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Die Erfindung betrifft ein Filterelement, zumindest bestehend aus
- - einer plissierten, hohlzylindrischen Filtermatte,
- - einem mit Fluiddurchlässen versehenen Stützrohr,
- - einem Vliesmantel, der die Filtermatte außenumfangsseitig umfasst, und
- - zwei Endkappen zwischen denen die Filtermatte, das Stützrohr und der Vliesmantel angeordnet sind.
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Durch
EP 1 015 095 B1 ist ein Filterelement mit einem fluiddurchlässigen Stützrohr bekannt, das von einer Filtermatte umgeben ist, die wiederum von einem einen Filterraum begrenzenden Filtermantel mit Durchlässen umschlossen ist und mit zwei stirnseitig angeordneten Endkappen, wobei der Filtermantel aus einem Kunststoffmaterial besteht, der aus einem ebenen Zuschnitt gebildet ist, dessen beide aufeinander zugebogenen Enden unter Bildung des Filterraumes über eine durch eine Heißklebe-, Heizelement- oder Ultraschall-Schweißverfahren hergestellte Verbindungsnaht fest miteinander verbunden sind, wobei die zum Zylinder aufgefaltete Filtermatte, die auf das Stützrohr aufgeschoben wird, einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Filtermantels, und wobei die Filtermatte an einem ihrer stirnseitigen Enden derart zusammengefasst ist, dass ein Konus entsteht, der das Einführen in den zylindrischen Filtermantel erleichtert.
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Hieraus ergibt sich ein passgenauer Einbau der Filtermatte innerhalb des Filterelementes, so dass sich die Filtermatte unmittelbar am Filtermantel und am Stützrohr abstützen kann und derart abgestützt unempfindlich gegen Druck-Wechselbeanspruchungen im Filterbetrieb ist.
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Durch
DE 10 2019 107 316 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes für die Filtration eines Fluids bekannt, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, mit einem Filterbalg, der ein durchströmbares Filtermaterial aufweist, wobei der Filterbalg mit einer Außenhülle verbunden und die Außenhülle vor dem Verbinden mit dem Filterbalg bedruckt wird, wobei
- - eine Trägerbahn aus dem Material der Außenhülle dem Filterelement kontinuierlich zugeführt wird,
- - die Trägerbahn zumindest in einem Abschnitt planar geführt wird,
- - die Trägerbahn im Bereich des planaren Abschnitts im Digitaldruckverfahren bedruckt wird,
- - die bedruckte Trägerbahn um den Filterbalg gewickelt und zur Bildung der Außenhülle mit diesem verbunden wird, wobei zum Verbinden der Außenhülle mit dem Filterbalg eine erste Kleberaupe auf den Filterbalg aufgebracht wird und eine erste Lage der Außenhülle mit der ersten Kleberaupe zur Bildung einer ersten Verbindungsnaht in Berührung gebracht wird, und
- - eine zweite Kleberaupe auf die Außenseite der ersten Lage aufgebracht wird, die sich entlang der ersten Verbindungsnaht erstreckt und diese zumindest teilweise überdeckt, insbesondere vollständig überdeckt.
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Im Unterschied zu sonstigen Lösungen wird nicht das fertige Filterelement mit der bereits verbundenen Außenhülle, wie beim Tampondruckverfahren, bedruckt; vielmehr wird die Außenhülle vor dem Verbinden mit dem Filterelement bedruckt und zwar mit einem Digitaldruckverfahren. Des Weiteren betrifft die genannte Entgegenhaltung ein Filterelement, das nach diesem Verfahren hergestellt ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement zu schaffen, das unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösungen weitere Verbesserungen mit sich bringt. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Vliesmantel aus einzelnen Bikomponentenfasern aufgebaut ist, die einen Kern sowie einen Mantel aus Kunststoffmaterialien aufweisen und die in Form von Endlosfilamenten thermisch miteinander verbunden sind, lässt sich der Vliesmantel mit einer hohen Funktionalität versehen und kann vergleichbar der Filtermatte dem Abreinigen von Partikelverschmutzung und/ oder Varnish aus einem Fluidstrom dienen und insoweit bei gleicher Filterfunktionalität einen Vorfilter zum Hauptfilter mit der Filtermatte bilden. Insbesondere sind die Bikomponentenfasern aus Endlosfilamenten gebildet, die thermisch miteinander verbunden einen Spinnvliesstoff mit fasriger Struktur ergeben, der sich vielfältigst einsetzen lässt.
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Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Kern einer Bikomponentenfaser aus Polyester und der Mantel aus Polyamid besteht. Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, wenn der Polyesteranteil einer Bikomponentenfaser im Bereich von 50 bis 75% und der Polyamidanteil in einem Bereich von 25 bis 50% liegt. Die zum Einsatz kommenden Faserquerschnitte können oval, sternförmig, trilobal, rautenförmig, rechteckförmig, insbesondere quadratisch und vieles mehr sein; bevorzugt ist jedoch eine runde Faserquerschnittsform vorgesehen.
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Der Vliesstoff des Vliesmantels ist bevorzugt offenporig ausgestaltet und kann mit organischen Partikeln, wie Aktivkohle, versehen sein, was regelmäßig zu einer schwarzen Farbgestaltung für den Vliesmantel führt. Der Carbongehalt bezieht sich als Angabe prozentual unter Bezugnahme auf das Flächengewicht. So ist der Carbongehalt bevorzugt größer als 5% bezogen auf das Flächengewicht des Vlieses, insbesondere in Form von amorphem Kohlenstoff. Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass der Polyesterkern aus PET und der Polyamidmantel aus PA-6-Kunststoffmaterial besteht. Andere Materialkombinationen sind hier möglich. Dank des eingesetzten Carbons respektive Kohlenstoffs ist das Filterelement elektrisch ableitfähig. Insbesondere kommt es auch zu einer Reduktion der elektrostatischen Fluidaufladung in Verbindung mit der Komponente Filtermatte.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements ist vorgesehen, dass der Faserdurchmesser einer Bikomponentenfaser zwischen 15 bis 300 µm liegt, vorzugsweise 26 µm beträgt, dass der Durchmesser des Polyesterkerns zwischen 18 bis 25 µm liegt, vorzugsweise 22 µm beträgt, und dass die Wandstärke des Polyamidmantels zwischen 1,5 bis 3,25 µm liegt, vorzugsweise 2 µm beträgt. Dergestalt entsteht ein elastisches Verhalten durch die besondere Materialstruktur des Vliesmantels bis zu ca. 30%.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements ist vorgesehen, dass der Vliesmantel aus einem ebenen Zuschnitt besteht, der mit seiner offenporigen Faserstruktur hochgestellt einen Hohlzylinder bildet. Vorzugsweise werden dabei die freien hochgestellten Längsränder des Zuschnittes unter Bilden des hohlzylindrischen Vliesmantels auf Stoß oder mit vorgebbarem Überstand übereinanderliegend miteinander dauerhaft verschweißt, insbesondere unter Verwendung eines Ultraschall-Schweißverfahrens, wobei die jeweils gebildete Schweißnaht offenporig bleibt. Dadurch, dass das angesprochene spezielle Verbindungsverfahren mittels Ultraschallschweißen das Material des Vliesmantels weitgehend unbeeinträchtigt lässt, insbesondere auch weil die gebildete Schweißnaht offenporig bleibt, ergibt sich eine deutlich erhöhte Schmutzaufnahmekapazität für den Vliesmantel als dem Vorfilter im Verbund mit der Filtermatte als dem Hauptfilter.
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Bevorzugt ist dabei weiter vorgesehen, dass der Vliesmantel, gebildet aus dem ebenen Zuschnitt, ein Flächengewicht zwischen 10 bis 500g/m2 aufweist, dass die Materialdicke des Vliesmantels zwischen 0,05 bis 1,5 mm liegt, vorzugsweise 0,5 mm beträgt, und dass die Luftdurchlässigkeit des Vliesmantels zwischen 2000 bis 10000 l/m2/s liegt, vorzugsweise im Wesentlichen 4200 l/m2/s beträgt. Hieraus ergibt sich, dass der Vliesmantel eine Dicke aufweist, die derart transluzent gewählt ist, dass von der Umgebung her betrachtet ein Teil der Oberfläche der Filtermatte sichtbar ist, so dass insbesondere von außen her zumindest teilweise die Position der einzelnen Filterfalten der Filtermatte unter dem Vliesmantel auf ihre korrekte Abstandslage zueinander beobachtbar ist. Ferner ergibt sich durch die besondere Faserstruktur eine homogene Durchströmung des Elements und durch das bereits angesprochene elastische Verhalten ist eine rückwärtige Durchströmung des Elements im Bedarfsfall begünstigt.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Vliesmantel, insbesondere vorgesehen für ein Filterelement, wie vorstehend angegeben, wobei der Vliesmantel aus Bikomponentenfasern besteht mit einem Flächengewicht des Vliesmantels zwischen 10 bis 500 g/m2, wobei die Materialdicke des Vliesmantels 0,05 bis 1,5 mm beträgt, und wobei die Luftdurchlässigkeit des Vliesmantels 2000 bis 10000 l/m2/s beträgt. Insbesondere lassen sich die Bikomponentenfasern im Bereich von ca. 200 bis 300°C thermisch miteinander verbinden, so dass besonders schonend die Vliesmantelstruktur entsteht, ohne dass es zu einer Schädigung des Kunststoff-Fasermaterials kommt.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Filterelement anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 in perspektivischer Draufsicht einzelne Komponenten des Filterelementes, wie Vliesmantel, Filtermatte und perforiertes Stützrohr im zusammengesetzten Zustand;
- 2 die Verbindung zweier Längsränder eines Zuschnitts unter Verwendung eines Ultraschall-Schweißverfahrens zum Herstellen des Vliesmantels für einen Komponentenaufbau nach der 1; und
- 3 ausgehend von dem Vorprodukt nach 1 das fertig hergestellte Filterelement mit zwei gegenüberliegend endseitig angebrachten Endkappen nebst aufgebrachter Beschriftung.
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Das nach der
1 teilweise fertiggestellte Filterelement weist eine einen Fluidraum 10 umfassende Filtermatte 12 üblicher Bauart auf. Die dahingehende Filtermatte 12 ist in Form einer plissierten, also aufgefalteten Mehrschicht-Filtermatte ausgebildet, die in der Art eines Hohlzylinders konzipiert ist. Der genannte Fluidraum 10 bildet dabei regelmäßig auch den sogenannten Filtratraum des in
1 gezeigten Elementes aus. Die Hauptfunktion der Filtermatte 12 besteht in der Filtration von Fluiden sprich in der Reduzierung einer Fluid-Verschmutzung, insbesondere in Form von partikulärer Verschmutzung. Demgemäß dient die Filtermatte 12 respektive das zugehörige Filterelement dazu, Hydraulikanlagen sowohl in mobiler als auch in stationärer Form zu schützen. Die Filtermatte 12 mit ihren einzelnen Filterlagen ist insbesondere sternförmig plissiert mit einer variablen Faltenhöhe für die einzelnen Filterfalten in der bevorzugten Größenordnung von 5 bis 50 mm. In der genannten Filtermatte 12 können verschiedenste Kunststoffmedien Verwendung finden, wie Polyester, Polyamid, Polypropylen und vieles mehr. Des Weiteren kann die Filtermatte 12 innen- und/oder außenumfangsseitig mit einem Drahtgewebe (nicht dargestellt) zur Stabilisierung versehen sein. Neben den genannten Kunststoffmedien können auch Glasfasermedien zum Einsatz kommen sowie Zellulosematerial. Sofern die Filtermatte 12 carbonhaltige Medien beinhaltet, ist einer statischen Aufladung des Fluids wirksam begegnet. Die Filtermatte 12 wird regelmäßig aus einem mehrlagigen, ebenen Zuschnitt gebildet und anschließend in plissierter Form werden im Rahmen der Aufstellung zu einem Hohlzylinder die beiden einander benachbarten, freien Mattenränder entlang einer linienförmigen Naht oder Verbindungsstelle (nicht dargestellt) miteinander verbunden, beispielsweise unter Einsatz einer Klebenahtverbindung oder unter Einsatz eines schweißbaren Verbindungsclip, wie beispielhaft in
DE 199 33 163 A1 der Schutzrechtsinhaberin aufgezeigt. Der dahingehende Naht- oder Verbindungsaufbau ist ebenso wie der angesprochene Mattenaufbau an sich üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
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Wie sich des Weiteren aus der 1 ergibt, ist passgenau die hohlzylindrisch plissierte Filtermatte 12 von einem Vliesmantel 14 umgeben, der von seiner axialen Erstreckung derart gewählt ist, dass er bündig mit den freien Stirnseiten der Filtermatte 12 nach oben und unten hin abschließt. Der Vliesmantel 14 kann aber auch hinterströmt werden, wenn er von einer oder von beiden Seiten her variabel abgesetzt gefertigt ist. D.h. der Vliesmantel 14 kann unter Freilassen der Filtermatte 12 zumindest zu einer Seite hin einen vorgebbaren Abstand zu einer benachbarten Abschluss- oder Endkappe aufweisen. Der Vliesmantel 14 wird aus einem ebenen Zuschnitt 16 aus Vliesmaterial erhalten, der entsprechend randseitig hochgestellt gemäß der Darstellung nach der 2 entlang seiner beiden Längsränder oder Längsseiten 18, 20 unter Bilden eines zylindrischen Hohlkörpers zum umfangsseitigen Vliesmantel 14 geschlossen wird. Dabei können die beiden Längsseiten 18, 20 stirnseitig unter Bilden einer Längsnaht 22 aneinanderstoßen oder die Längsseiten 18, 20 werden in Übereinanderlage nach dem Schweißen die jeweilige Längsnaht 22 bilden. Das angesprochene Längsnahtschweißen erfolgt durch Ultraschall wie in 2 angegeben zwecks Erhalt des geschlossenen hohlzylindrischen Vliesmantels 14. Werden die beiden Längsränder respektive Längsseiten 18, 20 bereichsweise übereinandergelegt, entsteht bevorzugt ein Überstand 24 vorgebbarer Breite, der dann in Blickrichtung auf die 2 gesehen von unten her auf einem leistenförmigen Amboss 26 des Ultraschallwerkzeuges flächig aufliegt und von oben her mit der in vertikaler Richtung verfahrbaren leistenförmigen Sonotrode 28 verschweißt wird, so dass die Schweißnahtverbindung in Form der Längsnaht 22 als Ganzes hergestellt ist. Anstelle der genannten Ultraschallschweißverbindung können die Längsseiten 18, 20 auch mittels eines üblichen Klebeverfahrens oder dergleichen miteinander fest verbunden werden. Im vorliegenden Fall ist die rechte Längsseite 20 unter Bilden des Überstandes 24 auf die Längsseite 18 gelegt.
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Während in der 2 der Vliesmantel 14 in seiner Vliesstruktur mit den einzelnen thermisch miteinander verbundenen Bikomponentenfasern 30 in vereinfachter Weise gezeigt ist, ist der einfacheren Darstellung wegen die dahingehende Vliesstruktur in den sonstigen 1 und 3 weggelassen. Mit Vervollständigen der Schweißnaht 22 ist jedenfalls der Vliesmantel 22 unter Aufziehen auf die Filtermatte 12 bündig auf den Faltenrücken der plissierten Filtermatte 12 festgelegt und zwar mit einer vorgebbaren Vorspannung, so dass die einzelnen Filterfalten des Faltenverbundes definiert auf Abstand zueinander gehalten sind und im Filterbetrieb nicht ungewollt sich aneinander anlegen können, um dergestalt das Filtermaterial der Filtermatte 12 zu verblocken, was die Filtrationsleistung regelmäßig beeinträchtigt.
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Eine Möglichkeit die Filtermatte 12 in den durch Schweißen oder Kleben geschlossenen Vliesmantel 22 einzustellen, besteht darin, dass die zum Hohlzylinder aufgefaltete Filtermatte 12 einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Vliesmantels 22, so dass die nachgiebige Filtermatte 12 an einem ihrer stirnseitigen Enden, hier das obere Ende, derart zusammengefasst ist, dass ein Konus (nicht dargestellt) entsteht, der das Einführen in den hohlzylindrischen Vliesmantel 22 erleichtert. Das dahingehende spezifische Verbindungsverfahren zwischen einem Filtermantel und einer hohlzylindrischen Filtermatte ist beispielhaft in
EP 1 015 095 B1 aufgezeigt und dahingehend für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Filtrationstechnologie hinreichend offenbart. Andere Verbindungstechniken sind hier möglich, beispielsweise indem die Filtermatte 12 eben passgenau in den Vliesmantel 14 eingestellt wird. In jedem Fall ist der Verbund aus Filtermatte 12 und Vliesmantel 14 innenumfangsseitig in bekannter und bewährter Weise durch ein Stützrohr 32 abgestützt, das im vorliegenden Fall als Fluiddurchlässe 34 kreisrunde Öffnungen aufweist.
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Bevor gemäß der Darstellung nach der 2 der ebene Zuschnitt 16 mit hochgestellten Längsseiten 18, 20 zum Vliesmantel 14 durch Schweißen vervollständigt wird, kann der angesprochene Zuschnitt 16 auf einer Seite mittels eines Digitaldruckverfahrens , wie einem Tintenstrahlverfahren, mit einem Aufdruck, insbesondere in Form einer Beschriftung versehen werden, die, wie dies in 3 angedeutet ist, einem Betrachter aus der Umgebung zugewandt ist. Die einzelnen Bikomonentenfasern 30 des Vliesmantels 14 bestehen aus extrudierten Endlosfasern, die während der Produktion auf Garnrollen aufgerollt werden. Zur weiteren Fertigung in Richtung eines fertigen Vliesstoffes lassen sich dann die Endlosfasern wiederum von den Garnrollen abrollen und werden nach Passieren von Kalandrierwalzen in einem Ofen bei ca. 200 bis 300° zum fertigen Vliesstoff miteinander verbunden respektive verklebt. Die dahingehende Garn- und Vliesstoff-Herstellung ist üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Die jeweilige Bikomponentenfaser 30 mit einem Kern aus Polyester und einem Mantel aus Polyamid kann sich insbesondere entlang ihrer Oberfläche weiter „ausrüsten“ lassen, beispielsweise durch hydrophobe oder hydrophile Modifikation.
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Bevorzugt liegt der Polyesteranteil einer mit 30 bezeichneten Bikomponentenfaser bei 50 bis 75% und der Polyamidanteil liegt bei 25 bis 50%, wobei bevorzugt der Polyesterkern mit Carbon ausgerüstet ist sprich bevorzugt einen Carbongehalt von größer 5% bezogen auf das Flächengewicht des Vlieses aufweist, insbesondere in Form von amorphem Kohlenstoff. Weitere technische Werte wurden bereits in der Beschreibungseinleitung im Einzelnen erwähnt, so dass um Wiederholungen zu vermeiden, diese im Folgenden nicht mehr näher erwähnt werden.
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Neben der bereits angesprochenen Farbe schwarz lässt sich die Elementoberfläche mit dem Vliesmantel 14 auch in weiß, grün u.v.m. gestalten in Abhängigkeit der jeweils aufgebrachten respektive eingetragenen Farbpartikel. Neben der Farbgebung kann als weitere Ausrüstung für das Garnmaterial auch vorgesehen sein, dass dieses flammbeständig und hitzeresistent ist sowie gegenüber UV-Strahlung aus der Umgebung sich als stabil erweist. Für eine gute Umweltverträglichkeit ist vorgesehen, dass sich das Filterelement als Ganzes recyceln oder veraschen lässt, wobei dann bevorzugt alle Komponenten des Filterelementes nach der 3 aus recycelbaren Kunststoffmaterialien bestehen einschließlich der beiden Endkappen 36 und 38 mit dem O-Dichtring 40 unter Einbezug des Stützrohres 32. Für eine dahingehende Umweltverträglichkeit ist dafür Sorge zu tragen, dass der Antimongehalt für die Endlosfaser ausgesprochen gering ist. Die einzelnen Bikomponentenfasern 30 sind entsprechend eigenstabil und weisen eine Garn-Feinheit von bevorzugt 7 bis 15 dtex auf. Bevorzugt weist die jeweilige Schrift eine Schrägstellung (nicht dargestellt) zur Längsachse des Elementes auf.
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Wie sich des Weiteren aus den 1 und 3 ergibt, sind im ineinandergestellten Zustand sprich im Verbund der Komponenten in Form des Vliesmantels 14, der Filtermatte 12 und des Stützrohres 32, deren jeweilige axiale Einbaulänge derart gewählt, dass die beiden stirnseitig an diesem Verbund mittels eines Klebstoffbettes (nicht dargestellt) gegenüberliegend festgelegten Endkappen 36, 38 zwischen sich alle Komponenten bündig aufnehmen. Alternativ kann bei einer nicht dargestellten Ausführungsform vorgesehen sein, den Vliesmantel, vorzugsweise nach beiden Seiten hin, derart abzusetzen respektive in Bezug zu der jeweils benachbarten Endkappe 36, 38 zu verkürzen, dass ein frei durchströmbarer Bereich entsteht mit der Möglichkeit der Hinterströmung. Das insoweit in der 3 fertiggestellte Filterelement ist auf der Außenseite des Vliesmantels 14 mittels des Laserdruckverfahrens beschriftet und die in Blickrichtung auf die 3 gesehen obere Endkappe 36 weist eine flanschartig nach oben sich erstreckende kreiszylindrische Öffnung 42 auf mit dem eingelegten Innendichtring in Form des elastomeren O-Dichtringes 40. Die andere untere Endkappe 38 ist demgegenüber bodenseitig geschlossen aufgeführt.
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Der dahingehende Aufbau von Filterelementen nach der 3 ist grundsätzlich üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Der Vliesmantel 14 ist zur Umgebung hin glatt, d.h. ohne vorstehendes Fasermaterial mit den Bikomponentenfasern 30 ausgeführt, so dass die Baueinheit in Form des Filterelementes gut handhabbar ist, insbesondere ist der Austausch eines verbrauchten Elementes gegen ein Neuelement derart leicht manuell durchführbar. Die bevorzugt zum Einsatz kommenden Endkappen 36, 38 sind im vorliegenden Fall aus Polyamid-Kunststoff gebildet ebenso wie das perforierte Stützrohr 32.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1 015 095 B1 [0002, 0018]
- DE 10 2019 107 316 B4 [0004]
- DE 199 33 163 A1 [0015]