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Technisches
Gebiet
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Partikelfilter,
die zum Ausfiltern von Partikeln aus strömenden Medien eingesetzt werden,
können sowohl
nach dem Wandflussprinzip (Wall Flow Filter) aufgebaut sein oder
gemäß des Mattenprinzips
aufgebaut werden. Im Gegensatz zu Wabenfiltern, die in der Regel
extrudiert oder mit einem vergleichbaren Verfahren hergestellt werden,
können
nach dem Mattenprinzip aufgebaute Partikelfilter Mattenteile aus unterschiedlichen
Materialien enthalten. Die Basismaterialien der eingesetzten Matten
reichen von keramischen bis metallischen Substanzen, wobei im Fall
von Keramiken, diese im noch nicht gesinterten, meist vorgetrockneten
Zustand oder im Falle von metallischen Substanzen im fertigen Zustand
verarbeitet werden. Die aus metallischen Substanzen hergestellten
Matten liegen im fertigen Zustand gesintert oder als Gewebe oder
als eine Kombination davon vor.
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Aus
DE 36 37 516 C1 sind
Filterelemente für Staubfilter
bekannt. Die Filterelemente sind in einem Trennboden zwischen der
Staubgas- und der Reingasseite befestigt und von einem mit Staubgaseintrag,
Reingasaustrag und Staubaustrag versehenen Gehäuse umgeben. Sie werden von
den zu reinigenden Gasen von außen
nach innen durchströmt.
Von dem an der Außenfläche der
Filterschicht anhaftenden Staub sind sie mittels einer mit Druckgas
zu betätigenden
Abreinigungsvorrichtung durch Rückblasen
in periodischer Reihenfolge abreinigbar. Bei Übernahme der guten Eigenschaften
der Filterelemente in Schlauchform kann zugleich ein Vielfaches an
Filterfläche
auf gleichem Einbauraum untergebracht werden. Dazu ist die zu filternde
Außenfläche des
Filterelements aus keilförmig
verlaufenden, um die Mittelachse des Filterelements aneinander gereihten
Zellen gestaltet, die an ihrem oberen Ende einem Schlauch ähnlich sind
und an ihrem unteren Ende sternförmig
auf einer Mittellinie zusammenlaufen. Diese ist in Richtung der
einzelnen Zellenhalbierenden angeordnet.
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Aus
EP 0 764 455 A2 ist
ein Filter zur Partikelfilterung in Abgas sowie eine Vorrichtung
zum Behandeln von Abgasen mit diesem Partikelfilter bekannt. Der
Filter kann z.B. an einem Dieselmotor eingesetzt werden und weist
zusätzlich
zu einer hohen Durchsetzkapazität,
eine ausgezeichnete Haltbarkeit auf, ist darüber hinaus sehr wirtschaftlich
und weist exzellente Wartungseigenschaften auf. Der Filter wird
dadurch gefertigt, dass ein Endabschnitt eines aufgewickelten Materials
geschnitten wird. Bei dem in Spulenform vorliegenden Material handelt
es sich um einen hochtemperaturfesten Edelstahl, der eine gute Wärmebeständigkeit
aufweist. Die durch Abtrennen von dem in Spulenform vorliegenden
Material erhaltenen Fasern werden zu einem Band geformt, dieses
Band wird in einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt gesintert
und anschließend
wird das gesinterte Band wärmebehandelt.
Bei der Wärmebehandlung
wird ein Aluminiumfilm auf die gesinterten Fasern aufgebracht.
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EP 12 56 369 A2 bezieht
sich auf einen Filter zur Abgasnachbehandlung sowie ein Filterungsverfahren.
Es wird ein Abgasnachbehandlungsfilter vorgeschlagen, der im Abgassystem
einer Verbrennungskraftmaschine aufgenommen ist. Der Filter umfasst
eine sich in axialer Richtung erstreckende zylindrische Filterrolle,
welche ein Filtermedium enthält, welches
eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckender Kanäle definiert.
Es ist eine erste Durchflusssektion vorgesehen, mit Durchflusskanälen sowie
eine zweite Filterungssektion mit abwechselnd verschlossenen Kanälen, welche
dem Abgas eine Strömung
durch das Filtermedium aufzwingen. Eine Kernsektion dient der Filter-Regeneration
und erzeugt eine exotherme Reaktion. Ein katalytischer Konverter-Filter
enthält
eine erste katalytische Sektion, die mit einem Katalyten behandelt
ist sowie eine zweite Filtersektion mit abwechselnd verschlossenen Kanälen.
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EP 1 270 886 A1 bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der
Stickoxide in einem Abgassystem eines Dieselmotors. Gemäß dieses
Verfahrens werden Ruß und
andere Bestandteile an einem auf elektrischem Wege regenerierbaren
Filter zurückgehalten
und NO
X an einem NO
X-Adsorber
adsorbiert. Das adsorbierte NO
X wird später zu N
2 reduziert, wozu thermische Energie, CO und
Kohlenwasserstoff eingesetzt werden, die beim Regenerieren des Filters
zur Verfügung
gestellt werden.
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EP-A-1
256 369 ist z.B. ein Abgasfilter zu entnehmen, bei dem in einem
plissierten Filtermedium eine Vielzahl axialer Kanäle ausgebildet
ist. Die Kanäle
sind jeweils einseitig verschlossen. Eine kompakte Bauweise wird
dadurch erreicht, dass das plissierte Filtermedium aufgewickelt
wird. Der gewickelte Filter ist in einem Gehäuse aufgenommen, so dass die
Außenseite
des Filters bündig
an der Gehäusewand
anliegt.
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Eine
weitere Bauart für
Partikelfilter ist aus DE-C-36 37 516 bekannt. Dieser Patentschrift
sind Filterelemente für
Staubfilter zu entnehmen, die in einem Trennboden zwischen der Staubgas-
und der Reingasseite befestigt sind und von einem mit Staubgaseintrag,
Reingasaustrag und Staubgasaustrag versehenen Gehäuse umgeben
sind. Die Filterelemente werden von den zu reinigenden Gasen von außen nach
innen geströmt.
Die filternde Außenfläche des
Filterelements ist aus keilförmig
verlaufenden, um die Mittelachse des Filterelements aneinander gereihten
Zellen gestaltet, die an ihrem oberen Ende einem Schlauch ähnlich sind
und an ihrem unteren Ende sternförmig
auf eine Mitteillinie zusammenlaufen, die in Richtung der einzelnen
Halbierenden der Zelle angeordnet ist. Beim Betrieb der Partikelfilter
zur Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen setzen sich die Filterelemente
mit der Zeit aufgrund der adsorbierten Rußes zu. Aus diesem Grund müssen die
Filterelemente regelmäßig gereinigt
werden. Dies geschieht durch Erhitzen, wodurch die adsorbierten Rußpartikel
abbrennen.
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Filterkonfigurationen,
welche Faltungen bzw. Wellungen enthalten, sind aus
EP 0 765 455 bekannt. Dort werden
Mehrfachwellen eines Filtermaterialbandes beschrieben, ferner zeigt
EP 1 270 886 das Mehrfachwellen
eines Filtermaterials, wobei dieses in eine Kreisform gebracht wird.
Wabenstrukturen können
gemäß
EP 1 256 369 als wellpappenartige
Strukturen mit Verschluss der Wellen um eine imaginäre Achse
ausgebildet werden. Nachteilig bei Filterelementen mit Wabenstrukturen
sind vor allem die langen Kanäle.
In Wabenstrukturen ausgebildete Filter haben naturgemäß jeden
zweiten Kanal verstopft, so dass der Eintrittsquerschnitt auf mehr
als 50 % herabgesetzt wird, was einen Druckverlust zur Folge hat.
Ferner besteht das Risiko, dass sich die Einlassöffnungen der Kanäle einer
Wabenstruktur mit Ruß zusetzen
und bei langen Kanälen
besteht die Gefahr, dass sich diese von der Hinterseite her mit Asche
füllen,
was einen Filterflächenverlust
nach sich zieht. Bei Wabenstrukturen kann eine radial unterschiedliche
Rußbeladung
auftreten, die unterschiedliche Russabbrandzeiten zur Folge hat,
wobei dieser innen schnell und außen verzögert abbrennt, was Thermospannungen
nach sich zieht.
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Darstellung
der Erfindung
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird der
Vorteil offener flächiger
Strukturen als Filterelemente genutzt und vor allem eine wirtschaftliche
Endlosfaltung des die Filterelemente darstellenden Filterbandmaterials
bereitgestellt. Die vorgeschlagene Endlosfaltungslösung vermeidet
den Nachteil vieler einzelner Filterelemente, die einzeln miteinander
gefügt
werden müssen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
erfolgt lediglich eine Linienberührung
der einzelnen Filterelemente an der Front und an der Seite, die
dicht zu gestalten ist. Eine Längsverbindung
und eine Abdichtung an jedem einzelnen Filterelement kann durch
Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
nunmehr entfallen.
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Ferner
treten durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
keine radialen Wärmedehnungsproblerne
auf, wenn das vorgeschlagene beispielsweise in Rollfilterform eingesetzte
Filter zur Russfiltration eingesetzt wird und hohe Temperaturen
an den Filterelementen beim Abbrand der Rußpartikel entstehen. Die Filterelemente
können
zwar auf der Abströmseite
durch einen Flansch eingespannt werden, vermögen sich jedoch in radialer
Richtung ungehindert nach innen auszudehnen. Gleiches gilt für die Anströmseite des
Filters, wo die Filterelements mittels einer Abdeckkappe auf ihrer
radial innen liegenden Seite fixiert werden, jedoch aufgrund des
Freiraums zum Außengehäuse eine
radial nach außen
gerichtete Wärmedehnungsmöglichkeit
besteht.
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Aufgrund
der Endlosfaltung der einzelnen beispielsweise keilförmig ausbildbaren
Filterelemente sind diese mit ihrem Talsohlenstück jeweils untereinander verbunden,
wodurch Schwingungen und eine Einzeldurchbiegung der einzelnen Filterelemente
unterdrückt
werden. In vorteilhafter Weise können bei
entsprechenden Faltmustern der im Endlosverfahren hergestellten
Filterelemente, die Filtermaterialbänder ohne zusätzliche
Ausstanzungen und Zuschnitte direkt gefaltet und dann weiterverarbeitet werden.
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Durch
eine fließende
Anpassung, d.h. eine Änderung
der Kantelänge
von der kürzesten
Länge bis
zur größten Länge auf
quasi-stetigem Wege, können
neben kreisrundem bzw. flachen Filterformen auch elliptische, ovale
oder asymmetrische Formen gestaltet werden.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 ein
gewellt verformtes Filterbandmaterial mit ein- und abströmseitigen
Abdeckstrukturen,
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2 ein
Filtergehäuseteil,
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3 eine
Ausführungsvariante
eines Filters in gerollter Ausführung
mit rotationssymmetrischen Abdeckscheiben,
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4, 5 und 6 keilgefaltete
Filterelemente in ebener Anordnung,
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7 eine
abgewickelte Darstellung des Filterbandmaterials,
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8 eine
abgewickelte Darstellung des Filterbandmaterials für ein schräg gestelltes
Filterelement,
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9a, 9b die
gerollte Filterausführung in
Ansicht und Draufsicht,
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10 eine
detaillierte Darstellung einer gerollten Filterausführung aus
Filterbandmaterial,
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11 ein
in ein Gehäuse
eingeschobenes Filtermodul,
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12 die
Faltvorlage für
eine gerollte Filterausführung
aus endlosem Filterbandmaterial,
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13 ein
Faltschema für
Filterelemente mit verkürzter
Kantenfläche,
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14 ein
Filterelement mit ansteigender Sohle in Strömungsrichtung,
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15a, 15b, 16a, 16b, 17, 18 ein
Filterelement mit ein- und abströmseitig
angeordneten Verstärkungsstreifen,
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19 die
perspektivische Wiedergabe fertig gefalteten Filterbandmaterials,
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20, 21, 22 Ansichten
von Filterelementen, die verschweißt sind,
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22 einströmseitig
miteinander gefügte Filterelemente,
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23 – 25 in
die Filterelemente eingelassene Abstandhalter und
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26, 27 geteilte
Filter.
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Ausführungsvarianten
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1 ist
ein gewelltes Filterbandmaterial mit ein- und abströmseitigen
Abdeckstrukturen zu entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
hervor, dass in einem Filterbandmaterial 2 eine gewellte Struktur
ausgebildet ist. Gerundete Spitzen 3 des Filterbandmaterials 2 begrenzen
Kanäle
des Filterbandmaterials 2, die an einer Einströmseite 8 durch eine
erste Abdeckstruktur 6 verschlossen werden. Die an der
ersten Abdeckstruktur 6 ausgebildeten ersten Schließflächen 21 sind
korrespondierend zu den im Filterbandmaterial 2 ausgebildeten
Kanälen geformt
und verschließen
diese an der Entströmseite 8.
An einer Ausströmseite 9 ist
eine zweite Abdeckstruktur 7 vorgesehen, deren zweite Schließflächen 22 so
geformt sind, dass die durch die Wellung des Filterbandmaterials 2 gebildeten
und durch die gerundete Spitze 3 begrenzten Kanäle des Filterbandmaterials 2 an
der Ausströmseite 9 freigegeben
sind. Dadurch wird dem zu reinigenden Medium ein Filterbandmaterialdurchtritt 20 aufgezwungen,
was mit einem Partikelrückhalt
im Filterbandmaterial 2 verbunden ist. Anstelle der in 1 dargestellten
gerundeten Spitze 3 kann das Filterbandmaterial 2 auch
derart verformt werden, dass sich Spitzen anstelle gerundeter Spitzen 3 einstellen.
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Bei
dem Filterbandmaterial 2 kann es sich um Basismaterialien
aus keramischen oder metallischen Materialien handeln, die im Falle
von Keramiken im ungesinterten Zustand und im Falle von eingesetzten
metallischen Materialien im fertigen Zustand gesintert als Gewebe
oder in Kombination davon vorliegen können. Im ungesinterten Zustand
können
Keramikfolien gegebenenfalls unter Verwendung einer Stützfolie
gestaltet werden, wobei beim anschließenden Sintern eine Erstarrung
der jeweils gewählten
Formgebung erfolgt.
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Die
in 1 explosionsartig dargestellte gewellte Struktur
des Filterbandmaterials 2 sowie die erste Abdeckstruktur 6 und
die zweite Abdeckstruktur 7 können in einem in 2 dargestellten
Gehäuseteil untergebracht
sein. Dem in 2 dargestellten Gehäuseoberteil 23 haftet
jedoch der Nachteil an, dass an der Einströmseite 8 eine etwa
50 %-ige Abdeckung der Einströmöffnung 12 vorliegt.
Gleiches gilt für
die mit Bezugszeichen 9 bezeichnete Ausströmseite 9 am
Gehäuseteil 23.
Die gewellte Struktur des Filterbandmaterials 2, in der
Darstellung gemäß 1 wellenartig
ausgebildet, ist durch Bezugszeichen 10 angedeutet.
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3 ist
eine Ausführungsvariante
eines Filter in gerollter Ausführung
mit rotationssymmetrischen Abdeckscheiben zu entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 3 geht
hervor, dass das Filterbandmaterial 2 die in 1 dargestellte
Wellenstruktur aufweist und zylindrisch ausgeformt ist. Auf der
Einströmseite 8 wird
das Filterbandmaterial 2 durch die erste rotationssymmetrisch
ausgebildete Abdeckstruktur 6 verschlossen. Dazu weisen
sternförmig
angeordnete Finger der ersten Abdeck struktur 6 Freiräume 15 auf,
welche von dem die Einströmseite 8 passierenden
zu reinigenden Medium durchströmt
werden und in die Zwischenräume zwischen
die Wellen des Filterbandmaterials 2 eintritt. Die Hüllkurve 4 der
ersten rotationssymmetrisch ausgebildeten Abdeckstruktur 6,
des gewellten Filterbandmaterials 2 sowie der zweiten Abdeckstruktur 7 ist
mit Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Bei der durch die Hüllkurve 4 umschlossenen
verformten Konfiguration des Filterbandmaterials 2 ist
ein Axialkanal 14 ausgebildet, der durch die rotationssymmetrisch
ausgebildete erste Abdeckstruktur 6 verschlossen wird.
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Die
an der Ausströmseite 9 vorgesehene zweite
Abdeckstruktur 7 weist Schließflächen 16 auf, welche
zwischen die einzelnen Wellen des Filterbandmaterials 2 eintauchen,
wodurch bewirkt wird, dass das über
die Freiräume 15 in
den Filter 1 einströmende
Medium die Wandung des Filterbandmaterials 2-angedeutet durch Bezugszeichen
20-durchtreten muss und über
die zwischen den Schließflächen 16 der
zweiten Abdeckstruktur 7 ausgebildeten Öffnungen abströmt.
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Den 4, 5 und 6 sind
keilgefaltete Filterelemente aus einem Filterbandmaterial in flacher
Anordnung zu entnehmen.
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Aus 4 geht
hervor, dass aus einem endlosen Filterbandmaterial 2 aneinander
angrenzende Filterelemente 33 geformt werden. Jedes der
tortenstückförmig konfigurierten
Filterelemente 33 umfasst zwei Seitenflächen 39 sowie eine
Boden- bzw. Dachfläche 38.
In Bezug auf die Einströmseite 8 weist
das in der Mitte dargestellte der Filterelemente 33 einen Eintrittsquerschnitt 31 auf,
welcher durch Frontkanten 32 angrenzender Filterelemente 33 begrenzt
ist. In Bezug auf die über
den Eintrittquerschnitt 31 eintretende Strömung des
zu reinigenden Mediums stehen die Seitenwände 39 der Filterelemente 33 schräg zur Strömungsrichtung
des zu reinigenden Mediums. Der Eintrittsquerschnitt 31 steht
nahezu vollständig für den Eintritt
des strömenden
Mediums zur Verfügung
und ist lediglich durch die an der Frontkante 32 dargestellten
ersten Dichtnähte 34 zu
gegenläufig angeordneten
Filterelementen 33 begrenzt. Jeder der Filterelemente 33 aus
einem endlosen, keramische Substanzen oder metallische Substanzen
enthaltenden Filterbandmaterial 2 umfasst eine Boden- bzw.
Dachfläche 38 sowie
zwei Seitenwände 39.
Im Bereich der ersten Dichtnaht 34 sind die Seitenwände 39 zweier
aneinander anliegender Filterelemente 33 dichtend miteinander
gefügt,
was beispielsweise über
ein Schweißverfahren,
wie z.B. Laserschweißen oder
ein anderes stoffschlüssiges
Fügeverfahren
erfolgen kann. Gleiches gilt für
zweite Dichtnähte 35, die
an der Ausströmseite 9 der
tortenstückförmig konfigurierten
Filterelemente 33 ausgebildet sind.
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4 zeigt
mehrere nebeneinander liegend angeordnete Filterelemente 33,
die von einem hier rechteckig ausgebildeten Gehäuse umschlossen sind. Der Eintrittsquerschnitt 31 ist durch
zwei erste Dichtnähte 34 begrenzt.
Die ersten Dichtnähte 34 sind
so ausgebildet, dass eine Filmausdehnung der Seitenwände 39 der
Filterelemente 33 innerhalb des rechteckförmig ausgebildeten
Gehäuses
erfolgen kann und die Höhenausdehnung
nicht behindert wird. Dies ist insbesondere bei der auf thermischem Wege
erfolgenden Regeneration der einzelnen Filterelemente 33 von
Bedeutung, bei der es aufgrund der Temperaturen zum Abbrand der
in den Seitenwänden 39 der
Filterelemente 33 zurückgehaltenen
Russpartikeln zu Dehnungen kommt.
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6 ist
eine Draufsicht auf schräg
gestellte Filterelemente zu entnehmen. In Bezug auf die Einströmseite 8 sind
die Seitenwände 39 des
endlosen Filterbandmaterials 2 schräg gestellt, so dass das zu reinigende
Medium das Hindurchtreten durch die Seitenwände 39 und die Deck-
und Bodenwände 38 der
Filterelemente 33 aufgezwungen wird. Die im strömenden Medium
enthaltenen Partikel lagern sich in den Seitenwänden 39 und den Deck-
und Bodenwänden 38 des
Filterbandmaterials 2 ab, so dass an der Ausströmseite 9 ein
von Partikeln gereinigtes strömendes
Medium austritt. Die Schrägstellung
der Seitenwände 39 der
Filterelemente 33 ist durch Bezugszeichen 36 angedeutet.
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7 zeigt
eine abgewickelte Darstellung des endlosen Filterbandmaterials.
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Die
in 7 dargestellte Faltvorlage verdeutlicht, dass
aus einem in Endlosform vorliegenden Filterbandmaterial 2 jeweils
eine Seitenwand 39, eine sich daran anschließende Boden-
bzw. Dachfläche 38,
eine weitere Seitenwand 39 usf. gebildet werden. Die Seitenwände 39 stehen
dabei rechtwinklig auf der Bodenfläche 38 und sind rechtwinklig
zu der entsprechenden korrespondierenden Dachfläche 38 geformt. Beim
Aufrichten der Seitenwände 39 in
Bezug auf die Bodenfläche 38 bzw.
beim Abknicken der Seitenwände 39 von
den Dachflächen 38 des
Filterbandmaterials 2 bilden sich an der Einströmseite 8 erste
Dichtnähte 34 bzw.
auf der Ausströmseite 9 zweite
Dichtnähte 35,
die in vertikaler Richtung verlaufen.
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In
der abgewickelten Darstellung gemäß 7 sind die
Halbierenden der Bodenfläche 38 bzw.
der Dachfläche
strichpunktiert angedeutet.
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Die
Zwickel, welche aus den kurzen Seiten der Rechtecke 39 und
dem Rand des filterförmigen Bandmaterials 2 gebildet
werden, werden ausgeschnitten oder ausgestanzt.
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Der
Darstellung gemäß 8 ist
die abgewickelte Form des zu konfektionierenden Filterbandmaterials,
welches ohne die in 7 dargestellten Zwickelbereiche
ausgebildet ist, zu entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 8 geht
hervor, dass sich eine Schrägstellung
der Vorder- und der
Hinterkante des Faltmusters ergibt.
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Die 9a, 9b zeigen
eine gerollte Filterausführung
in halbkreisförmig
wiedergegebener Ansicht sowie in der Draufsicht.
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Anstelle
der in 4 dargestellten flachen Anordnung der einzelnen
Filterelemente 33 des Filters 1, die entsprechend
einer Keilfaltung 30 ausgebildet werden, können die
einzelnen Filterelemente 33 auch in einer gerollten Ausführung, angedeutet durch
Bezugszeichen 40 gemäß 9a,
ausgestaltet werden. Dazu werden die fertig gefalteten Filterelemente 33 innerhalb
der Hüllkurve 4 kreis-
bzw. halbkreisförmig
angeordnet. Mit Bezugszeichen 42 ist der Rücken, d.h.
die breite Seite des Keiles Filterelemente 33 bezeichnet.
Mit Bezugszeichen 34 ist die erste Dichtnaht gekennzeichnet.
Mit bi ist die Breite einer Talsohle 41 eines
Filterelements 33, mit ba ist die
Breite des Rückenteils 42 des
Filterelements 33 bezeichnet. Die Talsohlen 41 der
halbkreisförmig
angeordneten Filterelemente 33 begrenzen einen Durchgangskanal.
Da die einzelnen Filterelemente 33 entlang der ersten Dichtnähte 34 und
der in 9b dargestellten zweiten Dichtnähte 35 miteinander
verbunden sind, vermögen
sie Radialdehnungen problemlos auszuführen, da genügend Freiraum zur
Ausdehnung besteht. Die Höhe
der einzelnen Filterelemente 33 ist durch h bezeichnet.
Das eingesetzte Filterbandmaterial 2 weist bevorzugt eine Wandstärke zwischen
0,3 bis 0,4 mm auf sowie eine mittlere Porengröße von 10 μm, wie Wandflussfilter, die
für die
Rußfiltration
eingesetzt werden.
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Aus
der Darstellung gemäß 10 geht
eine detaillierte Darstellung einer gerollten Filterausführung aus
Filterbandmaterial näher
hervor. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass im Bereich der
Talsohle 41 der einzelnen Filterelemente 33 eine
mit Schlitzen 44 versehene Frontabdeckscheibe 43 eingreift.
Die in vertikaler Richtung verlaufenden ersten Dichtnähte 34,
an denen die einzelnen Filterelemente 33 im Bereich der
Einströmseite 8 stoffschlüssig und
dicht miteinander verbunden sind, werden von der Frontabdeckscheibe 43 gehalten.
Die Frontabdeckscheibe 43 wird zentrisch aufgesetzt und
fixiert die in gerollter Keilfaltung ausgebildeten einzelnen Filterelemente 33 des
endlosen Filterbandmaterials 2 auf der Einströmseite 8.
Die Eintrittsquerschnitte 31 stehen somit bis zur Hüllkurve 4 offen,
so dass das in die Filterelemente 33 durch den Eintrittsquerschnitt 31 eintretende,
zu reinigende Medium ungehindert in das Roll-Modul 48 gemäß der Darstellung
in 10 einströmen
kann. Im Bereich der Ausströmseite 9 ist
ein Flansch 45 ausgebildet, dessen Innenkonturierung 47 die
Rücken 42 der
einzelnen übereinander
liegenden Filterelemente 33 übergreift. Der Flansch 45 wird einfach über die
Rücken 42 der
Filterelemente 33 geschoben und fixiert und dichtet diese
nach außen
auf der Ausströmseite 9 ab.
Auf der Ausströmseite 9 sind die
einzelnen Filterelemente 33 jeweils über zweite Dichtnähte 35 stoff schlüssig miteinander
verbunden, so z.B. miteinander verschweißt. Aufgrund der auf der Ausströmseite 9 ausgebildeten
zweiten Dichtnähte 35 ist
das an der Einströmseite 8 über die
Eintrittsquerschnitte 31 in die einzelnen Filterelemente 33 einströmende Medium
gezwungen, durch die Seitenwände 39 zu
strömen,
in welchen die Partikelbeladung des zu reinigenden Mediums zurückgehalten wird.
Mit Bezugszeichen 46 ist das Rückenende des Rückens 42 des
Filterelements 33 bezeichnet. Aus der in 10 wiedergegebenen
Darstellung des Roll-Moduls 48 geht hervor, dass eine enge
Packung von Filterelementen 33 möglich ist, wobei diese an der
Einströmseite 8 dichtend über die
ersten Dichtnähte 34 sowie
die Scheibe 43 und auf der Ausströmseite 9 dichtend über die
zweiten Dichtnähte 35 miteinander
und über
den Flansch 45 verbunden sind.
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Der
Darstellung gemäß 11 ist
ein in ein Gehäuse
eingeschobenes Filtermodul gemäß der Darstellung
in 10 zu entnehmen.
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Das
um einen Axialkanal 14 symmetrisch aus einzelnen Filterelementen 33 aufgebaute Roll-Modul 48 ist
in ein zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 49 eingeschoben.
Da die einzelnen Filterelemente 33 lediglich über die
ersten Dichtnähte 34 auf der
Einströmseite 8 und
die Scheibe 43 und über
die – in 11 nicht
dargestellten – zweiten
Dichtnähte 35 auf
der Ausströmseite 9 miteinander
und dem Flansch 45 verbunden sind, vermögen sich die Filterelemente 33 eine
Radialdehnung 53 ausführend,
innerhalb des Gehäuses 49 zu
bewegen. Die Radialdehnung 53 ist aufgrund des Abstandes
zwischen der Hüllkurve 4 und
der Gehäusewand
des zylindrischen Gehäuses 49 möglich. Die
Radialdehnung 53 kann sowohl auf der Außenseite der Filterelemente 33 als
auch auf der dem Axialkanal 14 zugewandten Seite erfolgen.
Eine mechanische Beanspruchung des Filterbandmaterials 2 ist
aufgrund der fehlenden Dehnungsbehinderung in radialer Richtung
gemäß der Darstellung
in 11 ausgeschlossen.
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Aus
der Darstellung gemäß 11 geht
zudem hervor, dass am Gehäuse 49 ein
Gehäuseflansch 50 ausgebildet
ist, der über
eine Dichtung 51 am Flansch 52 des Roll-Moduls 48 anliegt.
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Der
Darstellung gemäß 12 ist
eine Faltvorlage für
eine gerollte Filterausführung
aus endlosem Filterbandmaterial zu entnehmen. Im Unterschied zur
Darstellung der Faltvorlage gemäß 7, weist
die in 12 dargestellte Faltvorlage,
d.h. der abgewickelte Verlauf des endlosen Filterbandmaterials 2,
einen Zickzack-Randverlauf 55 sowohl auf der Einström- wie auch
auf der Ausströmseite
auf. Bei der gerollten Filterausführung, vgl. Roll-Modul 48, steht
aufgrund der Geometrie im Bereich der Talsohle 41 ein geringerer
Bauraum zur Verfügung
als im Bereich des Rückens 42 der
Filterelemente 33. Diesem Umstand wird dadurch Rechnung
getragen, dass der Rücken 42 in
einer Breite ba ausgebil det ist, während der
im Bereich der Talsohle 41 liegende Bereich des Filterbandmaterials 2 in
einer Breite bi ausgebildet ist. Aus diesem
Umstand ergibt sich der Zickzack-Randverlauf 55 an
beiden Rändern
des endlosen Filterbandmaterials 2 gemäß der Darstellung in 12. Zwischen
den einzelnen Talsohlen 41 bzw. Rücken 42 erstrecken
sich Seitenwände 39,
die im Bezug auf die Rücken 42 bzw.
Talsohlen 41 rechtwinklig verlaufen.
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Der
Darstellung gemäß 13 ist
ein Faltschema für
Filterelemente mit einer verkürzten
Kantenfläche
zu entnehmen.
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Der
Darstellung gemäß 15 ist das endlose Filterbandmaterial 2 in
abgewickelter Form zu entnehmen. Über die Seitenwände sind
die Boden- bzw. Dachflächen
der einzelnen Filterelemente 33 miteinander verbunden,
wobei die in der Mitte in 13 dargestellte
Seitenwand als verkürzte
Seite ausgebildet ist.
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Da
der Rücken 42 auf
dem Außendurchmesser
des Faltfilters liegt, ist seine Rückenbreite ba am Filteraustritt
größer als
die Talsohlenbreite bi auf der Eintrittsseite
des Faltfilters. Die Talsohle liegt auf dem Innendurchmesser des
Faltfilters entsprechend des Kanaldurchmessers 14 auf.
Als Folge davon verläuft das
bandförmige
Filtermaterial 2, aus welchem das Faltfilter hergestellt
werden soll, bogenförmig.
Aus Kostengründen
und zur Umgehung des Ausschneidens bzw. Ausstanzens von Zwickelausschnitten, wird
das bandförmige
Filtermaterial 3 als „Parallelband" ohne den Zick-Zack-Verlauf 45 ausgebildet, wie
in 8 dargestellt. Die Zwickelausschnitte lassen sich
vermeiden, wenn die die Mitte Halbierenden der Talsohlen 41 und
der Rücken 42 parallel
verlaufen. Folglich sind die „Eintrittskanten" des Filterelements 33 bzw.
der Elementwange (Seitenflächen 39) länger als
die „Austrittskanten". Auch der rechte
Winkel der Seitenflächen
ist nicht mehr vorhanden. Beim Falten entsteht im Längsschnitt
des Filters eine Elementansicht entsprechend der Darstellung in 14. Die
Talsohle 44 verläuft
gegen die Strömung
geneigt und die Eintrittskanten mit ihren Verbindungen 34 wie auch
die Ausströmkanten 35 stehen
schräg,
wodurch sich eine Einschränkung
umgehen lässt.
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Bei
Aufrichten der Seitenwände 39 in
Bezug auf die Boden- bzw. Dachfläche 38 des
endlosen Filterbandmaterials 2 ergibt sich ein gerades
Filterband, welches als Faltvorlage einen Zickzack-Verlauf 55 sowohl
auf der Einströmseite 8 als
auch auf der Ausströmseite 9 aufweist.
Aufgrund der in 13 dargestellten Konfiguration
der Faltvorlage des endlosen Filterbandmaterials 2 stellt
sich in der Darstellung gemäß 14 liegt
die verkürzte
Seite 56 der Seitenwand 39 eines Filterelements 33 im
Bereich der Ausströmseite 9,
während
im Bereich der Einströmseite 8 die
erste Dichtnaht 34 in der in 9a dargestellten Höhe h ausgebildet
ist. Aufgrund der in 13 dargestellten Faltvorlage
mit Zickzack-Verläufen 55 im Randbereich
des endlosen Filterbandmaterials 2 auf der Einströmseite 8 sowie
auf der Ausströmseite 9, wird
eine ansteigende Talsohle 57 im unteren, dem Teil des Roll-Moduls 48 erzielt.
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Der
Figurensequenz 15a, 15b, 16a, 16b, 17 und 18 ist
ein Filterelement mit ein- und abströmseitig zugeordneten Abstandshalter
und Verstärkungsstreifen
zu entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 15a und 15b geht
hervor, dass ein Randstreifen 60 des Filterbandmaterials 2 mit
einem ersten Metallstreifen 61.1 an einer Fügestelle 62.1 stoffschlüssig verbunden
werden kann. Die in 15a und 15b dargestellten,
miteinander gefügten
Randstreifen 60 und ein erster Metallstreifen 61.1 sind
in der Darstellung gemäß 17 an
einem Filterelement 62 gezeigt.
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Die
in 15b dargestellten an der Fügestelle 62.1 miteinander
verbundenen Komponenten 60 und 61.1 werden im
Bereich der Einströmseite 8 des
Filterelements 62 angeordnet. In der Darstellung gemäß 16a ist der Randstreifen 60 mit einem zweiten
Metallstreifen 61.2 ebenfalls an einer Fügestelle 62.1 stoffschlüssig verbunden.
Die Fügestelle 62.1 zwischen
den Komponenten 60 bzw. 61.2 kann als Schweiß-, Löt- oder
eine andere stoffschlüssige Verbindungsstelle
beschaffen sein. Wie aus 17 hervorgeht,
ist der erste Metallstreifen 61.1 (Saumband) zwischen die
Seitenflächen 39 des
Filterelements auf dessen Einströmseite 8 eingequetscht. Der
erste Metallstreifen 61.1 (Saumband) kann aus einem Massivmaterial,
wie beispielsweise metallischem Material im Falle des Einsatzes
an einem Sintermetallfilter im Wesentlichen spaltfrei zusammengefaltet
werden, was Vorteile für
eine spätere Schweißverbindung
bietet. Die Seitenflächen
des Filterelements werden auf einem minimalen Abstand zueinander
gehalten, so dass an dieser Eintrittsseite die Seitenflächen 39 nicht
auf 0-Abstand zusammengedrückt
werden können,
was die Abströmung
des gefilterten Gases verhindern würde. Die in 16a dargestellte Verbindung zwischen dem Randstreifen 60 und
dem zweiten Metallstreifen 61.2 wird gemäß 18 auf
der Ausströmseite 9 des
Filterelements 62 angeordnet. Es ergibt sich gemäß 18 eine
nahezu spaltfreie Anordnung von Filterelementen 62, die
nebeneinander liegen, wobei der Rückenteil eines jeden Filterelements 62 von
dem zweiten Metallstreifen 61.2 umschlossen und somit versteift
ist. Der erste Metallstreifen 61.1 liegt gemäß der Darstellung in 17 unterhalb
des Randstreifens 60 wie z.B. Sintermetallbänder, wodurch
beim Falten des Filterelements 62 auf der Einströmseite 8 die
ersten Metallstreifen 61.1 eng aneinander anliegen. Dadurch
lässt sich
auf besonders vorteilhafte Weise eine Verbindung direkt oder durch
Hilfsmittel wie beispielsweise eine Zange oder dergleichen herstellen,
was durch die spaltfreie Positionierung der ersten Metallstreifen 61.1 zueinander
erleichtert wird. In Bezug auf die in 18 dargestellte
Ausströmseite 9 der
Filterelemente 62 ist festzuhalten, dass die die Randstreifen 60 überdeckenden
zweiten Metallstreifen 61.2 oben liegend angeordnet sind,
so dass beim Filterelement 62 der zweite Metallstreifen 61.2 als
Abstandselement zwischen den einzelnen Filterelementen 62 fungiert
und in gleicher Weise wie in 17 auf
der Einströmseite 8,
an der Ausströmseite 9 eine
nahezu spaltfreie Positionierung der Filterelemente 62 relativ zueinander
ermöglicht.
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Der
Darstellung gemäß 19 ist
eine perspektivische Wiedergabe eines fertig gefalteten Filterbandmaterials
zu entnehmen. Aus der in 19 dargestellten
Fertigfaltung 63 des endlosen Filterbandmaterials 2 geht
hervor, dass die einzelnen Filterelemente 33 kontinuierlich
nebeneinander liegend angeordnet sind und im Wesentlichen tortenstückförmig konfiguriert
sind. Aufgrund der Tatsache, dass das Filterbandmaterial 2 endlos
vorliegt, wie in 19 dargestellt, können drei
Filterelemente 33.1, 33.2, 33.3 auf engstem
Raum nebeneinander liegend untergebracht werden. Die Seitenwand 39 zwischen dem
Filterelement 33.1 und dem gegensinnig dazu ausgebildeten
Filterelement 33.2 stellt die Fläche dar, durch welche der über den
Eintrittsquerschnitt 31 des Filterelements 33.2 eintretende
Gasstrom hindurchtreten muss, um auf die Ausströmseite 9 zu gelangen.
Aus der Fertigfaltung 63 gemäß der Darstellung in 19 geht
zudem hervor, dass die einzelnen Filterelemente 33.1, 33.2 sowie 33.3 auf
der Einströmseite 8 über erste
Dichtnähte 34 stoffschlüssig miteinander
verbunden sind, während
an den Filterelementen 62 auf der Ausströmseite 9 zweite
Dichtnähte 35 vorliegen,
die im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufen. Aufgrund der
gewellten Konfiguration der Filterelemente 33 ergibt sich
eine hohe Filterelement-dünne
Packungsdichte auf engem Raum, da die einzelnen Filterelemente 33.1, 33.2, 33.3 jeweils
von Bodenflächen 38 und
Dachflächen 38 des endlosen
Filterbandmaterials 2 begrenzt sind.
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Den
Darstellungen gemäß der 20 und 21 sind
Ansichten von Filterelementen entnehmbar, die auf der Ausströmseite miteinander
verschweißt
sind.
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Die
in 20 bzw. 21 dargestellten
Filterelemente 62 weisen im Bereich ihres Rückens 42 die
in den 18 und 20 näher beschriebenen zweiten
Metallstreifen 61.2 auf. Die zweiten Metallstreifen 61.2 können so
ausgebildet werden, dass diese die im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildeten
Filterelemente 62 umschließen. Eine Verbindung zwischen
den den Rückenbereich 42 der
Filterelemente 62 umschließenden zweiten Metallstreifen 61.2 und
dem endlosen Filterbandmaterial 2 kann durch eine seitlich
verlaufende Schweißnaht 64 erfolgen.
Im Bereich der Talsohle 41 der Filterelemente 62 bleiben
diese offen. Durch Bezugszeichen 39 sind die Seitenwände angedeutet.
Die Filterelemente 62, die kreisförmig im Bezug aufeinander um
einen in 21 nicht dargestellten Axialkanal
angeordnet sein können,
sind durch die zweiten Metallstreifen 61.2 im Bereich des
Rückens 42 voneinander
getrennt. Aus der Darstellung gemäß 21 geht
hervor, dass anstelle der in 20 dargestellten
seitlich verlaufenden Schweißnähte 64 auch
eine Frontalverschweißung 65 der
aneinander anstoßenden
Seitenwände 39 der
einzelnen Filterelemente 62 mög lich ist. In der in 21 dargestellten
Variante fehlt der in 20 dargestellte zweite Metallstreifen 61.2 am Rücken 42 des
Filterelements 62. Auch in der in 21 dargestellten
Ausführungsvariante
bleibt der Bereich der Talsohle 41 eines jeden Filterelements 62 frei.
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Der 22 ist
entnehmbar, dass während des
schrittweisen Faltens die Ein- und Austrittskanten 34, 35 in
vorteilhafter Weise senkrecht zur Fläche der Seitenfläche 39 verbunden
und z.B. miteinander verschweißt
werden können.
So bietet sich in vorteilhafter Weise das Laserschweißverfahren
an. In 22 ist die rechte Seite der
Anordnung als gefaltet und an den Ein- bzw. Austrittskanten 34 und 35 miteinander
verbunden angenommen. Die äußerst breite
Seitenfläche 39 wird
gerade nach unten gebogen und der Talsohlenfalz vorgenommen, so
dass das ungefaltete, in Bandform vorliegende Filterbandmaterial 2 waagerecht
nach links liegt. Nunmehr ist eine Zugänglichkeit für eine seitliche
Verbindungstechnik wie z.B. im Wege des Laserschweißens in
Richtung 64 an der Einströmkante 34 gegeben.
Analoges gilt für die
Abströmkante 35,
die gemäß dem oben
Gesagten ebenfalls für
eine seitliche Verbindungstechnik wie z.B. das Laserschweißen zugänglich gemacht werden
kann.
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Den
Darstellungen gemäß der Figurensequenz 23 – 25 sind
in die einzelnen Filterelemente jeweils eingelassene Abstandshalter 66 zu entnehmen.
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Die
Abstandshalter 66 werden aus einem mit einer Profilierung 68 versehenen
metallischen Material gefertigt. Die Abstandshalter 66 weisen
einzelne Ausstanzungen 69 auf, wobei die flächigen Bereiche der
Abstandshalter 66 durch die Stege 67 miteinander
verbunden bleiben. Die Profilierung 68 des Materials, aus
welchem die Abstandshalter 66 gefertigt werden, kann beispielsweise
dreieckförmig
sein. Mittels Abstandshalter 66 wird verhindert, dass die
Filterelemente 33 bzw. 62 aufgrund des Differenzdrucks kollabieren.
Die Abstandshalter 66 gemäß der 23 – 25 können beispielsweise
auf der Ausströmseite 9 in
die Filterelemente 33 bzw. 62 eingesetzt werden.
Auch die Abstandshalter 66 können aus einem Endlosmaterial
gefertigt werden und derart gewellt ausgebildet sein, dass sie in
das im Wesentlichen dreieckförmige
Profil der Filterelemente 33 bzw. 62 hineinpassen.
Zwischen den einzelnen Abstandshaltern 66 werden die Ausstanzungen 69 vorgenommen,
welche den Einschub der Abstandshalter 66 in die taschenförmigen Abströmelemente ermöglichen.
Die Stege 67 stellen die Verbindungen über Rücken 42 bzw. im Bereich
der Talsohle 41 her, so dass ein vorgeformter Abstandshalter
(vgl. Darstellung gemäß 23)
problemlos in das Filterelement 33 bzw. 62 hineingeschoben
werden kann. Nacharbeit ist nicht mehr erforderlich, da es sich
bei dem beispielsweise tannenbaumförmig profilierten Abstandshalter 66 um
ein Komplettteil handelt, welches einfach und schnell auf der Ausströmseite 9 im Filterelement 33 bzw. 62 montierbar
ist.
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Den
Darstellungen gemäß 26 bzw. 27 sind
geteilt ausgebildete Rollfilter-Module zu entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 26 gehen Filterelemente 62 hervor,
bei denen die letzten auszubildenden Filterelemente 62 dargestellt
sind. Bei enger Filterelementanordnung können die letzten Filterelemente 62 nur
dann gefaltet und in Position gebracht werden, wenn die ersten und
zweiten Dichtnähte 34 bzw. 35 nach
der Fertigfaltung 63 hergestellt werden. In diesem Falle
liegen die jeweiligen Vorder- bzw. Hinterkanten der Filterelemente 33 bzw. 62 nicht
aneinander, d. h. sie müssen
in die Endposition gebracht und dort verschweißt werden.
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Es
lassen sich zwei Filtermodulhälften 71 bzw. 72 zu
einem Rollmodul 48 zusammenfügen, wobei eine Trennebene 70 bevorzugt
durch die Mitte vom Rücken 42 der
zuletzt zu montierenden Filterelemente 62 verläuft.
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Aus
der Darstellung gemäß 27 geht
hervor, dass die beiden Filtermodulhälften 71 bzw. 72, die
jeweils hälftig
fertig gefaltet ausgebildet sind, über nach außen vorstehende Flächenabschnitte 73 bzw. 74 miteinander
beispielsweise im Wege des Schweißverfahrens gefügt werden.
Nach dem Zusammenfügen
der beiden halbzylindrisch ausgebildeten Filter-Modulhälften 71 bzw. 72 werden
die Kanten mit der in der Trennebene 70 liegenden Filterelemente 62 stoffschlüssig miteinander
verbunden.
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Mit
dem vorstehend skizzierten Herstellungsverfahren zur Fertigung eines
Wandflussprinzip-Filters sowie den daraus erhaltenen Filterbauarten
können
radiale Wärmedehnungsprobleme
eliminiert werden, wenn das Filter 1 zur Rußfiltration
eingesetzt wird und hohe Temperaturen an den einzelnen Filterelementen 33 bzw. 62 beim
Rußabbrand entstehen.
Die Filterelemente 33 sind zwar auf der Ausströmseite 9 durch
einen Flansch 45 eingespannt, können sich jedoch ungehindert
radial nach innen ausdehnen, wie aus der Darstellung gemäß 11 hervorgeht.
Gleiches gilt für
die Einströmseite 8,
an der die Abdeckkappe 43 und die Filterelemente 33 auf
ihrer radial innenliegenden Seite im Bereich des Axialkanals 14 fixiert
sind, jedoch durch den Freiraum zum Außengehäuse 49 eine radial
nach außen gerichtete
Wärmedehnung 53 zulässt. Durch
die Endlosfaltung sind die einzelnen Filterelemente 33 bzw. 62 mit
ihrer Talsohle 41 untereinander verbunden, wodurch die
Schwingung und Einzeldurchbiegung der einzelnen Filterelemente 33 bzw. 62 unterdrückt wird.
Das endlose Filterbandmaterial 2 kann ohne zusätzliche
Ausstanzungen und Zuschnitte direkt gefaltet und verarbeitet werden.
Durch die abschließende
Anpassung der Kantenlänge
können
die verschiedensten Formen gestaltet werden.
-
- 1
- Filter
- 2
- Filterbandmaterial
- 3
- gerundete
Spitze
- 4
- Hüllkurve
- 5
- Achse
- 6
- erste
Abdeckstruktur
- 7
- zweite
Abdeckstruktur
- 8
- Einströmseite
- 9
- Ausströmseite
- 10
- Welle
- 11
- Sternform
- 12
- Einströmöffnung
- 13
- Ausströmöffnung
- 14
- Axialkanal
- 15
- Freiraum
- 16
- Schließfläche
- 20
- Mediumaustritt
- 21
- erste
Schließfläche
- 22
- zweite
Schließfläche
- 23
- Gehäuseteil
- 24
- Anströmkante
- 30
- Keilfaltung
- 31
- Eintrittsquerschnitt
- 32
- Frontkante
- 33
- Filterelement
- 34
- erste
Dichtnaht
- 35
- zweite
Dichtnaht
- 36
- Schrägstellung
- 37
- Abwicklung
- 38
- Boden,
Dach
- 39
- Seitenwand
- 40
- gerollte
Kniefalte
- 41
- Talsohle
(bi)
- 42
- Rücken (ba)
- 43
- Frontabdeckscheibe
- 44
- Schlitze
- 45
- Flansch
- 46
- Rückenende
- 47
- Innenkontur
- 48
- Roll-Modul
- 49
- Gehäuse
- 50
- Gehäuseflansch
- 51
- Dichtung
- 52
- Flansch
des Moduls
- 53
- Radialdehnung
Filterelemente
- 54
- Faltvorlage
- 55
- Zickzack-Randverlauf
- 56
- verkürzte Seite
- 57
- ansteigende
Talsohle
- 60
- Randstreifen
- 61.1
- erster
Metallstreifen
- 61.2
- zweiter
Metallstreifen
- 62
- Filterelement
- 62.1
- Fügestelle
- 63
- Fertigfaltung
- 64
- seitliche
Schweißnaht
- 65
- Frontalschweißnaht
- 66
- Abstandhalter
- 67
- Steg
- 68
- Profilierung
- 69
- Ausstanzungen
- 70
- Trennebene
- 71
- erste
Filtermodulhälfte
- 72
- zweite
Filtermodulhälfte