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Filterelement zum Einsatz in ein zylindrisches, starres Filtergehäuse
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement zum Einsatz in ein zylindrisches,
starres Filtergehäuse mit kreisrundem Querschnitt und vorgegebenem Innendurchmesser,
bei dem die Filterscheiben eines Satzes einander gleicher, übereinandergestapelter
Filterscheiben aus porösem Filtermaterial, wie Papier, jeweils um 600 gegeneinander
versetzt sind und zusammen mit sich einander deckenden Mittelöffnungen einen Mittelkanal
und am Umfang mit ausgesparten Sektoren nach außen offene Schlammsammelkammern bilden,
von denen die Strömung radial durch Stege oder zwischen den Scheiben hindurch zum
Mittelkanal geht und wobei zwischen je zwei Sektoraussparungen je ein schmaler,
speichenförmiger, radial symmetrischer Scheibenlappen und je ein breiter Scheibenlappen
liegen.
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Ein derartiges Filterelement ist insbesondere zum Absondern von Schmutzbestandteilen
aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie Vergaserbrennstoff und Schmieröl von Brennkraftmaschinen,
vor allem für Kraftfahrzeuge bestimmt.
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Bei einer bekannten Ausführung eines solchen Filterelements sind
die übereinandergestapelten Filterscheiben am äußeren Umfang des Stapels mit Kerben
versehen, in die Stangen einrasten, welche mit den Endscheiben des Stapels in Verbindung
stehen und die gegenseitige Lage der Scheiben gewährleisten.
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Ferner wird der ganze Stapel auf ein Mittelrohr des Filtergehäuses
aufgeschoben, das den vorgenannten Mittelkanal bildet und den Stapel gegenüber dem
Gehäuse zentriert, wobei das Mittelrohr mit dem Boden und dem Kopfteil des Gehäuses
fest verbunden ist.
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Bei dieser bekannten Ausführung sind die schmalen und die breiten
Scheibenlappen radialsymmetrisch ausgebildet und am Umfang durch Kreisbögen mit
gleichen Radien begrenzt. Diese Kreisbögen liegen durchweg in einem beträchtlichen
Abstand von dem Filtergehäuse, damit zwischen diesen peripheren Begrenzungen der
Scheibenlappen und dem Gehäuse ein ringfönniger, zylindrischer Zuflußraum für die
Rohflüssigkeit geschaffen wird.
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Die Erfindung bezweckt einernseits Ersparnisse in der Fertigung der
Filterscheiben, andererseits Verbesserungen in deren Wirkungsweise. Außerdem sollen
durch die Erfindung besondere Mittel zur Zentrierung des Scheibenstapels, wie die
vorgenannten äußeren Stangen zum Zusammenhalten des Stapels und ein am Filterdeckel
und am Filterboden gelagertes Mittelrohr, überflüssig gemacht werden.
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Die Ziele der Erfindung werden bei einem Filterelement der eingangs
genannten Art dadurch erreicht, daß die zwei breiten Scheibenlappen durch parallel
zueinander
verlaufende Kanten, die auf Sehnen der Innenfläche des zugehörigen Filtergehäuses
liegen, begrenzt werden und die äußersten Enden der Scheibenlappen diese Innenfläche
berühren und den Stapel im Gehäuse zentrieren und halten und daß die Flanken der
Sektoraussparungen einen stumpfen Winkel miteinander bilden.
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Ein Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Filterscheibengestaltung liegt
darin, daß beim fortlaufenden Ausstanzen der Scheiben aus einem Band von porösem
Material der Verlust an für die Scheibenfläche nicht verbleibendem, ausgestanztem
Filtermaterial praktisch auf ein Minimum herabgesetzt wird. Bei den vorgenannten
bekannten Filterscheiben, deren radial symmetrische Scheibenlappen längs des Umfanges
mit Kreisbögen um die Mittelachse begrenzt sind, muß das in an sich bekannter Weise
zur Fertigung dienende Band aus Filtermaterial daher eine Breite haben, die dem
Durchmesser dieses Kreises mindestens gleich ist und eine Länge besitzen, die mindestens
dasjenige Vielfache des Kreishalbmessers beträgt, das der Anzahl der zu stanzenden
Scheiben gleich ist. Nach der Erfindung braucht hingegen das Band aus Filtermaterial
nur eine Breite zu besitzen, die dem Abstand der Begrenzungen der breiten Scheibenlappen
voneinander gleich ist und der kleiner ist als der die äußersten Enden der Scheibenlappen
umschreibende Kreis.
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Bei bekannten Filterscheiben, die im Scheibenstapel nicht um 600,
sondern um 900 gegeneinander versetzt sind, bei denen nur zwei um 1800 gegeneinander
versetzte
breite Scheibenlappen, aber keine zwischenliegenden speichenförmigen schmalen Scheibenlappen
vorgesehen sind und bei denen die Sektoraussparungen abwechselnd nach außen geschlossen
bzw. zum Mittelkanal hin offen sind, sind an dem die Sektoraussparungen nach außen
begrenzenden Steg Vorsprünge für die Zentrierung der Filterscheiben im Filtergehäuse
vorgesehen. Solche besonderen, über den im wesentlichen geschlossenen kreisförmigen
Scheibenrand vorragende Vorsprünge bedingen beim Ausstanzen der Scheiben einen erheblichen
Verlust an Filtermaterial zwischen den Zentriervorsprüngen.
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Das gleiche gilt für die Filterscheiben eines Scheibenstapels mit
um 1800 gegeneinander versetzten Speichen und zwei Arten von miteinander abwechselnden
Scheiben, bei denen die eine Scheibenart Vorsprünge besitzt, um einen aus einem
Tuch bestehenden Vorfiltereinsatz zentriert zur Mittelachse zu halten. n In beiden
vorgenannten Fällen wird das Hauptziel der Erfindung, durch die Gestaltung der Filterscheiben
bei deren Ausstanzen aus einem fortlaufenden Band von porösem Filtermaterial den
Verlust an solchem Filtermaterial auf ein Mindestmaß herabzusetzen, nicht erreicht.
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Durch die gekennzeichnete Gestaltung der breiten Scheibenlappen wird
der durchschnittliche Weg der Flüssigkeit zum zentralen Ablauf derart verkürzt,
daß sowohl der Rand der Scheiben als auch ihre Fläche in diesem Bereich für die
Filtration voll wirksam werden.
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Ferner kann trotz des die Zentrierungen des Stapels bedingenden Anliegens
der radial äußersten Enden der Scheibenlappen an der Gehäuseinnenwand die Rohflüssigkeit
bei der angegebenen versetzten Anordnung der Scheiben übereinander zwischen dieser
Innenwand-und dem Rand der mit geraden Begrenzungskanten versehenen breiten Scheibenlappen
entlang dem ganzen Scheibenstapel zu diesem zutreten.
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Außerdem ergibt sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Filterelementes,
daß Zentriervorrichtungen für den Stapel, z. B. in Form einer Lagerung des Mittelrohres,
an seinen Stirnenden im Filtergehäuse nicht mehr benötigt werden.
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Ein Mittelrohr kann entweder ganz entfallen oder lediglich noch als
Mittel für eine einfache Aufstapelung der Filterscheiben unter Gewährleistung des
Versetzungswinkels von 600 der Scheiben gegeneinander dienen. Zu diesem Zweck kann
ein in an sich bekannter Weise gelochtes Mittelrohr im Querschnitt ein gleichseitiges
Sechseck bilden und erhalten dann die Mittelöffnungen der Filterscheiben zum Zwecke
ihrer Lagerung auf einem solchen Mittelrohr diesen angepaßten gleichseitigen Sechseckquerschnitt.
Ein solches Mittelrohr braucht dann nur noch, um zugleich den Zusammenhalt des Stapels
zu gewährleisten, an seinen Enden so abgebördelt zu werden, daß es die Endscheiben
des Stapels von unten und oben gegen diesen drückt, braucht aber nicht am Boden
und am Kopf des Filtergehäuses gelagert zu werden, so daß als Hauptteil des Filtergehäuses
in an sich bekannter Weise ein durchsichtiger Glasbecher verwendbar ist, der den
Verschmutzungsgrad des Filters erkennen läßt.
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Die Winkelversetzung von 600 für die aufeinanderfolgenden Scheiben
als Ganzes gegeneinander wird
vorteilhafterweise für die Anordnung der Scheibenlappen
in der Weise nutzbar gemacht, daß das äußere Ende jedes breiten Scheibenlappens
von dem äußeren Ende des vorangehenden schmalen Scheibenlappens der gleichen Scheibe
1200 und von dem des bei der gleichen Scheibe nachfolgenden Scheibenlappens 600
Winkelabstand besitzt.
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Um den Zutritt der Flüssigkeit im vorgenannten Sinne auch am Rand
der parallel zueinander verlaufenden Kanten der breiten Scheibenlappen gut zu gewährleisten,
tritt vorzugsweise die Außenkante jedes der beiden Scheibenlappen, die eine Kreissehne
bildet, gegen das äußere Ende des im Stapel um 600 versetzten breiten Scheibenlappens
der folgenden oder vorangehenden Scheibe des Filterelementes etwas zurück.
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Durch die letztgenannten Versetzungen der äußeren Enden der breiten
Scheibenlappen und den Verlauf ihrer Außenkante werden bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verhältnismäßig große Schlammsammelkammern gebildet, und man kann
dabei den Stapel so aufbauen, daß sich zwei im Stapel aufeinanderfolgende Sektoraussparungen
decken und zusammen mit je einem breiten Lappen einer vorausgehenden und einer nachfolgenden
Filterscheibe eine Schlammsammelkammer bilden.
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Wie ersichtlich, bringt die erfindungsgemäße Gestaltung der Filterscheiben
bei besonders guter Ausnutzung der Scheibenfläche für die Filtration und für die
Bildung großer Schlanunsammelkammern, durch die die Lebensdauer des Einsatzes bis
zur Verstopfung erhöht wird, gleichwohl den Vorteil mit sich, daß das Filtergehäuse
im Durchmesser kleiner als bei den bekannten Ausführungen gestaltet werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Filterscheibe
gemäß der Erfindung und eines mit einem aus solchen Scheiben gebildeten Filtereinsatz
versehenen Filters dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf die Filterscheibe
in einer Stellung im Filterstapel, Fig. 2 die gleiche Scheibe wie nach Fig. 1 in
einer um 1200 versetzten Stellung, Fig. 3 die gleiche Scheibe in einer um 600 versetzten
Stellung in Verbindung mit den gleichen, um je 600 versetzt darunterliegenden Scheiben
des Stapels in Draufsicht, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch das Filter mit
einem Filtereinsatz, der aus einem Stapel von Scheiben nach Fig. 1 bis 5 gebildet
ist, und Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.
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Sämtliche aus porösem Filterwerkstoff, z. B. Papier, bestehenden
Filterscheiben 1 des Stapels 2 gemäß Fig. 1 bis 3 sind untereinander gleich und
von Scheibe zu Scheibe um je 600 gegeneinander versetzt im Stapel anzuordnen. Die
Filterscheibe 1 besitzt vier sektorförmige Aussparungen 3, zwischen denen paarweise
einander gegenüber je zwei schmale radialsymmetrische Scheibenlappen 4 und zwei
breite Scheibenlappen5 liegen, deren äußere Enden den gleichen Abstand vom Mittelpunkt
der Scheibe und der Längsmittelachse 6 des Scheibenstapels haben. Jede der Scheiben
hat eine Mittelöffnung 7 in Form eines gleichseitigen Sechsecks.
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Gemäß Fig. 4 und 5 werden die Scheiben 1 in der angegebenen Versetzung
zueinander auf ein Mittelrohr 8 aufgeschoben, das rund sein kann, zweckmäßig jedoch
einen den Öffnungen 7 entsprechenden
sechseckigen Querschnitt besitzt.
Das Mittelrohr 8 ist mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 9 versehen, die
das aus dem Scheibenstapel austretende Filtrat radial in den Mittelkanal eintreten
lassen. Das Mittelrohr8 ist an beiden Enden umgebördelt und hält dadurch Endscheiben
10 und 11, die aus Metall, Kunststoff od. dgl. bestehen können, angepreßt an den
Scheibenstapel. Gleichzeitig werden dadurch die Scheiben in der richtigen Versetzung
zueinander und mit Mittelöffnungen 7 miteinander fluchtend zum am mengepreßt gehalten.
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Der gesamte auf diese Weise gebildete Filtereinsatz wird in einem
z. B. aus Glas bestehenden Filterbecher 12 eingesetzt. Gemäß Fig. 5 stoßen dabei
die äußeren Enden der Scheibenlappen 4 und 5 an die Innenwandung des Bechers 12
an und zentrieren den Filtereinsatz im Becher, ohne daß es dazu eines Dorns oder
sonstiger Zentrierorgane am Filtergehäuse bedarf. Gleichzeitig bilden die in Kreissehnenform
verlaufenden Kanten 13 Zwischenräume 14 zwischen dem Filterbecher 12 und dem Scheibenstapel,
durch den die zu filtrierende Flüssigkeit, wie durch Pfeile gezeigt, axial in Längsrichtung
des Filters strömen kann und von denen aus sie radial in die Schlammsammelkammer
15 eintritt, die zwischen den Lappen der gegeneinander versetzten Scheiben gebildet
werden. Da die Scheiben nur um je 600 zueinander versetzt sind, ist die Höhe des
Hohlraumes jeder Schlamms ammelkammer durch die Dicke zweier aufeinanderfolgender
Scheiben gegeben, wobei jede dritte Scheibe des Stapels die obere bzw. untere Begrenzung
der Schlammsammelkammer bildet.
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Der gesamte Filtereinsatz 2 ruht mit seiner unteren Endscheibe 10
auf einem geeigneten Träger, z. B. einer Feder 16, der sich seinerseits auf dem
Boden des Filterbechers 12 abstützt. Der Filterbecher besitzt am oberen Ende einen
nach außen abstehenden Flanschrand 17, der mittels einer ihn untergreifenden Schraubmuffe
18 unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 19 gegen die Unterseite eines Kopfteiles
20 dicht angepreßt und beim Auswechseln des Filtereinsatzes leicht wieder gelöst
werden kann. Beim Anschrauben der Überwurfmuffe 18 wird ein Dichtungsring 21 einerseits
gegen die Innenfläche des Kopfteiles 20, andererseits gegen die obere Endscheibe
11 des Filtereinsatzes abdichtend angepreßt. Der Kopfteil besitzt einen Einlaßkanal
22 für die zu filtrierende Flüssigkeit und eine mittlere Ausnehmung23 oberhalb des
Mittelrohres 8, die in einen Auslaßkanal 24 mündet.
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Statt durch das Mittelrohr 8 kann der Scheibenstapel auch durch andere
geeignete Mittel vor dem Einsetzen zusammengehalten werden. Insbesondere können
eine oder mehrere Klammern aus Draht od. dgl. verwendet werden, die in Längsrichtung
durch die Zwischenräume 14 hindurchgehen und die
oberste und die unterste Scheibe
federnd übergreifen und dadurch den Stapel zusammendrücken. Besondere Endscheiben,
wie 10 und 11, können dann bei geeigneter Anbringung der Dichtung 21 wegfallen.