und schließlich einen Nachabscheider. Das Verfahren wird insbesondere unter Verwendung einer Filteranordnung wie hier und im Folgenden beschrieben durchgeführt.
Mittels der zusätzlichen Vorabscheidung in einem Einlassbereich der Fluidfilteranordnung kann ein Ölangebot auf dem Hauptabscheider reduziert werden.
Diese dritte, vorgeschaltete Abscheidestufe kann ein Druckverlust in den nachgeschalteten Stufen reduziert werden. Damit kann der Gesamtdruckverlust der Fluidfilteranordnung verringert werden.
Dadurch kann es auch ermöglicht werden, die Betriebskosten des Kompressors zu senken.
Es ist möglich, die Standzeit des Filterelementes auf diese Weise zu verlängern.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass der Hauptabscheider und der Nachabscheider radial durch einen Zwischenraum beabstandet sind.
Ein einfacher Aufbau kann dadurch erreicht werden, wenn der Hauptabscheider und der Nachabscheider über Scheiben verbunden sind.
In einer weiteren Ausführung kann der Vorabscheider in einem Zwischenraum zwischen der Stirnscheibe, mit welcher das Gehäuse verschlossen ist, und dem Filterelement angeordnet sein. Somit kann die dritte Stufe im Einlassbereich der Filteranordnung angeordnet werden, wodurch ein Gesamtaufbau nur unwesentlich vergrößert wird.
In einer noch weiteren Ausführung kann der Vorabscheider Leitelemente aufweisen. Damit kann mittels einer Umlenkung der Fluidströmung bewirkt werden, dass sich die abzuscheidenden Stoffe allein durch Trägheit abscheiden können.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass jedes Leitelement einen Eintrittsabschnitt und einen damit verbundenen Austrittsabschnitt aufweist. Der Austrittsabschnitt kann in einer bevorzugten Ausführung zu dem Eintrittsabschnitt in einem im Wesentlichen rechten Winkel angeordnet sein. Der Vorabscheider ist dabei vorzugsweise in der Art eines Zyklonabscheiders zum Durchführen einer Zyklonvorfilterung ausgestaltet.
In einer weiteren Ausführung kann der Vorabscheider ein separates, einzulegendes oder einzusetzendes Bauteil sein. Dabei kann dieser aus Kunststoff gebildet sein. Natürlich ist auch eine Herstellung aus einem metallischen Werkstoff möglich. Kombinationen verschiedener Werkstoffe sind ebenso denkbar.
In einer alternativen Ausführung kann der Vorabscheider einstückig mit der Stirnscheibe ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Fluidfilteranordnung eine Luftentölbox zur Entölung von Druckluft sein.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen des Filterelements oder der Fluidfilteranordnung. Babel wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen dabei:
1 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Ausführungsform einer Fluidfilteranordnung;
2 eine vergrößerte schematische Ansicht des Ausschnitts II der Ausführungsform nach 1; und
3 die vergrößerte schematische Ansicht des Ausschnitts II der Ausführungsform nach 1 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Vorabscheiders.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine Fluidfilteranordnung 1 dargestellt, welche auch als Luftentölbox bezeichnet wird und zur Entölung von Druckluft dient. Die Fluidfilteranordnung 1 umfasst dabei ein Gehäuse 2, das als Aufnahme für ein Filterelement 4 dient. Das Gehäuse 2 weist an einer in der 1 untenliegenden Seite eine Stirnseite 3 auf, welche von einer Endscheibe 10 verschlossen ist. Die andere, in der 1 obenliegende Seite ist verschlossen. Das Gehäuse 2 ist z. B. kreiszylindrisch ausgebildet. Es kann z. B. aus einem metallischen Werkstoff, einem geeigneten Kunststoff oder einer Kombination daraus hergestellt sein. Es kann außerdem drucksicher sein.
Das Filterelement 4 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und hier ebenfalls kreiszylindrisch ausgeführt. Andere Formen sind selbstverständlich denkbar. Das Filterelement 4 weist zwei konzentrisch angeordnete Abscheidestufen auf, von denen ein Hauptabscheider 7 außen und ein Nachabscheider 8 innen angeordnet ist. Der Hauptabscheider 7 ist z. B. ein Luftentölelement. Er ist aus einem geeigneten Filterwerkstoff hergestellt. Zwischen dem Hauptabscheider 7 und dem Nachabscheider 8, welcher ebenfalls z. B. als Luftentölelement aufgebaut ist, befindet sich ein Zwischenraum 9, durch welchen der Hauptabscheider 7 und Nachabscheider 8 radial voneinander beabstandet sind. Der Nachabscheider 8 weist auch einen geeigneten Filterwerkstoff auf.
Weiterhin weist das Filterelement 4 ein Stützelement 6 auf, welches fluiddurchlässig und beispielsweise in der Art eines Gitters oder einer unterbrochenen oder gelöcherten Stange ausgeführt ist. Das Stützelement 6 ist innerhalb des Nachabscheiders 8 angeordnet und legt einen Innenraum des Filterelementes 4 fest. Als Material des Stützkörpers 6 dient beispielsweise Kunststoff. Der Stützkörper 6 kann auch aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Natütrlich sind auch Kombinationen aus Metall und Kunststoff oder anderen Werkstoffen möglich. Auf den Stützkörper 6 ist der Nachabscheider 8, z. B. als eine Art Filterwickel, aufgebracht.
Das Filterelement 4 ist an seinem oberen Ende, das zur geschlossenen Seite des Gehäuses 2 weist, mit einer nicht näher bezeichneten Scheibe 21 verschlossen. An seinem unteren Ende ist ebenfalls eine Scheibe 22 mit einer zentralen Öffnung angeordnet, wobei diese Öffnung von einem Kragen oder Hals 5 umgeben ist, der zur Stirnseite 3 des Gehäuses 2 weist. Diese Scheiben 21, 22 dienen auch zur Halterung von Stützkörper 6, Hauptabscheider 7 und Nachabscheider 8. Durch die Halterung von Stützkörper 6, Hauptabscheider 7 und Nachabscheider 8 in den Scheiben 21, 22 ist der Zwischenraum 9 festgelegt.
An der geschlossenen Seite des Gehäuses 2 ist das Filterelement 4 aber eine nicht näher beschriebene Feder abgestützt. An der Stirnseite 3 des Gehäuses 2 ist der Hals 5 des Filterelementes 4 mit einem Stutzen 11 der Stirnscheibe 10 verbunden. Dabei umgibt der Hals 5 den Stutzen 11 fluiddicht, wobei diese Verbindung durch die Feder axial mit einer Kraft beaufschlagt wird. Diese Verbindung kann z. B. auch mittels einer Klebeverbindung hergestellt sein.
Die Stirnscheibe 10 ist in nicht weiter erläuterter Weise mit dem Gehäuse 2 drucksicher verbunden. Der Stutzen 11 der Stirnscheibe 10 umgibt einen Fluidauslass 12, welcher mit dem Innenraum des Filterelementes 4 kommuniziert. Konzentrisch zu der Fluidauslassöffnung 12 sind Fluideinlassöffnungen 13 angeordnet, welche mit einem Einlassbereich 14 kommunizieren. Der Einlassbereich 14 ist ein umfänglicher Raum, welcher zwischen dem unteren Ende des Filterelementes 4, das mit der unteren Scheibe 22 mit dem Hals 5 versehen ist, und der Innenseite der Stirnscheibe 10 angeordnet ist. Dieser Zwischenraum 14 ist an seinem Außenrand von dem Gehäuse 2 begrenzt und kommuniziert mit einem zylindrischen Raum, der zwischen der Außenseite des Hauptabscheiders 7 und der Innenseite des Gehäuses 2 angeordnet ist.
Innerhalb des Einlassbereiches 14 ist ein Vorabscheider 15 angeordnet, welcher unten noch näher beschrieben wird.
Der Vorabscheider 15, Hauptabscheider 7 und Nachabscheider 8 sind in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet.
2 zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht des Ausschnitts II der Ausführungsform nach 1. Hier ist der Einlassbereich 14 mit dem Vorabscheider 15 vergrößert dargestellt. Eine Strömungsrichtung 20 ist durch einen Pfeil angedeutet.
Der Vorabscheider 15 im Einlassbereich 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Kreuzsymbol schematisch angegeben. Der Vorabscheider 15 wird von dem Fluid, insbesondere Druckluft, durchströmt und führt eine Vorabscheidung von Stoffen, insbesondere von Öl, aus dem Fluid durch. Damit wird eine Abscheidung dieser Stoffe an dem Hauptabscheider 7 reduziert. Außerdem verringert diese dritte vorgeschaltete Abscheiderstufe vor den anderen zwei Abscheiderstufen, nämlich dem Hauptabscheider 7 und dem Nachabscheider 8, Druckverlust in diesen weiteren zwei Abscheiderstufen. Somit wird auch ein Gesamtdruckverlust der Fluidfilteranordnung 1 verringert. Gleichzeitig verlängert sich eine Standzeit des Filterelementes 4.
Der Vorabscheider 15 kann z. B. ein separates Bauteil sein, welches in den Einlassbereich 14 zwischen der Innenseite der Stirnscheibe 10 und der Unterseite des Filterelementes 4 eingesetzt werden kann. Dieses separate Bauteil kann beispielsweise auch an der Unterseite des Filterelementes 4 oder/und der Innenseite der Stirnscheibe 10 angebracht werden, z. B. durch Einsetzen in eine dafür vorgesehene Aufnahme. Eine Befestigung kann ebenfalls möglich sein, z. B. durch Einklipsen. In einer anderen Ausführung ist der Vorabscheider 15 mit der Stirnscheibe 10 einstückig ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass der Vorabscheider 15 an der Unterseite des Filterelementes 4 angebracht ist, z. B. einstückig mit dessen unterer Scheibe 22 ausgebildet ist.
Der Vorabscheider 15 leitet das durch die Einlassöffnungen 13 einströmende Fluid durch Umlenken an bestimmten Abschnitten z. B. zunächst radial nach außen und dann axial nach oben in den Raum zwischen Hauptabscheider 7 und Gehäuse 2. Auch eine Verwirbelung ist möglich. So kann der Vorabscheider 15 z. B. eine Art Leitschaufelgestalt aufweisen, welche das einströmende Fluid zunächst radial nach außen, dann in Umfangsrichtung und dann in Axialrichtung des Gehäuses 2 umlenkt. Dabei kann eine Beschleunigung des Fluids erfolgen. Dies bewirkt ein Abscheiden von in dem Fluid mitgeführten Stoffen, z. B. Öl in Druckluft, beispielsweise durch Schwerkraft und Trägheit.
Man kann bei der Ausführungsform des Vorabscheiders auch von einem Zyklonabscheider sprechen. Beispielsweise kann die Form der Abscheiderschaufeln 15 für eine Zyklonfilterung eingerichtet sein.
3 zeigt die vergrößerte schematische Ansicht des Ausschnitts II der Ausführungsform nach 1 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Vorabscheiders 15.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Vorabscheider 15 Leitelemente 16 auf, von denen hier nur eines schematisch dargestellt ist. Diese Leitelemente 16 sind auf dem Umfang des Einlassbereiches 14, z. B. auf der Innenseite der Stirnscheibe 10 verteilt angeordnet. In dieser Ausührungsform sind die Leitelemente 16 des Vorabscheiders 15 als Leitschaufeln ausgebildet. Jedes Leitelement 16 weist einen Eintrittsabschnitt 17, einen Verbindungsabschnitt 18 und einen Austrittsabschnitt 19 auf. Der Eintrittsabschnitt 17 liegt im Wesentlichen parallel zu einer radialen Richtung. Der Austrittsabschnitt 18 ist von dieser radialen Richtung zum Innenraum des Gehäuses 2 hin abgebogen oder abgewinkelt. Beispielsweise kann er in einem Winkel im Bereich von z. B. 90° ± 15 ... 45° zum Eintrittsabschnitt 17 angeordnet sein. Natürlich sind auch andere Winkel denkbar. Der Austrittsabschnitt 18 kann auch mehrere unterschiedliche Winkel hintereinander aufweisen. Eintrittsabschnitt 17 und Austrittsabschnitt 18 sind durch einen Verbindungsabschnitt 18 verbunden, welcher winklig oder gerundet ausgebildet sein kann. Auch Verwindungen dieser Leitelemente 16 sind natürlich möglich.
Der Vorabscheider 15 kann aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass er aus Metall sein kann. Kombinationen von Werkstoffen sind selbstverständlich auch möglich.
Die Fluidfilteranordnung 1 ermöglicht ein Filtern von Fluid, insbesondere ein Entölen von Druckluft, wobei zunächst das zu reinigende Fluid durch die Fluideinlassöffnungen 13 der Stirnscheibe 10 des Gehäuses 2 in den Einlassbereich 14 zwischen der unteren Scheibe 22 des Filterelementes 4 und der Innenseite der Stirnscheibe 10 strömt. Zunächst strömt das zu reinigende Fluid radial, wie durch einen Pfeil in Strömungsrichtung 20 in 2 und 3 angedeutet, durch den Zwischenraum 14 in den Vorabscheider 15, insbesondere in die Leitelemente 16 des Vorabscheiders. Dabei erfolgt eine Vorabscheidung von Stoffen durch Trägheit, wenn das Fluid durch den Vorabscheider 15 umgelenkt wird. Eine Umlenkung der Fluidströmung erfolgt dann direkt von radialer in axiale Richtung oder/und von radialer in eine spriralförmige Richtung um die Mittelachse des Gehäuses 2 herum. Danach strömt das Fluid durch den nachgeschalteten Hauptabscheider 7, den Zwischenraum 9, durch den Nachabscheider 8 in den Innenraum des Stützkörpers 6, aus welchem es durch den Fluidauslass 12 wieder austritt.
Somit ist mit der Fluidfilteranordnung 1 auch die Durchführung eines Verfahrens zum Filtern von Fluid, insbesondere ein Entölen von Druckluft, ermöglicht. Dabei wird das Fluid dreistufig entölt, wobei das Fluid zunächst den Vorabscheider 16, dann den Hauptabscheider 7 und schließlich den Nachabscheider 8 durchströmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2105184 A2 [0004]

Claims

Fluidfilteranordnung (1) mit einem Gehäuse (2), umfassend eine Stirnscheibe (10) und ein zweistufiges Filterelement (4) mit einem Hauptabscheider (7) und einem dazu konzentrisch angeordneten Nachabscheider (8), welche in einer Strömungsrichtung nacheinander geschaltet sind, wobei eine dritte Stufe durch einen Vorabscheider (15) gebildet ist, der innerhalb des Gehäuses (2) zwischen der Stirnscheibe (10) und dem Filterelement (4) in Reihe zu dem Hauptabscheider (7) und dem Nachabscheider (8) angeordnet ist.
Fluidfilteranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Hauptabscheider (7) und der Nachabscheider (8) radial durch einen Zwischenraum (9) beabstandet sind.
Fluidfilteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hauptabscheider (7) und der Nachabscheider (8) mit Hilfe von Scheiben (21, 22) verbunden sind.
Fluidfilteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Vorabscheider (15) in einem Zwischenraum (14) zwischen der Stirnscheibe (10), mit welcher das Gehäuse (2) verschlossen ist, und dem Filterelement (4) angeordnet ist.
Fluidfilteranordnung (1) nach Anspruch 4, wobei der Vorabscheider (15) Leitelemente (16) aufweist.
Fluidfilteranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei jedes Leitelement (16) einen Eintrittsabschnitt (17) und einen damit verbundenen Austrittsabschnitt (19) aufweist.
Fluidfilteranordnung (1) nach Anspruch 6, wobei der Austrittsabschnitt (19) zu dem Eintrittsabschnitt (17) in einem im Wesentlichen rechten Winkel angeordnet ist.
Fluidfilteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Vorabscheider (15) ein separates Bauteil ist.
Fluidfilteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Vorabscheider (15) einstückig mit der Stirnscheibe (10) ausgebildet ist.
Fluidfilteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fluidfilteranordnung (1) eine Luftentölbox zur Entölung von Druckluft ist.
Verfahren zum Filtern von Fluid, insbesondere zum Entölen von Druckluft, wobei das Fluid in einer Fluidfilteranordnung (1) dreistufig gefiltert wird, wobei das Fluid zunächst einen Vorabscheider (16), dann einen Hauptabscheider (7) und schließlich einen Nachabscheider (8) hintereinander durchströmt.