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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Filters. Durch
DE 10 2016 013 166 A1 ist ein Filterelement bekannt, das als Austauschelement konzipiert ist, dessen als Hohlkörper ausgebildetes und sich zwischen zwei Abschlussteilen, insbesondere in Form von Endkappen, erstreckendes Filtermedium plissiert mit einzelnen Filterfalten ausgebildet ist, wobei das dahingehende Filtermedium ein Filtermaterial aus Zellulose aufweist.
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Das aus Zellulosematerial bestehende Filtermedium kann mit besonderem Vorteil bei der bekannten Lösung dem Abtrennen von Wasser aus Hydraulikölen dienen, wobei das Filtermedium die Wassertropfen im Wasser-Öl-Gemisch vom Volumen her vergrößert, die auf Grund des Dichteunterschieds zwischen Wasser und Öl und unter der Wirkung der Schwerkraft absinken, wobei durch Schwerkrafteinfluss ein Trennvorgang stattfindet. Das aus Zellulose bestehende Filtermedium weist eine gleichförmige Dicke von mehr als 2mm auf, mit gleich hohen Filterfalten, die mit tal- und gipfelseitig gleichen Biege- oder Faltradien versehen sind. Bei dieser gleichförmigen Dicke und der gleichförmigen Faltengeometrie ist eine starke Koaleszenzwirkung erreichbar, was eine besonders effektive Wasserabscheidung mit dem bekannten Filterkörper ermöglicht.
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Zum Herstellen des Filterkörpers aus Zellulose für ein Filtermedium wird ein Herstellverfahren eingesetzt, das mindestens die folgenden Herstellschritte umfasst:
- - Anfeuchten einer eben verlaufenden Filtermatte aus Zellulosematerial,
- - Plissieren der angefeuchteten Filtermatte mittels einer Faltmaschine,
- - Bilden eines zylindrischen Hohlkörpers,
- - Verbinden der beiden Längsseiten des Hohlkörpers mittels eines Schweiß- und/oder Klebeverfahrens, und
- - Trocknen des Filterkörpers aus Zellulose.
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Durch
DE 696 24 632 T2 ist ein Filterelement und Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Das Filterelement weist einen zylinderförmigen Abschnitt auf, der aus einer sogenannten Schlämme aus Hauptfasern und Mikrofasern geformt ist, von denen die Hauptfasern einen Faserdurchmesser von mindestens fünf Mikrometern und Mikrofasern einen Faserdurchmesser von weniger als fünf Mikrometern haben, wobei in einer Außen- und/oder Innenfläche des Zylinderabschnitts mehrere Längsfurchen ausgebildet sind, wodurch der zylinderförmige Abschnitt umlaufend dünne und dicke Abschnitte aufweist und wobei der zylinderförmige Abschnitt in seiner Umfangsrichtung einen Faserdichtegradienten aufweist, derart, dass der dicke Abschnitt eine geringe Dichte und der dünne Abschnitt demgegenüber eine hohe Dichte aufweist.
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Das bekannte Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelementes ist charakterisiert durch die Schritte:
- - Einspeisen der die Hauptfasern und die Mikrofasern enthaltenden Schlämme in einen Flüssigkeitsbehälter und
- - Einziehen der Schlämme in eine Saugeinheit, die in der Schlämme eingetaucht ist und eine Innenform mit auf ihrer Oberfläche ausgebildeten Öffnungen und sternförmigem Querschnitt und einen innerhalb der Innenform untergebrachten und mit mehreren Saugöffnungen ausgebildeten Saugzylinder aufweist, wobei die Saugöffnungen über die gesamte Zylinderoberfläche im Wesentlichen gleichmäßig angeordnet sind und die Öffnungsrate des Saugzylinders geringer als die der Innenform ist.
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Dergestalt sind Druckverluste im Filtrationsbetrieb verringert und die Filtereffizienz entsprechend erhöht. Bei derartig hergestellten Filtern hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine unzureichende Schmutzaufnahme des Fasermaterials, insbesondere aus Zellulose, vorliegt, aufgrund zu geringer Wandstärke durch den Anschwemmprozess. Die Wandstärke ist insoweit begrenzt, da die Zellulose aufgrund der Schwerkraft nicht am Werkzeug in Form der Abscheideeinrichtung haften bleibt.
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Durch
US 2017/0341004 A1 ist eine Kerzenfilter bekannt mit einem hohlzylindrischen Elementkörper, der auf einer Seite einstückig von einem gewölbten Kuppelteil verschlossen ist und auf seiner anderen, gegenüberliegenden Seite eine ringförmige Erweiterung gegenüber seinem sonstigen Außenumfang aufweist, mittels der der jeweilige Kerzenfilter zur Filtration von heißen Gasströmen in einem topfförmigen Filtergehäuse in tauschbarer Weise vertikal aufgehängt werden kann.
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Der bekannte Kerzenfilter lässt sich durch Vakuumformen in einer der Kerzenform angepassten, festen Herstellform erhalten, in die eine Suspension eingebracht wird, bestehend aus hoch temperaturfesten anorganischen Fasern, die mit mindestens einem Binder sowie einer Trägerflüssigkeit versetzt sind, um dergestalt als Zwischenprodukt einen Grünkörper zu erhalten, der anschließend getrocknet und in Richtung des fertigen Filtererzeugnis entsprechend weiter verarbeitet wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gegenüber den bekannten Verfahren ein alternatives, verbessertes Herstellverfahren zur Verfügung zu stellen.
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Eine dahingehende Aufgabe löst gemäß dem Inhalt des Patentanspruches 1 ein Verfahren zum Herstellen eines Filters aus Fasern für ein Filterelement mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten:
- - Bereitstellen einer Matrix,
- - Aufbau einer Filterwand mit allmählich zunehmender Wandstärke eines Filtermediums durch Anschwemmen der Fasern aus einer Suspension in die Matrix, und
- - Beenden des Anschwemmens nach Erhalt eines hohlen Filterkörpers, bestehend aus dem Filtermedium vorgebbarer Wandstärke, in das die Matrix zumindest teilweise eingebettet ist.
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Durch den Einsatz einer Matrix ist eine Art Stabilisator geschaffen für die angeschwemmte Faserlage, insbesondere Zelluloselage. Dank der eigenstabilen Matrix erfolgt eine Aufdickung und höhere Eigenstabilität des Fasermaterials mit einhergehender, höherer Schmutzaufnahmekapazität für das Elementmaterial. Durch den Einsatz einer eigenständigen Matrixstruktur lassen sich jedenfalls Filterelemente großer Wandstärke herstellen mit einer deutlich verbesserten Schmutzaufnahmekapazität gegenüber den bekannten Lösungen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren ist ein weitgehend ungestörter sukzessiver Aufbau des Filtermediums durch das Anschwemmen von Fasermaterial aus der Suspension erreicht, ohne dass feste Herstellformen zum Einsatz kommen müssten, die schon von vorne herein die Geometrie des Filters definiert vorgeben und insoweit einschränken.
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Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Filterelement, besteht aus mindestens einer Lage aus Fasermaterial, wie Zellulose, mit der Matrix als Stabilisator und der Möglichkeit das Fasermaterial (Zellulose) durch zusätzliche Stoffe, beispielsweise in Form verflüchtigender Platzhalter oder mittels mechanischer Bearbeitung im Hinblick auf die Porengröße offener oder geschlossener zu gestalten. Die Matrix kann dabei sichtbar aus der Zellulose ragen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Matrix aus einzelnen Fäden und/oder Fasern gebildet wird, die lose und/oder zumindest teilweise an Knotenstellen miteinander verbunden werden. Als Matrix soll dabei ein Material verstanden werden in das andere Bestandteile eingebettet sind respektive eingebettet werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiter vorgesehen, dass die Fäden oder die Fasern der Matrix in der Art eines Vlieses wahllos orientiert oder im Rahmen eines Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes mit einer vorgebbaren Ausrichtung versehen werden. In jedem Fall sind zwischen den Fäden oder den Fasern Hohlräume gebildet, die von dem angeschwemmten oder abgeschiedenen Zellulosematerial belegt werden können, um dergestalt einen eigenstabilen Zellulose-Elementaufbau für ein Filterelement zu erreichen. Dabei kann die Struktur der Matrix auch Freiräume vorgeben, welche nicht mit Zellulose befüllt werden. Insoweit ist jedenfalls die Matrix mit einer vorgebbaren Porosität versehen, wobei die Matrix auch grundsätzlich aus einer Art Schwamm gebildet sein kann mit vorzugsweise offenporigen Hohlräumen in der Schwammstruktur für das Ablegen des Zellulosematerials beim Anschwemmen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Matrix vor dem Anschwemmprozess einer thermischen Behandlung in Form von Erwärmen unterzogen wird und dass das Anschwemmen der Fasern zumindest während des anschließenden Abkühlens erfolgt. Je nach eingesetztem Kunststoffmaterial für die Matrix kann sich dieses durch Wärme entweder zusammenziehen oder ausdehnen, wodurch zusätzliche Hohlräume entlang der Fäden geschaffen werden, welche ein tieferes Eindringen eines Fluids in die Zellulose ermöglicht oder die Zellulose wird entsprechend gestaucht, was dem Fluid ein Eindringen in die Zellulose erschwert, so dass dergestalt das Einstellen der Filterfeinheit ermöglicht ist. Auch können beim Abkühlen des Matrixmaterials Hohlräume entlang der Fäden innerhalb der Zellulose entstehen, die dann nicht mit Fasermaterial, wie Zellulose, befüllt sind und weitere Einstellmöglichkeiten für das Herbeiführen einer vorgebbaren Filterfeinheit ermöglichen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Filterkörper während oder nach seiner Herstellung weiteren Verfahrensschritten unterzogen wird, wie einer
- - Ultraschallbehandlung und/oder
- - Pressen und/oder
- - Trocknen.
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Gerade durch eine mechanische Bearbeitung lässt sich der Filterkörper von seiner Porigkeit her offener oder geschlossener gestalten.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Fäden und/oder Fasern der Matrix aus Kunststoff und/oder Metallwerkstoffen erhalten werden. Insbesondere können Kunststoffmaterialien zum Einsatz kommen die Haftflächen ausbilden für das Anhaften des angeschwemmten Fasermaterials, insbesondere in Form der Zellulosefasern.
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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Matrix als flaches Bandmaterial zu einem hohlzylindrischen, eigenstabilen Stützkörper aufgestellt wird, so dass bereits während des Anschwemmprozesses der hohle Filterkörper eigenstabil ist, was dem weiteren, prozesssicheren Aufbau des Elementmaterials zugute kommt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Suspension in einem Tank bevorratet wird, in dem unterhalb eines Flüssigkeitsniveaus im Tank eine Abscheideeinrichtung aufgenommen ist, die von der Matrix umfasst ist und dass mittels einer an einer Abscheideeinrichtung wirkenden Unterdruckeinrichtung derart ein Druckgradient aufgebaut wird, dass sich die Fasern unter Aufbau der Filterwand durch Anschwemmen ablagern. Dergestalt kommt es zu einem homogenen Filtermattenaufbau bei gleichmäßiger Faserverteilung, was eine Voreinstellung im Rahmen der gewünschten Filtrationsleistung betreffend die Filterfeinheit erlaubt. Insbesondere bei einer Segmentierung der Abscheideeinrichtung in unterschiedliche Druckbereiche lassen sich dann mittels der Unterdruckeinrichtung dergestalt unterschiedliche Druckgradienten entlang der Außenwand der Abscheideeinrichtung aufbauen, so dass unterschiedlichste Geometrien für den Filterkörper je nach späterem Anwendungsfall erzielt werden können. So lässt sich dergestalt beispielsweise im fußseitigen Bereich des Filterkörpers eine dickere Wandstärke erreichen als im kopfseitigen Bereich. Insbesondere lässt sich im Rahmen des Anschwemmens von Fasermaterial in Richtung der Innenseite des Filterkörpers ein dichter Fasermaterialauftrag erreichen, als auf der gegenüberliegenden Außenseite. Dieser graduelle Aufbau führt zu einem günstigen Filtrationsverhalten von Fluidströmen, die von außen nach innen das Elementmaterial durchqueren. Anstelle der Verwendung eines hohlzylindrischen Stützkörpers als Matrix respektive Stabilisator lassen sich auch andere Geometrien einsetzen. Beispielsweise könnte die Matrix als Rotationshyperboloid ausgebildet sein, was zu einer erhöhten Fasereinbindung in die Matrix an deren Fuß- und Kopfteil führt.
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In jedem Fall lassen sich dergestalt nahtfreie respektive nahtlose Filterkörper schaffen, die insoweit umfangsseitig geschlossen ausgebildet sind und einen gleichmäßigen Wandstärkenaufbau haben, der durch die Einlagerung der Matrix entsprechend ausgesteift ist. Je nach gewählter Wandstärkendicke für den Filterkörper unter Einbezug der Matrix, lassen sich sowohl die mechanische Belastbarkeit im späteren Filtrationsbetrieb vorgeben als auch eine die Stabilität bewirkende Festigkeit, so dass sich je nach Wandstärkenaufbau Filterkörper und später Filterelemente herstellen lassen, die an die unterschiedlichsten Filtrationsaufgaben angepasst werden können, was so keine Entsprechung im Stand der Technik hat.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Abscheideeinrichtung im Tank verbleibt und der jeweils erhaltende Filterkörper von der Abscheideeinrichtung abgezogen aus dem Tank entnommen wird oder dass die Abscheideeinrichtung in der Art eines Stützrohrkörpers ausgebildet zusammen mit dem Filterkörper aus dem Tank entnommen wird. Da die im Tank anzuordnete Abscheideeinrichtung in der Art eines Herstellwerkzeuges vergleichbar einem üblichen Stützrohrkörper für das Filterelementmaterial angepasst sein kann, ist insoweit die Möglichkeit eröffnet zur Vervollständigung in Richtung einer kompletten Filterelementes die Abscheideeinrichtung als Stützrohrkörper im Filterkörper zu belassen, wobei bevorzugt die Matrix eine verlässliche Verbindung mit einem dahingehenden Stützrohrkörper eingeht. Andererseits garantiert ein Verbleib der Abscheideeinrichtung im Tank eine rasche Abfolge von herzustellenden Filterkörpern im Rahmen einer rationalisierten Fertigung.
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Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren weiter vorgesehen, dass das Anschwemmen der Fasern aus der Suspension frühestens nach Erhalt eines an einem Ende geschlossenen Filterkörpers, bestehend aus dem Filtermedium vorgebbarer Wandstärke, dessen integraler Bestandteil die eine stabile Matrix ist, beendet wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der an dem Ende geschlossen ausgebildete Filterkörper zwecks Erhalt eines hohlzylindrischen Elementaufbaus mit zwei gegenüberliegenden Mittenöffnungen unter Wegfall des geschlossenen Endes freigeschnitten wird. Dergestalt ergibt sich eine glatte Schnittkantengeometrie, die die Anbindung einer Endkappe an das Elementmaterial, beispielsweise im Rahmen einer Klebung, verbessert.
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Das geschlossene Ende des Filterkörpers, das bevorzugt aus einer Kuppel gebildet wird, insbesondere in Form einer Schale, besonders bevorzugt in Form einer hohlen Halbkugel, erhöht neben der eingelagerten Matrix gleichfalls die Eigenstabilität an einem freien Ende des Elementkörpers, so dass sich der Anschwemmprozess mit dem Fasermaterial besonders prozesssicher durchführen lässt. Sofern das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines Filterkörpers erlaubt, der zwischen zwei Endkappen aufgenommen wird, ist als Ganzes eine handelbare und insoweit tauschbare Filter-Baueinheit geschaffen, die sich für verschiedenste Filtrationsaufgaben in Vorrichtungsgehäusen einsetzen lässt.
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Insoweit ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine Endkappe mit einer Dichteinrichtung versehen wird, die in Richtung der benachbarten Mittenöffnung des Filterkörpers angeordnet wird. Dank der Dichteinrichtung lässt sich das Filterelement an Drittbauteile, beispielsweise an fluidführende Komponenten in einem Vorrichtungs- oder Filtergehäuse, anschließen.
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In Ergänzung der vorstehend beschriebenen Lösungen kann das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen, dass der aus Fasermaterial aufgebaute Filterkörper von einem weiteren Filtermedium, vorzugsweise in plissierter Form, umgeben wird, um dergestalt mittels des weiteren Filtermediums eine wirksame Partikelabreinigung in einem Unfiltratstrom zu erreichen, der den Filterkörper respektive das Filterelement durchquert und das aus angeschwemmten Fasern aufgebaute Filterelement mit Matrix kann dem Abscheiden von sogenanntem Varnish respektive Ölalterungsprodukten aus einem Fluidstrom dienen und/oder wie bereits im Stand der Technik beschrieben die Wasserabscheidung unterstützen im Hinblick auf die Koaleszenzwirkung des eingesetzten Fasermaterials. Insbesondere versteht man unter Varnish temperaturlösliche, meist gelartige Alterungsprodukte des Öls bzw. dahingehende Verschmutzungen. Von besonderem Vorteil ist dabei den Einsatz von Zellulosefasern vorzusehen, die unter Bildung einer Suspension in reichlich Wasser aufgenommen sind, wobei die Suspension mit weiteren Bestandteilen versehen sein kann, wie mit Füllstoffen, Additiven und Filter-Hilfsmitteln. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren braucht aber nicht auf Zellulosefasern eingeschränkt zu sein. Letztendlich ist jeder Faserwerkstoff geeignet, der sich in Suspension bringen lässt und der den späteren Filtrationsaufgaben genüge tut sowie sich gut an eine Matrix ein- oder anbinden lässt.
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Das erfindungsgemäße Herstellverfahren unter Einsatz der Matrix als Stabilisator führt zu eigenstabilen Filterkörpern und daraus gebildeten Filterelementen, deren Filtermedium mit vorgebbarer Wandstärke nahtfrei sich in einer Vielzahl von geometrischen Formen ausgestalten lässt.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Herstellvorrichtung sowie der damit erhaltenen Erzeugnisse näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 einen stark vereinfachten Aufbau der Herstellvorrichtung;
- 2 einen Filterkörper wie er mit der Herstellvorrichtung nach 1 erhalten ist;
- 3 und 4 den Filterkörper nach der 2, der in einem weiteren Herstellschritt mittels endseitigem Durchschneiden nach der 3 einen hohlzylindrischen Filterkörper nach der 4 ergibt;
- 5, 6 und 7 einmal im Längsschnitt, einmal in Unteransicht und einmal in perspektivischer Draufsicht den Filterkörper nach der 2 mit eingesetztem Stützrohrkörper unter Bildung eines Filterelementes als Ganzes;
- 8, 9 und 10 einmal im Längsschnitt, einmal in Unteransicht und einmal in perspektivischer Draufsicht einen Filterelementkörper nach der 4 mit eingesetztem Stützrohrkörper unter Bildung einer weiteren Art von Filterelement;
- 11, 12 und 13 das Filterelement nach den 8 bis 10 in entsprechender Darstellung mit zusätzlich umfangsseitig angeordnetem, zusätzlichem Filtermedium; und
- 14 einen Ausschnitt der Matrix als Vlies in Draufsicht.
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Die 1 zeigt schematisch einen Fluidtank 10, der der Bevorratung einer flüssigen Suspension dient. Unterhalb eines vorgebbaren Flüssigkeitsniveaus 12 im Tank 10 ist eine Abscheideeinrichtung 14 aufgenommen. Die dahingehende Abscheideeinrichtung 14 weist eine Außenwand 16 auf, die von einer durchgehenden Perforation durchsetzt ist, die der Einfachheit halber in der 1 nicht gezeigt ist. Die dahingehende Außenwand 16 weist ein hohlzylindrisches Wandteil 18 auf sowie ein daran anschließendes, kuppelförmiges Wandteil 20. Zur Aussteifung kann die Außenwand 16 eine aus Längs- und Querstäben aufgebaute Stützeinrichtung 22 aufweisen. Des Weiteren ist die hohlzylindrische Abscheideeinrichtung 14 mit ihrer Außenwand 16 in Blickrichtung auf die 1 gesehen, nach unten hin offen ausgebildet und insbesondere im Übergang zum unteren Tankwandbereich mit der dahingehenden Tankwand 24 fest verbunden.
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An den dahingehenden Fluidtank 10 ist als Teil einer Unterdruckeinrichtung 26 ein Auffangbehälter 28 angeschlossen, der eingangsseitig mit einem Anschluss 30 an die untere Tankwand 24 angeschlossen ist und mit einem weiteren Anschluss 32 nebst Verbindungsleitung 33 ist der Auffangbehälter 28 an eine nicht näher dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen, die im Auffangbehälter 28 im Betrieb einen Unterdruck erzeugen kann sowie auf der Innenseite der Außenwand 16 der Abscheideeinrichtung 14, die mit ihrem Inneren in den medienführenden Anschluss 30 ausmündet. Die mögliche Strömungsrichtung aus dem Inneren der Abscheideeinrichtung 14 über den Anschluss 30 zum Auffangbehälter 28 und über den weiteren Anschluss 32 nebst Leitung 33 zu einer Vakuumpumpe ist in 1 mit Pfeilen angedeutet.
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Die in 14 ausschnittsweise dargestellte Matrix 37 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Vlies 41 gebildet mit wahllos verteilten, einzelnen Fäden 39 vorgebbarer Länge, die an Knotenstellen teilweise miteinander fest verbunden sind. Es kommen Kunststofffäden zum Einsatz, beispielsweise aus Polyamid, die unter Wärme und Druck an den einzelnen Knotenstellen miteinander verbunden sein können oder unter Einsatz entsprechender Bindemittel. Die Herstellung dahingehender Wirrfaservliese ist üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Der Matrixausschnitt nach der 14 lässt sich in allen drei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen vergrößern, insbesondere lässt sich die Dicke der Matrix 37 in einem weitgezogenen Rahmen vorgeben, um dergestalt später Zellulose-Filter zu erhalten mit entsprechend großer Wandstärke.
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Im vorliegenden Fall soll das bandförmige Matrixmaterial zu einem zylindrischen Hohlkörper aufgestellt und geschlossen werden, um dann gemäß der Darstellung nach der 1 auf die stabförmige Abscheideeinrichtung 14 entlang deren Außenwand 16 aufgeschoben zu werden. Der hohlzylindrische Matrixkörper endet in Blickrichtung auf die 1 gesehen mit seiner Unterseite an der Oberseite der Tankwand 24 und weist in axialer Längserstreckung eine Höhe auf, die der Höhe entspricht wie später das Filterelement 38 lang sein soll. Die zu formende Kuppel als Ende 20 des Elementmaterials kann von der Matrix jedoch freigehalten werden, da das dahingehende kuppelförmige Ende 20 ohnehin abgeschnitten wird, was im Folgenden noch näher erläutert wird.
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Während das Matrixausgangsmaterial nach der 14 zunächst noch eine Eigenelastizität hat, so dass sich dergestalt der hohlzylindrische Umfangsmantel der Matrix 37 besonders gut auf der Außenwand 16 der Abscheideeinrichtung 14 aufschieben lässt, härtet die Matrix 37 weiter aus, sobald das Fasermaterial aus der Suspension in die Matrixhohlräume an- oder eingeschwemmt wird. Sobald das Fasermaterial regelmäßig in Form von Zellulose in der Matrix im Rahmen eines sich anschließenden Trocknungsverfahrens ausgehärtet ist, ist ein ausgesprochen eigenstabiler Filterkörper 36 geschaffen. Eine Verdichtung der Hohlräume in der Matrix 37 kann auch dadurch geschaffen werden, dass man die Flüssigkeit im Fluidtank 10 vergleichbar einem Ultraschallbad einsetzt. Ferner besteht die Möglichkeit während des Herstellens des Filterkörpers 36 die Matrix 37 fußseitig während des Herstellprozesses Ultraschallschwingungen auszusetzen, die beispielsweise über die untere Tankwand 24 in den Elementkörper eingeleitet werden können. Des weiteren besteht die Möglichkeit den zunächst fertig hergestellten Filterkörper 36 gegebenenfalls noch vor einem Trocknungsprozess der Druckkraft einer Presse (nicht dargestellt) auszusetzen, um dergestalt die Porengröße zu verkleinern.
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Die im Fluid- oder Vorratstank 10 aufgenommene Suspension weist eine Flüssigkeit auf, beispielsweise Wasser, die einzelne, nicht näher dargestellte Fasern beinhaltet. Neben dem dahingehenden Fasermaterial, beispielsweise aus Zellulose, können weitere Stoffe Bestandteil der Suspension sein. Hierzu gehören beispielsweise Füllstoffe, wie Silikate (z.B. Kaolin), Carbonate (z.B. Kreide), Sulfate (z.B. Gips oder Bariumsulfat), Oxide (z.B. Titandioxid) sowie weiteres Fasermaterial, beispielsweise in Form von Aramidfasern, Carbonfasern, etc. Ferner können Additive in die Suspension eingebracht sein, wie Leimungsmittel, Bindersysteme, Trocken- und Nassverfestiger, Pigmente, Farbstoffe, Entwässerungs- und Retensionsmittel sowie Entschäumer. Als Filterhilfsmittel geeignet für die Suspension haben sich beispielsweise Kieselgur, Kieselgel, Perlit, Zeolithe und Aktivkohle erwiesen.
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Damit das Flüssigkeitsniveau 12 im Fluidtank 10 beibehalten wird, kann mittels einer nicht näher dargestellten Versorgungseinrichtung die genannte Suspension in den Fluidtank 10 kontinuierlich nachgeliefert werden. In jedem Fall überdeckt aber das Flüssigkeitsniveau 12 der Suspension die Abscheideeinrichtung 14 entlang ihrer Oberseite mit vorgebbarem Abstand während des Anschwemmvorganges.
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Wird die Vakuumpumpe der Unterdruckeinrichtung 26 in Gang gesetzt, baut sich ein Druckgradient an der Außenwand 16 der Abscheideeinrichtung 14 auf, mit der Folge, dass sich die Fasern aus der Suspension unter Aufbau einer porösen Filterwand 34 durch Anschwemmen in der Matrix 37 ablagern. Der schichtweise Aufbau der dahingehenden Filterwand 34 geschieht also mit allmählich zunehmender Wandstärke eines Filtermediums 35 durch Anschwemmen der Fasern aus der Suspension, wobei die flüssigen respektive wässrigen Anteile der Suspension nach Ablagern der Fasern in der Porenstruktur der Matrix 37 unter Durchtritt der Perforation in der Außenwand 16 der Abscheideeinrichtung 14 über den unteren Anschluss 30 in den Auffangbehälter 28 gelangen und von dort aus weiter in Richtung der Vakuumpumpe über den weiteren Anschluss 32 und die Leitung 33. Der Anschwemm- oder Abscheideprozess kann so lange vonstattengehen bis ein Filterkuchen in der Matrix 37 abgeschieden ist, mit einer Filterwand 34 vorgebbarer Wandstärke oder Wanddicke. Dergestalt lässt sich auf einfache Weise nahtlos ein Filterkuchen oder eigenständiger Filterkörper 36 erhalten mit nahezu beliebig vorgebbarer Wanddicke. Durch die Druckdifferenz, sprich den mittels der Unterdruckeinrichtung 26 erzeugten Druckgradienten wird die flüssige Suspension angezogen, was dazu führt, dass sich mehr und mehr Fasermaterial, insbesondere in Form der Zellulosefasern, um die Außenwand 16 der Abscheideeinrichtung 14 herum innerhalb der Matrix 37 gleichförmig anlagert, bis die gewünschte Wandstärke für die Filterwand 34 erreicht ist. Eine Begrenzung der zu erreichenden Wandstärke ergibt sich durch den endlichen Differenzdruck, der dadurch entsteht, dass die Poren in der Matrix 37 mit der Zeit mehr oder minder mit Fasermaterial verblockt werden.
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Ist ein Filterkörper 36 gemäß der Ausgestaltung nach der 1 über das aufgezeigte Herstellverfahren erhalten, wird der Filterkörper 36 zusammen mit der Matrix 37 und dem abgeschiedenen Fasermaterial von der Abscheideeinrichtung 14 abgezogen, wobei der dahingehende Filterkörper 36 in der 2 exemplarisch dargestellt ist. Bei der dahingehenden Vorgehensweise verbleibt die Abscheideeinrichtung 14 im Fluidtank 10 und steht für einen erneuten Anschwemmvorgang mit Fasermaterial zur Verfügung zwecks Herstellen eines neuen Filterkörpers 36. Im Rahmen einer nicht näher dargestellten Ausführungsform wäre es möglich die Abscheideeinrichtung 14 in einzelne Druckbereiche zu unterteilen, die voneinander getrennt unterschiedliche Druckgradienten aufbauen, um dergestalt verschiedenste Geometrien für einen Filterkörper 36 herzustellen. So wäre es denkbar im fußseitigen Bereich der Abscheideeinrichtung 14 einen stärker wirkenden Druckgradienten aufzubauen, so dass sich an der Fußseite mehr Fasermaterial ablagert und dergestalt auf der Außenseite des Filterkörpers 36 eine konisch nach oben zusehends abnehmende Geometrie entsteht.
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Zur Vervollständigung und Herstellen eines Filterelementes 38 als Ganzes kann gemäß der Darstellung nach den 5, 6, 7 auf die Innenseite des oben endseitig geschlossenen Filterkörpers 36 ein Stützrohrkörper 40 eingebracht sein, der aus Längs- und Querstäben 42 bzw. 44 gebildet ist. Die Längsstäbe 42 bilden gemäß der Darstellung nach der 6 einen dreiflügeligen Strömungsleitkörper 46 aus, die an ihren freien Enden radial von den ringartigen Querstäben 44 umfasst sind. Zwischen den Querstäben 44 ist in die Außenwand 48 des dahingehenden Stützrohrkörpers 40 eine nicht näher dargestellte durchgehende Perforation eingebracht, die es erlaubt bei einer Durchströmung des Filterelementes 38 von außen nach innen das Fluid auf der Innenseite des Stützrohrkörpers 40 nach unten, in Richtung einer unteren Endkappe 50 zu führen. Die dahingehend ringförmig ausgestaltete Endkappe 50 weist eine Mittenöffnung 52 auf, die randseitig von einem Dichtring 54 begrenzt ist zwecks Abdichten des Filterelementes 38 an nicht näher dargestellten Vorrichtungsteilen eines zugehörigen Filtergehäuses. Hierfür weist die Endkappe 50 in Blickrichtung auf die 6 und insbesondere zur Längsachse des Filterelementes 38 gesehen zwei einander diametral gegenüberliegend vorspringende Flügel 56 auf, die das Anschließen des Filterelementes 38 in der Art eines Bajonettverschlusses an Anschlussteilen des Vorrichtungsgehäuses einer Filtervorrichtung als Ganzes erlauben.
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Wie die 2 und 5 bis 7 weiter zeigen, weist der Filterkörper 36 auf seiner der Endkappe 50 gegenüberliegenden Seite, ein kuppelförmiges Wandteil in Form einer Halbschale 58 auf, wobei die dahingehende Halbkugelform bei gleicher Wandstärke einstückig in die sonstige Filterwand 34 übergeht.
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Der Stützrohrkörper 40 weist weitgehende Ähnlichkeit mit der Abscheideeinrichtung 14 nach der 1 auf, bis auf das obere kuppelförmige Wandteil 20 der Abscheideeinrichtung 14 und insoweit ist es auch möglich gemäß der Darstellung nach der 1 den durch Anschwemmen erhaltenen Filterkörper 36 zusammen mit der Abscheideeinrichtung 14 aus dem Tank zu entnehmen, so dass dann bereits bis auf die Endkappe 50 das Filterelement 38 nach der 5 erhalten ist. Hierbei umfasst die hohlzylindrische Matrix 37, vorzugsweise in fester Anbindung, den hohlzylindrischen Teil der Abscheideeinrichtung 16. Bei der dahingehenden Lösung wäre dann für einen erneuten Abscheide- oder Anschwemmvorgang eine entsprechende Abscheideeinrichtung 14 in den Tank 10 jeweils einzusetzen.
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Der Filterkörper 36 gemäß der Darstellung nach der 2 stellt eine Art Zwischenprodukt dar für den Erhalt des Filterelementes 38 gemäß der Darstellung nach der 8 folgende. Hierfür wird gemäß der Darstellung nach der 3 mittels eines fiktiv angedeuteten Trennschnittes 60 das obere, kuppelförmige Wandteil 20 abgetrennt und es bleibt gemäß der Darstellung nach der 4 das hohlzylindrische Wandteil 18 des Filterkörpers 36 übrig, mit zwei gegenüberliegenden Mittenöffnungen 52. Gemäß der Darstellung nach der 8 lässt sich dann wiederum ein entsprechend angepasster Stützrohrkörper 40 mit 3-Flügel-Geometrie einsetzen und endseitig wird der Filterkörper 36 mit zwei ringförmigen Endkappen 50 mit jeweiligem Dichtring 54 versehen zwecks Vervollständigung des Filterelementes 38 als Ganzes.
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Wie insbesondere die 10 zeigt, kann dabei wiederum zumindest eine der Endkappen 50 mit gegenüberliegenden Flügeln 56 eines Bajonettverschlusses versehen sein zwecks Anbindung des Filterelementes an die Anschlussstellen eines Filtergehäuses (nicht dargestellt). Des Weiteren besteht die Möglichkeit bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform eines Filterelementes 38 eine der beiden Endkappen 50, insbesondere die untere Endkappe 50, geschlossen auszubilden, und dergestalt ist die untere Mittenöffnung 52 im Filterkörper 36 geschlossen, so dass bei einer Durchströmung des Filterelementes 38 von außen nach innen und entgegen der Stützwirkung des Stützrohrkörpers 40, die Abfuhr eines Filtratstroms über die obere ringförmige Endkappe 50 ausschließlich erfolgt.
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Die Ausführungsform eines Filterelementes nach den 11 bis 13 entspricht weitgehend der Ausführungsform gemäß der Darstellung nach den 8 bis 10; allein ist der dahingehende Filterkörper 36 aus Fasermaterial von einem zusätzlichen Filtermedium 62 umgeben, das entgegen den Darstellungen anstelle eines hohlzylindrischen Aufbaus auch plissiert ausgebildet sein kann. Das dahingehende Filtermedium 62 kann dann vorrangig der Abtrennung einer Partikelverschmutzung aus einem Fluidstrom dienen, wohingegen der innere Filterkörper 36 als Filtermedium dem Abreinigen von sogenanntem Varnish dient, das nicht zwingend als partikelverschmutzt angesehen wird. Insoweit ist das zusätzliche Filtermedium auf seine Innenumfangsseite von der Matrix 37 mit abgestützt. Des Weiteren kann der innere Filterkörper 36, wie bereits erläutert der Entwässerung eines Fluidstroms dienen, da insbesondere Zellulosematerial die Eigenschaft hat Wasser aufnehmen zu können. Insoweit kann also auch eine Öl-Wasser-Trennung erfolgen, sofern ein diesbezüglicher Fluidstrom durch das zweistufige Filterelement 38 von außen nach innen geführt ist. Etwaig verbleibende partikuläre Verschmutzung kann aber auch dann von dem nachfolgenden Filterkörper 36 zusätzlich zu dem Filtermedium 62 noch mit abgereinigt werden. Insoweit übernimmt also der Filterkörper 36 aus Fasermaterial gleichfalls eine Abreinigung von Partikelverschmutzungen aus einem Fluidstrom.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2016 013 166 A1 [0001]
- DE 696 24 632 T2 [0004]
- US 2017/0341004 A1 [0007]