DE10063789A1 - Filterelement zur stirnseitigen Anströmung - Google Patents
Filterelement zur stirnseitigen AnströmungInfo
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Abstract
Es wird ein Filterelement zur stirnseitigen Anströmung vorgeschlagen, welches dreieckige Kanäle aufweist, die derart wechselseitig verschlossen sind, dass bei der Durchströmung von einer Anströmseite (22) zu einer Abströmseite (23) das zu filternde Fluid durch das Filtermaterial geleitet werden muß. Die Kanäle werden durch wechselseitiges Aufbringen von flachen Lagen (17) und gefalteten Lagen (18) gebildet, wobei jeweils alle Seiten der anströmseitigen Kanäle in abströmseitige Kanäle münden. Dadurch wird eine besondere Effektivität des Filters erreicht, so dass bei geringem Bauvolumen eine große Filterfläche und eine hohe Filterkapazität zur Verfügung stehen. Der Filter kann z. B. als Luftfilter für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Filterelement zur stirnseitigen Anströmung, bestehend aus sich
abwechselnden flachen und gefalteten Lagen, die Kanäle mit dreieckigem Querschnitt
ergeben, wobei durch einen entsprechenden wechselseitigen Verschluß der Kanäle eine
Durchströmung des Filtermediums durch das zu filternde Fluid erfolgt, nach der Gattung
des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung einen Filter, in den das be
schriebene Filterelement eingebaut ist.
Filterelemente zur stirnseitigen Anströmung sind hinlänglich bekannt. Diese Filter sind z. B.
aus Filterlagen gewickelt, die abwechselnd flach und wellenförmig ausgebildet sind.
Hierdurch entstehen Kanäle, die durch einen wechselseitigen Verschluß eine Durchströ
mung des Filtermediums erzwingen. Danach tritt das zu filternde Medium durch stirnseitig
offene Kanäle auf der Eintrittsseite des Filters ein und wechselt innerhalb des Filterele
mentes in Kanäle, die abströmseitig geöffnet sind, und den Einströmkanälen benachbart
sind. Dadurch findet eine Filterung des Fluids statt.
Ziel einer solchen Filtergestaltung ist es einerseits, den Einbauraum für das Filterelement
so weit wie möglich zu verringern. Dabei bilden die Stirnseiten des Filterelementes eine
Anströmseite und eine Abströmseite. Die Kanäle, die mit der Anströmseite verbunden
sind, bilden die Rohseite des Filters und die abströmseitigen die Reinseite. Daher können
solche Filter sehr kompakt z. B. als sogenannter Inlinefilter in Rohrleitungen eingebaut
werden. Gleichzeitig soll die Filterkapazität weitestmöglich gesteigert werden. Dies ist
jedoch bei wellenförmiger Ausführung der Filterlagen nur in begrenztem Maße möglich.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass die zulaufenden Kanäle im Bereich der Berührung zwi
schen der wellenförmigen Filterlage mit der flachen Filterlage wenig durchströmt werden,
so dass das Filtermedium in diesen Teilen weniger mit Partikel beaufschlagt wird, als in
anderen. Durch die ungleichmäßige Beladung des Filtermediums ist das Standzeitende
des Filters, welches durch den an ihm anlegenden Druckabfall bestimmt ist, bereits zu
einem Zeitpunkt erreicht, bei dem Teile des Filtermediums die Grenzbeladung noch nicht
erreicht haben.
Es ist weiterhin z. B. aus der WO 87/01301 und aus der US 3,020,977 bekannt, zick
zackförmig gefaltete Filterlagen in Wickelfiltern zu verwenden. Diese sollen als Abstand
halter zwischen den einzelnen Filterlagen wirken. Dabei wird abwechselnd eine an der
Filterung des Fluids beteiligte Filterlage und eine weitere Lage gewickelt, wobei die weite
re Lage z. B. zur elektrostatischen Entladung des zu filternden Fluids bzw. der darin ent
haltenen Teilchen dienen kann (WO 87/01301). Die flache Lage kann weiterhin dazu
verwendet werden, um eine zuverlässige Beabstandung der gefalteten, an der Filterung
beteiligten Lagen zu erreichen (US 3,020,977). Dabei wird die flache Lage als zusätzliche
Lage in den Filter eingebracht, und teilt auf diese Weise die durch die zick-zack-förmig
gefalteten Filterlagen entstandenen rautenförmigen Kanäle in einer der Diagonalen.
Derartige Filter sind jedoch teuer in der Herstellung. Außerdem ist an der Filterung des
Fluids nur die Hälfte der verwendeten Lagen beteiligt. Dadurch ist eine Optimierung des
Verhältnisses zwischen Bauraum und Filterfläche nicht gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filterelement zur stirnseitigen Anströmung zu
schaffen, welches kostengünstig in der Herstellung ist und eine optimale Filterfläche so
wie -kapazität im Verhältnis zum Bauvolumen aufweist. Diese Aufgabe wird durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Filterelement besteht aus mindestens einer flachen sowie einer
gefalteten Lage. Die gefaltete Lage besteht aus einem gefalteten Filtermedium, welches
zwischen den Falten Faltkanten ausbildet. In dem Fall, dass das Filterelement als Wi
ckelfilter ausgebildet ist, genügt jeweils eine flache und eine gefaltete Lage, die im Wech
sel aufgewickelt werden. Soll das Filterelement blockartig ausgeführt sein, so müssen
mehrere Filterlagen (abwechselnd flache und gefaltete) übereinander geschichtet wer
den.
Weiterhin müssen Mittel zur Abdichtung der Anströmseite von der Abströmseite im Ein
bauort vorgesehen werden. Den Einbauort kann z. B. ein Filtergehäuse darstellen. Eine
andere Möglichkeit ist die Verwendung des Filterelementes in einer Rohrleitung als Inlinefilter.
Die Mittel zum Einbau können unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise ist
eine feste Verklebung des Filterelementes im Einbauort denkbar. Eine andere Möglichkeit
ist die Ausbildung des Filterelementes als Wechseleinsatz, wobei Dichtungen im Einbau
ort oder am Filterelement angebracht sein müssen, die Anströmseite und Abströmseite
voneinander trennen.
Sowohl flache als auch gefaltete Lagen des Filterelementes sind an der Filterung betei
ligt, d. h. sie bestehen aus einem Filtermedium. Dabei können gleichartige oder verschie
denartige Filtermedien zum Einsatz kommen. Weiterhin sind zumindest im Inneren des
Filterelementes, also in einem gewissen Abstand zum Rand des Filterelementes die Ka
näle derartig verschlossen, dass an alle drei Seiten eines jeweiligen anströmseitigen Ka
nals abströmseitige Kanäle benachbart sind. Damit sind alle drei Seiten des jeweiligen
anströmseitigen Kanales als Filter aktiv. Hierdurch kann im Verhältnis zur verbauten Fil
terfläche des Filtermediums die maximale Schmutzaufnahmekapazität erreicht werden.
Verbessert wird dieser Effekt weiterhin dadurch, dass die drei Seiten der jeweiligen Ka
näle bis zu den durch die Faltkanten des Filtermediums gebildeten Ecken nutzbar sind.
Dies ist mit dem dreieckigen Querschnitt zu erklären, der nicht, wie eingangs beschrie
ben, bei wellenförmigen Zwischenlagen zu Bereichen im Filtermedium führt, die so stark
spitz zusammenlaufen, dass ein messbarer Fluidstrom nicht mehr stattfindet. Durch den
zur Verfügung gestellten Querschnitt wird gleichzeitig der Durchströmungswiderstand des
Filterelementes minimiert.
Am Rand des Filterelementes läßt sich die Bedingung, dass an jeden anströmseitigen
Kanal ein abströmseitiger Kanal grenzen soll, nur eingeschränkt verwirklichen. Dies liegt
daran, dass im Randbereich des Filterelementes anströmseitige Kanäle vorliegen, die
keine benachbarten abströmseitigen Kanäle mehr aufweisen sondern den Rand des Fil
terelementes. Diese Einschränkung muß aufgrund der Geometrie des Filterelementes
jedoch hingenommen werden.
Das Filterelement kann, wie bereits beschrieben, durch Aufrollen der Filterlagen zu einer
zylindrischen Form gebracht werden oder durch Schichtung mehrerer der flachen und
gefalteten Lagen hergestellt werden. Das zylindrische Filterelement muß nicht kreiszy
lindrisch sein. Es sind auch andere Formen, z. B. elliptisch, denkbar. Bei Schichtung der
Lagen lassen sich neben quaderförmigen Filterelementen auch stufenförmige Filterele
mente mit gestaffelt montierten Filterschichten sowie räumlich verdrehte Strukturen
schaffen. Die gewickelten Filterelemente können auch kegelig aufgerollt werden, was
einer stufenförmigen Schichtung bei quaderförmigen Filterelementen entspricht. Damit
läßt sich jeder Querschnitt durchströmter Strukturen annähernd vollständig durch das
Filtermedium ausfüllen. Es ist eine optimale Ausfüllung des zur Verfügung stehenden
Bauraumes erreicht.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Kanäle des Filterele
mentes derart angeordnet, dass jeweils sechs benachbarte von ihnen zusammen einen
sechseckigen Querschnitt bilden. Das heißt, dass die Faltkanten zweier benachbarter,
gefalteter Bahnen, die durch eine flache Bahn getrennt sind, in einer Linie zusammen
laufen. Auf diese Weise kann die Menge an Filtermaterial, die nicht zur Filtrierung genutzt
werden kann, minimiert werden. Allerdings ist die Bedingung, dass die anströmseitigen
Kanäle ausschließlich abströmseitige Kanäle anschließen sollen, auch gegeben, wenn
ein Versatz zwischen benachbarten, gefalteten Lagen des Filterelementes vorliegt. Dabei
mündet jedoch diejenige Seite der anströmseitigen Kanäle, die durch die flache Zwi
schenlage gebildet ist, in jeweils zwei abströmseitige Kanäle, die durch eine Faltkante der
gefalteten Lage getrennt sind.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kanäle einen Quer
schnitt von gleichseitigen Dreiecken aufweisen. In diesem Fall sind die bereits beschrie
benden Vorteile bei der Durchströmung des Filtereinsatzes am stärksten ausgeprägt.
Jedoch können die Falten der gefalteten Lagen auch stärker zusammengeschoben oder
weiter auseinandergezogen werden. In diesen Fällen ergeben sich Vorteile in der Pa
ckungsdichte des Filtermediums im Verhältnis zum Bauvolumen. Die genaue Geometrie
des Filtereinsatzes hinsichtlich der Faltwinkel der gefalteten Lage ist also abhängig vom
Einsatzfall zu bestimmen, um hierfür zu einem optimalen Ergebnis zu kommen.
Das Filterelement kann vorteilhaft mit einem Filterrahmen versehen sein, der zum Einbau
in ein Gehäuse dient. An diesen Filterrahmen kann z. B. die Dichtung angebracht sein,
die eine zuverlässige Trennung zwischen Anström- und Abströmseite gewährleistet. Der
Filterrahmen verschafft dem Filterelement eventuell zusätzliche Stabilität und erleichtert
ein Auswechseln des Filterelementes.
Das Filterelement kann weiterhin an den Seitenflächen, die sich zwischen der abström
seitigen und der anströmseitigen Stirnfläche befinden, eine Abschlusslage aufweisen.
Diese kann zu einer zusätzlichen Dichtung bzw. Bildung von anströmseitigen oder ab
strömseitigen Kanälen im Randbereich des Filterelementes dienen. Sie kann aus dem
Filtermedium selbst bestehen oder aus einem anderen Material, z. B. einer für das Fluid
undurchlässigen Abschlusslage.
Ein Filter, in den der beschriebene Filtereinsatz eingebaut ist, wird ebenfalls ausdrücklich
unter Schutz gestellt.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen au
ßer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei
die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombi
nationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht
sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die
hier Schutz beansprucht wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen
Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen
Fig. 1 den Aufbau eines Inlinefilters mit zylindrischem Filterelement als schemati
scher Mittelschnitt,
Fig. 2 den Ausschnitt aus einem als Block ausgeführten Filterelement perspektivisch,
Fig. 3 schematisch das Faltmuster von fünf Lagen, wobei die gefaltete Lage zu
sammengeschoben ist,
Fig. 4 das Faltmuster von sieben Lagen als Ausschnitt aus einem zylindrischen, ge
wickelten Filterelement, wobei die gefaltete Lagen auseinandergezogen sind,
Fig. 5 die perspektivische, schematische Ansicht eines als Block ausgeführten Fil
terelementes mit Filterrahmen, welches verdreht ist und
Fig. 6 die schematische, perspektivische Ansicht eines stufig ausgeführten Filter
elementes.
Ein Inlinefilter gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 10 mit einem Gehäusetopf 11 und einem
Deckel 12 auf. Im Deckel ist ein Einlass 13 gebildet, durch den das Fluid entsprechend
der angedeuteten Pfeile in das Gehäuse einströmt, um durch einen Filtereinsatz 14 und
durch einen Auslass 15 zu strömen. Der Filtereinsatz 14 ist in einer Trennfuge 16 des
Gehäuses fixiert.
Der Filtereinsatz 14 ist als Wickeleinsatz ausgeführt und schematisch dargestellt. Durch
verschiedene Lagen 17, 18 sind Kanäle 19 gebildet, die von dem zu filternden Fluid
durchströmt werden. Die Kanäle sind wechselseitig durch Verschlüsse 20a, b versiegelt,
so dass das zu filternde Fluid bei der Durchströmung des Filtereinsatzes 14 die Kanäle
wechseln muß. Dadurch findet eine Filtration des Fluids statt. Die Lagen 17, 18 sind wei
terhin dichtend um einen Kern 21 z. B. mit ovalem Querschnitt gewickelt.
Um eine zuverlässige Trennung zwischen einer Anströmseite 22 und einer Abströmseite
23 zu erzeugen, ist der Filtereinsatz in einem Filterrahmen 24 gehalten. Dieser wird in der
Trennfuge 16 des Gehäuses verklemmt.
Ein Ausschnitt aus einem geschichteten Filterelement mit grundsätzlich quaderförmiger
Struktur ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Element weist als Querschnitt für die Kanäle 19
gleichseitige Dreiecke auf. Anströmseite 22 und Abströmseite 23 sind wechselseitig
durch die Verschlüsse 20a, b abgedichtet, so dass das Fluid bei der Durchströmung des
Filtereinsatzes den durch Pfeile angedeuteten Weg nehmen muß.
Das Filterelement ist gebildet durch die abwechselnde Anordnung von flachen Lagen 17
und gefalteten Lagen 18. Dadurch werden die Wände der Kanäle gebildet. Diese sind
derart angeordnet, dass ein anströmseitiger Kanal jeweils drei benachbarte, abströmsei
tige Kanäle hat und umgekehrt. Damit wird bis auf die Faltkanten selbst, die zur Verfü
gung stehende Fläche des Filtermaterials zur Filtrierung des Fluids genutzt. Die soge
nannten Quetschspalte, die bei Verwendung von wellenförmig gestalteten Zwischenlagen
entstehen, können auf diese Weise vollständig verhindert werden.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausgestaltung der gefalteten Lagen 18 zu erkennen. Diese
werden in einem geringeren Winkel als 60° gefaltet, so dass eine größere Packungs
dichte als in dem in Fig. 2 dargestellten Filterelement möglich ist.
In Fig. 4 werden die Falten auseinander gezogen, so dass größere Winkel als 60° ent
stehen. Hier ist als Beispiel ein gewickelter Filter dargestellt. Zu erkennen ist weiterhin,
dass auch, wenn die Faltkanten der gefalteten Lagen sich nicht auf den gegenüberlie
genden Seiten der flachen Lage treffen, gewährleistet ist, dass rohseitige und reinseitige
Kanäle sich einander abwechseln. Dabei wird nur unwesentlich mehr Filterfläche ver
schenkt als bei dem Beispiel gemäß Fig. 2.
In Fig. 5 ist ein als Block ausgeführter Filter schematisch dargestellt. Dieser weist an der
Anströmseite 22 den Filterrahmen 24 auf, der den Einbau in ein nicht dargestelltes Ge
häuse erleichtert. Weiterhin ist der dargestellte Filtereinsatz verwunden, so dass die An
strömseite und die Abströmseite des Filters nicht fluchten. Bei einem solchen Filtermuß
ein genügend elastisches Filtermedium zum Einsatz kommen. Das Filterelement ist rund
herum mit einer Abschlusslage 25 versehen, welche gleichzeitig einen Rand 26 des Fil
tereinsatzes bildet.
Fig. 6 stellt ein Beispiel dar, in welchem die Lagen 17, 18 gestaffelt verbaut werden.
Dabei entsteht eine stufige Struktur des Filters, was bei entsprechendem Einbau in ein
nicht dargestelltes Filtergehäuse strömungstechnische Vorteile haben kann. Auch dieser
Filter ist mit einer Abschlusslage 25 versehen.
Claims (9)
1. Filterelement zur stirnseitigen Anströmung, aufweisend
mindestens eine flache Lage (17) und mindestens eine gefaltete Lage (18), wobei die mindestens eine flache Lage mit der mindestens einen gefalteten Lage im Wechsel derart angeordnet ist, dass sich Kanäle (19) mit dreieckigem Querschnitt ergeben,
dichte Verschlüsse (20a, b) jeweils der einer ersten Gruppe von Kanälen (19) ei nerseits und dichte Verschlüsse (20a, b) der restlichen, nicht zu genannter Gruppe zählenden Kanäle (19) einer zweiten Gruppe andererseits derart, dass das zu fil ternde Fluid bei der Durchströmung des Filterelementes von einer Anströmseite (22), gebildet durch eine Stirnseite des Filterelementes, zu einer Abströmseite (23), gebildet durch dessen andere Stirnseite, eine der genannten Lagen (17, 18), die zur Filterung des Fluides vorgesehen ist, durchtreten muss,
Mittel zur Abdichtung der Anströmseite (22) von der Abstömseite (23) im Einbauort des Filerelementes,
dadurch gekennzeichnet, dass
sowohl die mindestens eine flache Lage (17) als auch die mindestens eine gefaltete Lage (18) aus durchströmbaren Filtermedien bestehen,
an jeder den dreieckigen Querschnitt bildenden Seite derjenige Kanäle der ersten Gruppe, die vom Rand (26) des Filterelementes beabstandet sind, ein Kanal der zweiten Gruppe benachbart ist, so dass die vollständige Fläche der Kanäle der ersten Gruppe bis auf Faltkanten der Kanäle vom Fluid durchströmbar ist.
mindestens eine flache Lage (17) und mindestens eine gefaltete Lage (18), wobei die mindestens eine flache Lage mit der mindestens einen gefalteten Lage im Wechsel derart angeordnet ist, dass sich Kanäle (19) mit dreieckigem Querschnitt ergeben,
dichte Verschlüsse (20a, b) jeweils der einer ersten Gruppe von Kanälen (19) ei nerseits und dichte Verschlüsse (20a, b) der restlichen, nicht zu genannter Gruppe zählenden Kanäle (19) einer zweiten Gruppe andererseits derart, dass das zu fil ternde Fluid bei der Durchströmung des Filterelementes von einer Anströmseite (22), gebildet durch eine Stirnseite des Filterelementes, zu einer Abströmseite (23), gebildet durch dessen andere Stirnseite, eine der genannten Lagen (17, 18), die zur Filterung des Fluides vorgesehen ist, durchtreten muss,
Mittel zur Abdichtung der Anströmseite (22) von der Abstömseite (23) im Einbauort des Filerelementes,
dadurch gekennzeichnet, dass
sowohl die mindestens eine flache Lage (17) als auch die mindestens eine gefaltete Lage (18) aus durchströmbaren Filtermedien bestehen,
an jeder den dreieckigen Querschnitt bildenden Seite derjenige Kanäle der ersten Gruppe, die vom Rand (26) des Filterelementes beabstandet sind, ein Kanal der zweiten Gruppe benachbart ist, so dass die vollständige Fläche der Kanäle der ersten Gruppe bis auf Faltkanten der Kanäle vom Fluid durchströmbar ist.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine im we
sentlichen zylindrische Form aufweist und durch Aufrollen zumindest einer gefalteten
Lage (18) und einer flachen Lage (17) im Wechsel hergestellt ist.
3. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses durch eine
Schichtung mehrerer der flachen Lagen (17) und gefalteten Lagen (18) im Wechsel
hergestellt ist.
4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (19) der
art angeordnet sind, dass jeweils sechs benachbarte von ihnen zusammengenom
men einen sechseckigen Querschnitt bilden.
5. Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kanäle (19) den Querschnitt von gleichseitigen Dreiecken aufweisen.
6. Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Lagen gestaffelt zueinander angeordnet sind.
7. Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass dieses einen Filterrahmen (24) zum Einbau in ein Gehäuse (10) aufweist.
8. Filterelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass dieses an den die beiden Stirnflächen verbindenden Seitenflächen eine Ab
schlusslage (25) aufweist.
9. Filter, umfassend ein Gehäuse (10) mit einem Einlass (13) und einem Auslass (15)
für das zu filternde Medium, dadurch gekennzeichnet, dass in diesen ein Filterele
ment nach einem der vorherigen Ansprüche eingebaut ist.
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