DE102014009888A1

DE102014009888A1 - Filterelement eines Filters, mehrlagiges Filtermedium eines Filters und Filter

Info

Publication number: DE102014009888A1
Application number: DE102014009888.5A
Authority: DE
Inventors: Heiko Wyhler
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2015-01-15
Also published as: US20150014241A1; CN104338364A; US20190176069A1; CN114345013A

Abstract

Es werden ein Filterelement eines Filters zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ein mehrlagiges Filtermedium (112) und ein Filter beschrieben. Das mehrlagigen Filtermedium (112) ist zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und weist wenigstens eine Filtrationslage (132) und wenigstens eine Stützlage (134) auf. Die wenigstens eine Stützlage (134) ist derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass sie das Filtermedium (112) gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zur Strömungsrichtung (26) des Fluids durch das Filtermedium (112) aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filterelement eines Filters zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrlagigen Filtermedium, welches zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und wenigstens eine Filtrationslage und wenigstens eine Stützlage aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung ein mehrlagiges Filtermedium eines Filters zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welches zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und wenigstens eine Filtrationslage und wenigstens eine Stützlage aufweist.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Filter zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrlagigen Filtermedium, welches zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und wenigstens eine Filtrationslage und wenigstens eine Stützlage aufweist.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2011 003 585 A1 ist ein Harnstofffiltermaterial für einen Harnstofffilter mit drei Schichten, nämlich einer Tragschicht, einer Abdeckschicht und einer dazwischen liegenden Filterschicht, bekannt. Sämtliche Schichten sind aus Polypropylen, insbesondere aus einem Polypropylenvlies, ausgebildet. Die Tragschicht besteht aus einem stabileren Polypropylenvlies, das vor allem die Stützfunktion für die Filterschicht gewährleistet. Während die Filterschicht aus einem voluminöseren Polypropylenvlies besteht, um die gewünschte Filterwirkung mittels geeigneter Porengröße zu garantieren. Die Abdeckschicht wiederum soll dafür sorgen, dass die weiche Filterschicht nicht durch mechanische Reibung zerstört wird. Sie besteht daher aus einem vergleichsweise dünnen und glatten Polypropylenvlies.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement, ein mehrlagiges Filtermedium und einen Filter der eingangs benannten Art zu gestalten, bei/mit dem die Standzeiten und/oder die Robustheit verbessert wird.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Filterelement dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Stützlage derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie das Filtermedium gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zur Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium aufweisen.
Vorteilhafterweise können die Drücke im Wesentlichen in Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium gerichtet sein.
Vorteilhafterweise dient die Stützlage zumindest auch zur Erhöhung der Eigensteifigkeit des Filtermediums, um dessen Verarbeitbarkeit zu verbessern. Beispielsweise wird ein Umknicken des Filtermediums beim Eindrücken in eine aufgeschmolzene Endscheibe verhindert.
Das Filtermedium ist aus mehreren Lagen zusammengesetzt. Die Lagen können jeweils unterschiedliche Eigenschaften bezüglich ihrer Filtereigenschaften, insbesondere Porengröße und/oder Porendichte, und/oder ihrer mechanischen Eigenschaften, insbesondere Druckstabilität und/oder Formstabilität und/oder Eigensteifigkeit, aufweisen. So können die Lagen jeweils bezüglich ihrer Funktion optimiert sein. Bei Filterlagen mit entsprechend kleinen Porengrößen kann so darauf verzichtet werden, dass diese zusätzlich auch mechanisch stabil sind. Wenigstens zwei Lagen des Filtermediums können vorteilhafterweise miteinander verbunden sein. Sie können insbesondere flächig miteinander verbunden sein.
Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Stützlage so ausgelegt, dass sie auch flächenmäßig begrenzte, nahezu punktuelle, Druckbelastungen kompensieren kann. Sie kann dadurch die anderen Lagen des Filtermediums auch gegen singuläre Druckbelastungen schützen. Derartige Druckbelastungen haben einen Druckgradienten quer oder schräg zu einer Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium. So kann die wenigstens eine Stützlage das gesamte Filtermedium vor mechanischer Belastung besser schützen. Die wenigstens eine Stützlage kann das Filtermedium so auch gegen Druckunterschiede zwischen Anströmseite und Abströmseite, die entlang der Flächenausdehnung der Lagen des Filtermediums, insbesondere quer oder schräg zur Strömungsrichtung, gleichmäßig sind, stützen.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Stützlage gegenüber Frost und/oder Eisdruck beständig sein. Frost und Eisdruck können Druckbelastungen auf das Filtermedium ausüben, welche entlang der Flächenausdehnung des Filtermediums einen Druckgradienten aufweisen. So kann die wenigstens eine Stützlage das Filtermedium auch dann zuverlässig und dauerhaft stabilisieren, wenn das Fluid, insbesondere die Harnstofflösung, unter seinen Gefrierpunkt abgekühlt wird.
Außerdem kann die wenigstens eine Stützlage einen Schutz vor Eisschlag bilden. Insbesondere bei der Verwendung des Filterelements bei niedrigen Temperaturen, insbesondere unter dem Gefrierpunkt des Fluids, kann es vorkommen, dass sich in dem Fluid Eispartikel bilden. Die Eispartikel können das Filtermedium nahezu punktuell belasten. Drücke durch Eispartikel können entsprechend große Druckgradienten hervorrufen.
Vorteilhafterweise kann die Eigensteifheit des Filtermediums durch die wenigstens eine Stützlage erreicht, zumindest verbessert, werden. Auf diese Weise kann das Filtermedium einfacher in eine entsprechende Form gebracht und gehalten werden. Insbesondere kann das Filtermedium einfacher gefaltet, insbesondere plissiert, werden. Nach der Faltung kann das Filtermedium mittels der wenigstens einen Stützlage seine Form besser beibehalten. Wegen der verbesserten Eigensteifigkeit kann das Filtermedium einfacher mit wenigstens einem entsprechenden Rahmenelement, insbesondere einem Endkörper, im Besonderen einer Endscheibe, des Filterelements verbunden werden. Insbesondere kann das Filtermedium mittels der wenigstens einen Stützlage mit dem wenigstens einen Rahmenelement verschweißt, verklebt oder in andersartiger Weise, insbesondere mechanisch, verbunden werden. Es ist auch denkbar, das Rahmenelement an das Filtermedium anzuspritzen.
Die wenigstens eine Stützlage kann zusätzlich wenigstens abschnittsweise strömungsbeeinflussende, insbesondere strömungsleitende, Eigenschaften aufweisen. Auf diese Weise kann je nach Anordnung der wenigstens einen Stützlage in dem Filtermedium das Einströmen des Fluids in das Filtermedium und/oder das Abströmen des Fluids aus dem Filtermedium verbessert werden. So kann mit der wenigstens einen Stützlage auch einen Drainage des Fluids verbessert werden. Ferner kann so ein Druckunterschied zwischen der Anströmseite und Abströmseite des Filtermediums verringert werden.
Um die spezielle Stützfunktion gegen Drücke mit entsprechenden Druckgradienten zu erreichen, kann die wenigstens eine Stützlage spezielle Eigenschaften aufweisen. Die speziellen Eigenschaften können insbesondere durch einen speziellen Aufbau und/oder eine spezielle Herstellungsweise und/oder eine spezielle Materialzusammensetzung und/oder spezielle Materialeigenschaften charakterisiert sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Stützlage ein Gewebe aufweisen. Insbesondere kann die wenigstens eine Stützlage aus einem Gewebe sein. Durch die speziellen Eigenschaften des Gewebes kann die spezielle Stützfunktion der wenigstens einen Stützlage gegen Drücke mit entsprechenden Druckgradienten verbessert werden. Insbesondere kann ein Gewebe Zugbelastungen und Druckbelastungen quer oder schräg zur Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium aufnehmen, übertragen und/oder kompensieren. Ein Garndurchmesser der wenigstens einen Stützlage mit/aus Gewebe (Gewebe-Stützlage) kann vorteilhafterweise zwischen etwa 100 μm und etwa 500 μm, bevorzugt zwischen etwa 300 μm und etwa 450 μm, betragen. Eine Dicke der wenigstens einen Gewebe-Stützlage kann vorteilhafterweise zwischen etwa 300 μm und etwa 900 μm, bevorzugt zwischen etwa 500 μm und etwa 800 μm, betragen. Eine Flächenmasse der wenigstens einen Gewebe-Stützlage kann vorteilhafterweise zwischen etwa 100 g/m² und etwa 300 g/m², bevorzugt zwischen etwa 200 g/m² und etwa 280 g/m², betragen.
Die Dicke einer Lage des Filtermediums im Sinne der Erfindung ist ihre Ausdehnung etwa in Richtung der mittleren Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Stützlage ein Gitter aufweisen. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Stützlager ein Gitter sein. Durch die speziellen Eigenschaften des Gitters kann die spezielle Stützfunktion der wenigstens einen Stützlage gegen Drücke mit entsprechenden Druckgradienten verbessert werden. Insbesondere kann ein Gitter Zugbelastungen und Druckbelastungen quer oder schräg zur Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium aufnehmen, übertragen und kompensieren. Die wenigstens eine Stützlage mit/aus dem Gitter (Gitter-Stützlage) kann vorteilhafterweise eine Dicke zwischen etwa 500 μm und etwa 1300 μm, bevorzugt zwischen etwa 700 μm und etwa 1100 μm, aufweisen. Die Flächenmasse der wenigstens einen Gitter-Stützlage kann etwa zwischen 50 g/m² und etwa 250 g/m², bevorzugt zwischen etwa 150 g/m² und etwa 230 g/m², betragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Stützlage ein Spinnvlies aufweisen. Insbesondere kann die wenigstens eine Stützlage aus einem Spinnvlies sein. Spinnvlies kann bekanntermaßen auch als Spunbond bezeichnet werden. Durch die speziellen Eigenschaften des Spinnvlieses kann die spezielle Stützfunktion der wenigstens einen Stützlage gegen Drücke mit entsprechenden Druckgradienten verbessert werden. Insbesondere kann Spinnvlies Zugbelastungen und Druckbelastungen quer oder schräg zur Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium aufnehmen, übertragen und kompensieren. Die Dicke der wenigstens einen Stützlage mit/aus Spinnvlies (Spinnvlies-Stützlage) kann vorteilhafterweise zwischen 300 μm und 1000 μm betragen. Die Flächenmasse der wenigstens einen Spinnvlies-Stützlage kann vorteilhafterweise zwischen 70 g/m² und etwa 250 g/m², bevorzugt zwischen etwa 100 g/m² und etwa 170 g/m², betragen. Die wenigstens eine Spinnvlies-Stützlage kann vorteilhafterweise eine Luftdurchlässigkeit von etwa 250 l/m²s bis etwa 3000 l/m²s, bevorzugt zwischen etwa 500 l/m²s und etwa 1500 l/m²s, aufweisen. Faserdurchmesser der Fasern der wenigstens einen Spinnvlies-Stützlage können vorteilhafterweise zwischen etwa 1 μm und etwa 50 μm sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die spezielle Stützfunktion gegen Drücke mit entsprechenden Druckgradienten erreicht werden durch spezielle Anordnung der wenigstens einen Stützlage in dem mehrlagigen Filtermedium relativ zu den anderen Lagen und/oder relativ zu der Anströmseite und/oder der Abströmseite des Filtermediums.
Die speziellen Eigenschaften der wenigstens einen Stützlage können vorteilhafterweise auch abhängig von der speziellen Anordnung der wenigstens einen Stützlage in dem Filtermedium vorgegeben werden oder umgekehrt. Die speziellen Eigenschaften und die spezielle Anordnung der wenigstens einen Stützlage können zur Erreichung optimaler Filtrationseigenschaften und/oder einer optimalen Standzeit des Filterelements entsprechend kombiniert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Filtrationslage bezüglich der Strömung des Fluids durch das Filtermedium hinter wenigstens einer Stützlage angeordnet sein. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Stützlage die wenigstens eine Filtrationslage vor großen Partikeln, insbesondere einem Eisschlag, schützen. Die wenigstens eine Stützlage kann ferner als Vorfiltrationslage für die eigentliche Filtrationslage wirken. Durch das Herausfiltern großer Partikel mit der wenigstens einen Stützlage kann die Beladung der wenigstens eine Filtrationslage verzögert werden. So kann die Standzeit des Filtermediums und somit des Filterelements vergrößert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Stützlage auf einer Anströmseite des Filtermediums angeordnet sein. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Stützlage alle weiteren Lagen des Filtermediums vor größeren Partikeln, insbesondere vor Eisschlag, schützen. Ferner eine Beladung der stromabwärtigen feineren Filtrationslagen verzögert werden. Die wenigstens eine Stützlage kann vorteilhafterweise strömungsbeeinflussende Eigenschaften haben, mit der das Einströmen des Fluids in das Filtermedium verbessert werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Filtrationslage bezüglich der Strömung des Fluids durch das Filtermedium vor der wenigstens einen Stützlage angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich die wenigstens eine Filtrationslage besser an der wenigstens einen Stützlage abstützen. Insbesondere können Drücke des Fluids auf die wenigstens eine Filtrationslage, insbesondere mit einem Druckgradienten schräg oder quer zur Strömungsrichtung, gleichmäßiger auf die wenigstens eine Stützlage verteilt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Stützlage auf einer Abströmseite des Filtermediums angeordnet sein. Auf diese Weise können sich die anderen Lagen des Filtermediums, die in Strömungsrichtung des Fluids vor der wenigstens einen Stützlage angeordnet sind, besser gegen die wenigstens eine Stützlage abstützen. Die Stabilität des Filterelements beim Betrieb des Filters kann so weiter verbessert werden. Sofern die wenigstens eine Stützlage zusätzlich strömungsbeeinflussende Eigenschaften aufweist, kann sie das Abströmen des Fluids aus dem Filtermedium verbessern. Die Drainage wird insbesondere dadurch verbessert, dass die Filtrationslage durch die Stützlagen auf Abstand gehalten wird und somit der Durchfluss gewährleistet bleibt.
Alternativ oder zusätzlich kann sich vorteilhafterweise wenigstens eine Stützlage als Zwischenlage zwischen zwei anderen, auch unterschiedlichen Lagen, des Filtermediums befinden. Auf diese Weise können sich auf der Anströmseite befindliche Lagen gegen die wenigstens eine Stützlage abstützen. Ferner kann die wenigstens eine Stützlage als Vorfilter für in Strömungsrichtung abströmseitige Lagen dienen.
Vorzugsweise ist zumindest eine Lage des Filtermediums, im Speziellen diejenige Lage, welche die Anströmseite des Filtermediums bildet, insbesondere sind sämtliche Lagen des Filtermediums, hydrophil. Im Falle der Filtration einer Harnstofflösung ergibt sich somit eine gute Benetzbarkeit des Filtermediums mit dem Fluid.
Die wenigstens eine Filtrationslage kann vorteilhafterweise Porenöffnungen aufweisen, welche kleiner sind als die kleinsten Partikel, die in dem Fluid, insbesondere der Harnstofflösung, auftreten können. Auf diese Weise können die Partikel zuverlässig herausgefiltert werden.
Vorzugsweise weist die Filtrationslage eine Gradientenstruktur auf, d. h. die Packungsdichte nimmt in Durchströmungsrichtung zu.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Filtrationslage ein Vlies aufweisen. Beispielsweise kann ein Vlies aus Stapelfasern verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Filtrationslage ein Vlies sein. Die wenigstens eine Filtrationslage mit/aus Vlies (Vlies-Filtrationslage) kann eine Dicke zwischen etwa 400 μm und etwa 1500 μm aufweisen. Eine Flächenmasse der wenigstens einen Vlies-Filtrationslage kann vorteilhafterweise zwischen etwa 150 g/m² und etwa 500 g/m² betragen. Die wenigstens eine Vlies-Filtrationslage kann vorteilhafterweise eine Luftdurchlässigkeit zwischen etwa 80 l/m²s und etwa 250 l/m²s aufweisen. Ein Faserdurchmesser der wenigstens einen Vlies-Filtrationslage kann vorteilhafterweise zwischen etwa 4 μm und etwa 200 μm betragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Filtrationslage wenigstens teilweise schmelzgeblasen sein. Schmelzgeblasene Medien im Sinne der Erfindung werden als ”Meltblown” bezeichnet. Die wenigstens eine Meltblown-Filtrationslage kann vorteilhafterweise eine Dicke zwischen etwa 200 μm und etwa 1000 μm aufweisen. Die wenigstens eine Meltblown-Filtrationslage kann vorteilhafterweise eine Flächenmasse zwischen etwa 50 g/m² und etwa 150 g/m² haben. Die wenigstens eine Meltblown-Filtrationslage kann vorteilhafterweise eine Luftdurchlässigkeit zwischen etwa 80 l/m²s und etwa 170 l/m²s aufweisen. Vorteilhafterweise kann ein Faserdurchmesser der wenigstens einen Meltblown-Filtrationslage zwischen etwa 0,1 μm und etwa 15 μm betragen.
Die Begriffe Meltblown und Spunbond werden z. B. definiert in „Vliesstoffe: Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prüfung, 2. Auflage, 2012, Weinheim", ISBN: 978-3-527-31519-2.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Filtermedium wenigstens eine Sperrlage aufweisen. Mit der wenigstens einen Sperrlage kann das Ausschwemmen von Fasern, insbesondere Vliesfasern, aus den in Strömungsrichtung des Fluids vorherigen Lagen aus dem Filtermedium verhindert werden. Auf diese Weise kann die Bauteilsauberkeit des Filterelements erhöht werden. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Sperrlage in Strömungsrichtung des Fluids hinter der wenigstens einen Filtrationslage angeordnet sein.
Die wenigstens eine Sperrlage kann sich vorteilhafterweise auf der Abströmseite des Filtermediums befinden. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Sperrlage die durch alle in Strömungsrichtung vorherigen Lagen des Filtermediums hindurch strömenden oder von diesen ausgeschwemmten Partikel oder Fasern auffangen. Die Sauberkeit des abströmenden Fluids kann dadurch weiter verbessert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Sperrlage ein Spinnvlies aufweisen. Die wenigstens eine Sperrlage kann vorteilhafterweise ein Spinnvlies sein. Die wenigstens eine Sperrlage mit/aus Spinnvlies (Spinnvlies-Sperrlage) kann vorteilhafterweise eine Dicke zwischen etwa 100 μm und etwa 300 μm aufweisen. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Spinnvlies-Sperrlage eine Flächenmasse zwischen etwa 15 g/m² und etwa 80 g/m² aufweisen. Eine Luftdurchlässigkeit der wenigstens einen Spinnvlies-Sperrlage kann vorteilhafterweise zwischen etwa 250 l/m²s und etwa 3000 l/m²s betragen. Sie wenigstens eine Spinnvlies-Sperrlage kann vorteilhafterweise einen Faserdurchmesser zwischen 1 μm und 50 μm aufweisen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Filtermedium wenigstens eine Feinstfilterlage aufweisen. Die wenigstens eine Feinstfilterlage kann vorteilhafterweise eine geringere Porengröße aufweisen als die wenigstens eine Filtrationslage. Die wenigstens eine Feinstfilterlage kann vorteilhafterweise in Strömungsrichtung des Fluids hinter der wenigstens einen Filtrationslage angeordnet sein. Auf diese Weise können kleinste Partikel, welche durch die wenigstens einen Filtrationslage hindurch gelangen können, mit der wenigstens einen Feinstfilterlage aus dem Fluid filtriert werden. Mit der wenigstens einen Filtrationslage können zunächst größere Partikel herausgefiltert werden. Diese gelangen so nicht zu der wenigstens einen Feinstfilterlage. Die Beladung der wenigstens einen Feinstfilterlage kann so verzögert werden. Durch die mehrstufige Filtration kann eine Verbesserung des Abscheidegrades erreicht werden. Ferner können die Anforderungen an die einzelnen Lagen, insbesondere an die wenigstens eine Filtrationslage, verringert werden. So kann ein Herstellungsprozess für die einzelnen Lagen, insbesondere die wenigstens eine Filtrationslage, vereinfacht werden. Im Übrigen kann durch die mehrstufige Filtration die Standzeit des Filterelements vergrößert werden.
Die wenigstens eine Feinstfilterlage kann vorteilhafterweise auf der Abströmseite des Filtermediums angeordnet sein. Auf diese Weise können mit der wenigstens einen Feinstfilterlage auch kleinere Partikel herausgefiltert werden, welche die strömungstechnisch vorhergehenden Lagen passieren können.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens eine Feinstfilterlage in Strömungsrichtung des Fluids vor wenigstens einer Stützlage angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich die wenigstens eine Feinstfilterlage an der wenigstens einen Stützlage abstützen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Feinstfilterlage wenigstens teilweise schmelzgeblasen sein. Insbesondere kann die wenigstens eine Feinstfilterlage eine Meltblown-Feinstfilterlage sein. Die wenigstens eine Meltblown-Feinstfilterlage kann vorteilhafterweise eine Dicke von zwischen etwa 100 μm und etwa 500 μm haben. Sie kann vorteilhafterweise eine Flächenmasse von zwischen etwa 15 g/m² und etwa 100 g/m² aufweisen. Eine Luftdurchlässigkeit der wenigstens einen Meltblown-Feinstfilterlage kann vorteilhafterweise zwischen etwa 40 l/m²s und etwa 100 l/m²s liegen. Die wenigstens eine Meltblown-Feinstfilterlage kann vorteilhafterweise Faserdurchmesser zwischen etwa 0,1 μm und etwa 15 μm haben.
Im Bereich von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, werden Harnstofflösungen in Systemen zur Abgasbehandlung eingesetzt, um Emissionen, insbesondere Stickstoffemissionen, zu verringern. Dabei wird die Harnstofflösung mit speziellen Harnstofffiltern gereinigt. Hierbei werden etwaige in der Harnstofflösung vorhandene Partikel entfernt. Die wenigstens eine Filtrationslage dient bei der Verwendung des Filterelements bei einem Harnstofffilter zur Filtrierung der Harnstofflösung.
Bei der Harnstofflösung kann es sich um eine Harnstoffwasserlösung (HWL) und/oder eine andersartige Harnstofflösung, insbesondere mit Guanidin (Iminoharnstoff), Guanidinsalzen oder Guanidinester, handeln.
Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, dass die Lebensdauer der Filtermedien, der Filterelemente und der Filter insbesondere für Harnstofflösung von den Materialien abhängen, aus denen die Filtermedien hergestellt sind.
Vorteilhafterweise kann das mehrlagige Filtermedium vollsynthetisch sein. Vollsynthetische Filtermedien haben gegenüber Harnstofflösung und anderen insbesondere aggressiven Fluiden eine größere Beständigkeit als insbesondere Zellulose. Mit vollsynthetischen Filtermedien können auch Lebensdauerbauteile realisiert werden.
Vorteilhafterweise können alle Lagen des Filtermediums aus einem ähnlichen, bevorzugt dem gleichen Material sein. Auf diese Weise können Verbindungen zwischen den Lagen und/oder der Lagen mit wenigstens einem Rahmenelement, insbesondere einem Endkörper, des Filterelements vereinfacht werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine der Lagen des Filtermediums Polyamid und/oder Polypropylen aufweisen. Vorteilhafterweise kann wenigstens eine der Lagen des Filtermediums aus Polyamid (PA) und/oder Polypropylen (PP) sein. Insbesondere kann wenigstens eine Stützlage und/oder wenigstens eine Filtrationslage und/oder wenigstens eine Sperrlage und/oder wenigstens eine Feinstfilterlage aus Polyamid und/oder Polypropylen sein oder Polyamid und/oder Polypropylen aufweisen. Bevorzugt können alle Lagen des Filtermediums aus Polyamid und/oder Polypropylen sein oder Polyamid damit und/oder Polypropylen aufweisen. Polyamid und Polypropylen haben eine Beständigkeit gegenüber Harnstofflösung oder anderen insbesondere aggressiven Fluiden, die im Vergleich zu Zellulose oder Polybutylenterephthalat (PBT) größer ist. Somit können die Standzeiten und die Beständigkeit des Filterelements vergrößert werden.
Wenigstens eine Lage des Filtermediums kann statt aus Polyamid und/oder Polypropylen auch aus einem anderen bevorzugt gegenüber Harnstofflösung oder anderen insbesondere aggressiven Fluiden beständigen Polymer oder Copolymer sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Filterelement ein Hohlfilterelement sein. Bei dem Hohlfilterelement kann das mehrlagige Filtermedium einen Hohlraum des Filterelements zumindest in einer Umfangsrichtung geschlossen umgeben. Das Hohlfilterelement kann vorteilhafterweise bezüglich einer Elementachse von radial innen nach radial außen durchströmt werden. Die Anströmseite des Filtermediums befindet sich dann radial innen und die Abströmseite radial außen. Alternativ kann das Hohlfilterelement auch von radial außen nach radial innen durchströmt werden. Die Anströmseite des Filtermediums befindet sich dann radial außen und die Abströmseite radial innen.
Vorteilhafterweise kann das Hohlfilterelement ein Rundfilterelement, ein ovales Rundfilterelement, ein konisches Rundfilterelement, ein konisch-ovales Rundfilterelement oder ein andersartiges Rundfilterelement sein. Das Hohlfilterelement kann auch einen eckigen Querschnitt aufweisen.
Das umfangsmäßig geschlossene Filtermedium des Hohlfilterelements kann an wenigstens einer seiner Stirnflächen mit einem Endkörper, insbesondere einer Endscheibe, verbunden sein. Vorteilhafterweise kann an beiden Stirnseiten jeweils ein Endkörper angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Endkörper des Hohlfilterelements aus einem Material sein, das auch in dem Filtermedium enthalten ist, insbesondere aus dem das Filtermedium besteht. Auf diese Weise können das Filtermedium und der wenigstens eine Endkörper einfacher miteinander verbunden werden. Insbesondere kann das Filtermedium mit dem wenigstens einen Endkörper mittels einem Schweißverfahren, insbesondere einem Infrarot-Schweißverfahren, oder Spritzgussverfahrens verbunden werden.
Das Filtermedium kann statt mittels Schweißen auch in anderer Weise mit dem wenigstens einen Endkörper verbunden sein. Das Filtermedium kann insbesondere mit dem wenigstens einen Endkörper verklebt oder in diesen eingeklebt sein. Vorteilhafterweise kann ein hierzu verwendeter Klebstoff beständig sein gegenüber dem Fluid, insbesondere der Harnstofflösung oder der Harnstoffwasserlösung und/oder eines anderen insbesondere aggressiven Fluids.
Der wenigstens eine Endkörper kann vorteilhafterweise aus einem Polymer oder Copolymer sein. Der wenigstens eine Endkörper kann zusätzlich einen Glasfaseranteil aufweisen. Auf diese Weise kann die Stabilität des wenigstens einen Endkörpers weiter verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann noch wenigstens ein andersartiger Füllstoff, insbesondere Talkum, enthalten sein. Der Anteil des Füllstoffs kann vorteilhafterweise weniger als 45% sein.
Vorteilhafterweise kann das Filtermedium Polyamid aufweisen oder aus diesem bestehen und mit wenigstens einem Endkörper mit/aus Polyamid, insbesondere Polyamid 6 mit bis zu 30%, insbesondere mit etwa 30% Glasfaseranteil (PA 6 GF30), mittels einer Schweißverbindung verbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das Filtermedium Polypropylen aufweisen oder aus diesem bestehen und mit wenigstens einem Endkörper mit/aus Polypropylen, insbesondere Polypropylen mit bis zu 35%, insbesondere mit etwa 35% Glasfaseranteil (PP GF 35) und/oder mit Polypropylen mit bis zu 20%, insbesondere mit etwa 20% Talkumanteil (PPT 20) und/oder mit einem andersartigen Copolymer (Polypropylen/Polyethylen), mittels einer Schweißverbindung verbunden sein.
Das Hohlfilterelement kann außerdem wenigstens einen Stützkörper, insbesondere ein Mittelrohr und/oder Streben und/oder Versteifungsrippen, aufweisen. Auf diese Weise kann das Hohlfilterelement zusätzlich stabilisiert werden. Auf diese Weise können auch unterschiedliche Materialpaarungen zwischen dem wenigstens einen Endkörper und dem Filtermedium realisiert werden. So können auch Materialien miteinander verbunden werden, deren direkte Verbindung eine geringere Stabilität aufweist als insbesondere eine Schweißverbindung zwischen Polyamid und Polyamid, Polypropylen und Polypropylen oder Polyamid und Polypropylen. Der wenigstens eine Stützkörper kann vorteilhafterweise so ausgestaltet und/oder angeordnet sein, dass das Hohlfilterelement in Richtung seiner Elementachse, also in Längsrichtung, versteift wird.
Das Filtermedium des Hohlfilterelements kann vorteilhafterweise zum umfangsmäßigen Schließen an seinen entsprechenden Rändern insbesondere mittels einer Balgendnaht verbunden sein. Die Balgendnaht kann mittels einem Schweißverfahren, insbesondere einem Ultraschallschweißverfahren, und/oder einer Klebeverbindung realisiert sein. Alternativ können die Ränder des Filtermediums auch formschlüssig und/oder kraftschlüssig, insbesondere mit einer Balgnahtklammer, miteinander verbunden sein.
Statt als Hohlfilterelement kann das Filterelement als Flachfilterelement ausgestaltet sein. Bei dem Flachfilterelement sind die Ränder des Filtermediums nicht miteinander verbunden.
Das Filtermedium kann vorteilhafterweise zickzackförmig gefaltet sein. Mit einem gefalteten Filtermedium kann eine für die Filtrierung aktive Fläche im Vergleich zu einem benötigten Einbauvolumen vergrößert werden. Die Faltung kann dabei scharfkantig oder mit einem sanften Biegeradius gebogen sein. Im letzteren Fall ist die zickzackförmige Faltung wellenartig. Die Faltung des Filtermediums kann vorteilhafterweise rotativ, insbesondere mithilfe rotierender Walzen, oder mittels einer Messerfaltung erfolgen.
Ein Anfangsabscheidegrad des Filterelements für Partikel, die größer oder gleich 10 μm(c) sind, kann größer als 80% sein. Der Anfangsabscheidegrad für Partikel größer oder gleich 15 μm(c) kann größer als 92% sein. Für Partikel größer oder gleich 20 μm(c) kann der Anfangsabscheidegrad größer als 97% sein. Der Anfangsabscheidegrad für Partikel größer oder gleich 30 μm(c) kann 100% sein. Der Anfangsabscheidegrad des Filterelements kann insbesondere nach ISO 19438 definiert sein.
Die technische Aufgabe wird ferner bei dem mehrlagigen Filtermedium dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Stützlage derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie das Filtermedium gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zu einer Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium aufweisen.
Die oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Filterelement und dessen vorteilhaften Ausführungsformen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für das erfindungsgemäße mehrlagige Filtermedium und dessen vorteilhafte Ausführungsformen entsprechend und umgekehrt.
Außerdem wird die technische Aufgabe bei dem erfindungsgemäßen Filter dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Stützlage derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie das Filtermedium gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zu einer Strömungsrichtung des Fluids durch das Filtermedium aufweisen.
Die oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Filterelement und dem erfindungsgemäßen mehrlagigen Filtermedium und deren jeweiligen vorteilhaften Ausführungsformen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für den erfindungsgemäßen Filter entsprechend und umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
1 eine isometrische Darstellung eines Filterelements eines Harnstofffilters für Harnstofflösung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem zweilagigen Filtermedium gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen Querschnitt des Filterelements aus der 1;
3 einen Ausschnitt des zweilagigen Filtermediums aus den 1 und 2;
4 einen Ausschnitt eines dreilagigen Filtermediums gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das bei dem Filterelement aus den 1 und 2 verwendet werden kann;
5 einen Ausschnitt eines dreilagigen Filtermediums gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das bei dem Filterelement aus den 1 und 2 verwendet werden kann;
6 einen Ausschnitt eines dreilagigen Filtermediums gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das bei dem Filterelement aus den 1 und 2 verwendet werden kann;
7 einen Ausschnitt eines dreilagigen Filtermediums gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, das bei dem Filterelement aus den 1 und 2 verwendet werden kann;
8 einen Ausschnitt eines dreilagigen Filtermediums gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, das bei dem Filterelement aus den 1 und 2 verwendet werden kann.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Filterelement 10 eines ansonsten nicht gezeigten Filters für Harnstofflösung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die 2 zeigt einen Querschnitt des Filterelements 10.
Das Filterelement 10 ist in einem ansonsten nicht gezeigten Filtergehäuse des Filters angeordnet. Das Filtergehäuse verfügt über wenigstens einen Einlass für die zu filtrierende Harnstofflösung und einen Auslass für die filtrierte Harnstofflösung. Der Filter ist in bzw. an einem Tank für die Harnstofflösung angeordnet.
Das Filterelement 10 ist als sogenanntes Rundfilterelement ausgestaltet. Das Filterelement 10 umfasst ein mehrlagiges Filtermedium 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Filtermedium 12 bildet einen Filterbalg 16. Ein Ausschnitt des Filtermediums 12 ist in der 3 gezeigt. Das Filtermedium 12 ist zickzackförmig gefaltet. Die Faltung des Filtermediums 12 erfolgt rotativ mithilfe rotierender Walzen. Das Filtermedium 12 ist entlang der Faltkanten, wie in der 2 gezeigt, sanft gebogen. Das Filtermedium 12 ist bezüglich einer Elementachse 14 umfangsmäßig geschlossen. Entsprechende Ränder des Filtermediums 12 sind zum umfangsmäßigen Schließen des Filterbalgs 16 mittels einem Ultraschallschweißverfahren dicht miteinander verbunden. Das Filterelement 10, im Besonderen der Filterbalg 16, hat einen runden Querschnitt.
Der Filterbalg 16 ist an seinen Stirnseiten mit einer Anschlussendscheibe 18, in der 1 unten, und einer Abschlussendscheibe 20, oben, jeweils dicht verbunden. Die Anschlussendscheibe 18 weist einen Anschlussstutzen 22 mit einer Durchlassöffnung 24 für die Harnstofflösung auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Durchlassöffnung 24 als Einlass für die Harnstofflösung.
Die Harnstofflösung gelangt, angedeutet durch einen Pfeil 23, durch die Durchlassöffnung 24 in einen Elementinnenraum 25 des Filterbalgs 16. Von dem Elementinnenraum 25 durchströmt die Harnstofflösung das Filtermedium 12 von radial innen nach radial außen, angedeutet durch Pfeile 26, und wird dort filtriert. Die filtrierte Harnstofflösung gelangt in einen Auslassraum zwischen der radial äußeren Umfangsseite des Filterbalgs 16 und einer radial inneren Umfangsseite einer Gehäusewand des Filtergehäuses.
Eine Anströmseite 28 des Filtermediums 12 ist einer dem Elementinnenraum 25 zugewandten radial inneren Umfangsseite des Filterbalgs 16 zugewandt. Die Anströmseite 28 des Filtermediums 12 kann auch als „Rohseite” oder „Schmutzseite” bezeichnet werden. Eine Abströmseite 30 des Filtermediums 12 ist einer dem Elementinnenraum 25 abgewandten radial äußeren Umfangsseite des Filterbalgs 16 zugewandt.
Die Stirnseiten des Filterbalgs 16 sind mit den Endscheiben 20 und 22 jeweils dicht verbunden. Die dichten Verbindungen sind mittels eines Infrarotschweißprozess realisiert. Die Endscheiben 20 und 22 sind aus einem ähnlichen, bevorzugt dem gleichen Material wie das Filtermedium 12. Sie sind bevorzugt aus Polyamid (PA), Polypropylen (PP) oder einem Copolymer, beispielsweise Polypropylen/Polyethylen (PP/PE).
Die Endscheiben 20 und 22 können zur Erhöhung der Festigkeit zusätzlich einen Glasfaseranteil und/oder einen anderen Füllstoff, beispielsweise Talkum, aufweisen. Der Glasfaseranteil kann bis zu 45% betragen. Weist das Filtermedium 12 Polyamid auf, können die Endscheiben 20 und 22 beispielsweise aus PA 6 GF30 mit einem Glasfaseranteil von 30% sein. Weist das Filtermedium 12 Polypropylen auf, können die Endscheiben 20 und 22 beispielsweise aus PP GF35 mit einem Glasfaseranteil von 35%, PPT 20 oder einem Copolymer sein.
Das Filterelement 10 hat insgesamt einen Anfangsabscheidegrad von mehr als 80% für Partikel, die größer oder gleich 10 μm(c) sind. Für Partikel größer oder gleich 15 μm(c) ist der Anfangsabscheidegrad größer als 92%. Für Partikel größer oder gleich 20 μm(c) ist der Anfangsabscheidegrad größer als 97%. Für Partikel größer oder gleich 30 μm(c) ist der Anfangsabscheidegrad 100%. Die Definition des Anfangsabscheidegrads erfolgt vorzugsweise nach ISO 19438.
Das Filtermedium 12 ist zweilagig. Es verfügt bezüglich der Strömung 26 stromaufwärts über eine Filtrationslage 32. Die Filtrationslage 32 ist nach einem Schmelzblasverfahren hergestellt. Sie wird daher im Folgenden als Meltblown-Filtrationslage 32 bezeichnet. Die Meltblown-Filtrationslage 32 dient zum Herausfiltern der in der Harnstofflösung etwa enthaltenen Partikel. Sie bildet die Anströmseite 28.
Eine Dicke der Meltblown-Filtrationslage 32, in der 3 angedeutet durch einen Doppelpfeil 36, beträgt zwischen etwa 200 μm und etwa 1000 μm. Die Flächenmasse der Meltblown-Filtrationslage 32 beträgt zwischen 50 g/m² und 150 g/m². Die Meltblown-Filtrationslage 32 weist eine Luftdurchlässigkeit zwischen etwa 80 l/m²s und etwa 170 l/m²s auf. Die Meltblown-Filtrationslage 32 hat Faserdurchmesser zwischen 0,1 μm und 15 μm. Die Meltblown-Filtrationslage 32 ist aus Polyamid oder Polypropylen oder einer Mischung aus Polyamid und Polypropylen.
In Richtung der Strömung 26 hinter der Filtrationslage 32 weist das Filtermedium 12 eine Stützlage 34 auf. Die Stützlage 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem weiter unten näher erläuterten Spinnvlies (Spunbond). Sie wird daher im Folgenden als Spinnvlies-Stützlage 34 bezeichnet. Die Spinnvlies-Stützlage 34 ist flächig mit der Filtrationslage 32 verbunden.
Die Spinnvlies-Stützlage 34 bildet die Abströmseite 30 des Filtermediums 12. Beim Betrieb des Filterelements 10 erfüllt die Spinnvlies-Stützlage 34 eine Stützfunktion für die Filtrationslage 32. Die Filtrationslage 32 kann sich gegen die Spinnvlies-Stützlage 34 abstützen. Die Spinnvlies-Stützlage 34 stützt das Filtermedium 12 auch gegen Drücke ab, die Druckgradienten quer oder schräg zur Richtung der Strömung 26 der Harnstofflösung durch das Filtermedium 12 aufweisen. Die Drücke sind in der Regel in Richtung der Strömung 26 gerichtet. Drücke mit derartigen Druckgradienten sind beispielsweise flächig begrenzte Drücke. Sie können beispielsweise durch Eisschlag hervorgerufen werden. Eisschlag kann beispielsweise bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes der Harnstofflösung entstehen. Ferner trägt die Spinnvlies-Stützlage 34 zur allgemeinen Stabilität des Filtermediums 12 und des Filterelements 10 bei. So kompensiert die Spinnvlies-Stützlage 34 beispielsweise Drückerhöhungen aufgrund verschlechterter Fließfähigkeit der Harnstofflösung. Die Spinnvlies-Stützlage 34 erhöht ferner die Steifigkeit des Filtermediums 12. Sie verbessert die Festigkeit des Filtermediums 12. Die Spinnvlies-Stützlage 34 trägt zur Erhaltung der Faltung des Filtermediums 12 bei. Außerdem erhöht die Spinnvlies-Stützlage 34 die Eigensteifigkeit des Filtermediums 12. So kann der Verbindungsprozess mit den Endscheiben 20 und 22 vereinfacht werden.
Eine Dicke der Spinnvlies-Stützlage 34 ist in der 3 durch einen Doppelpfeil 38 angedeutet. Die Dicke 38 der Spinnvlies-Stützlage 34 beträgt zwischen 300 μm und 1000 μm. Die Flächenmasse der Spinnvlies-Stützlage 34 beträgt zwischen 100 g/m² und 170 g/m². Die Spinnvlies-Stützlage 34 weist eine Luftdurchlässigkeit von zwischen 500 l/m²s und 1500 l/m²s auf. Die Spinnvlies-Stützlage 34 hat Faserdurchmesser zwischen 1 μm und 50 μm. Die Spinnvlies-Stützlage 34 ist aus dem gleichen Material wie die Meltblown-Filtrationslage 32.
In der 4 ist ein Filtermedium 112 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, welches bei dem Filterelement 10 verwendet werden kann. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus der 3 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Stützlage 134 als Gitter realisiert. Die Stützlage 134 wird im Folgenden als Gitter-Stützlage 134 bezeichnet. Die Gitter-Stützlage 134 hat eine Dicke 38 zwischen 700 μm und etwa 1100 μm. Die Flächenmasse der Gitter-Stützlage 134 beträgt zwischen etwa 150 g/m² und etwa 230 g/m². Die Gitter-Stützlage 134 kann aus Polyamid, Polypropylen oder einem Copolymer sein. Ansonsten erfüllt die Gitter-Stützlage 134 analoge Funktionen wie die Spinnvlies-Stützlage 34 bei dem dritten Ausführungsbeispiel aus der 3.
Ferner ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus der 3 statt der Meltblown-Filtrationslage 32 eine Filtrationslage 132 aus einem Vlies vorgesehen. Die Filtrationslage 132 aus Vlies wird im Folgenden als Vlies-Filtrationslage 132 bezeichnet. Die Dicke 36 der Vlies-Filtrationslage 132 beträgt zwischen 400 μm und 1500 μm. Die Flächenmasse der Vlies-Filtrationslage 132 beträgt zwischen 150 g/m² und 500 g/m². Die Vlies-Filtrationslage 132 hat eine Luftdurchlässigkeit von zwischen 80 l/m²s und 250 l/m²s. Ein Faserdurchmesser der Vlies-Filtrationslage 132 beträgt zwischen 4 μm und etwa 200 μm. Die Vlies-Filtrationslage 132 ist aus dem gleichen Material wie die Gitter-Stützlage 134 des Filtermediums 112. Ansonsten erfüllt die Vlies-Filtrationslage 132 analoge Funktionen wie die Meltblown-Filtrationslage 32 bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus der 3.
Zwischen der Vlies-Filtrationslage 132 und der Gitter-Stützlage 134 ist zusätzlich eine Sperrlage 40 vorgesehen. Die Sperrlage 40 ist stromabwärts der Vlies-Filtrationslage 132 angeordnet. Mit der Sperrlage 40 werden etwaige Ausschwemmungen von Vliesfasern aus der Vlies-Filtrationslage 132 herausgefiltert.
Die Sperrlage 40 ist aus einem Spinnvlies. Eine Dicke der Sperrlage 40 ist in der 4 mit einem Doppelpfeil 42 angedeutet. Die Dicke 42 der Sperrlage 40 beträgt zwischen 100 μm und 300 μm. Die Sperrlage 40 weist eine Flächenmasse zwischen 15 g/m² und 80 g/m² auf. Eine Luftdurchlässigkeit der Sperrlage 40 beträgt zwischen 250 l/m²s und 3000 l/m²s. Ein Faserdurchmesser der Sperrlage 40 beträgt zwischen 1 μm und 50 μm. Die Sperrlage 40 ist aus dem gleichen Material wie die Gitter-Stützlage 134 und die Vlies-Filtrationslage 132 des Filtermediums 112.
In der 5 ist ein Filtermedium 212 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt, welches bei dem Filterelement 10 verwendet werden kann. Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel aus der 4 ist statt der Sperrlage 40 eine Feinstfilterlage 44 vorgesehen.
Die Feinstfilterlage 44 ist nach einem Schmelzblasverfahren hergestellt. Die Feinstfilterlage 44 kann als Meltblownlage bezeichnet werden. Eine Porengröße der Feinstfilterlage 44 ist kleiner als die Porengröße der Vlies-Filtrationslage 132. Die Feinstfilterlage 44 wirkt als Feinfilter, mit dem kleinere Partikel herausgefiltert werden können, als mit der Vlies-Filtrationslage 132. Die Feinstfilterlage 44 hat eine Dicke 46 zwischen 100 μm und 500 μm. Die Feinstfilterlage 44 weist eine Flächenmasse zwischen 15 g/m² und 100 g/m² auf. Eine Luftdurchlässigkeit der Feinstfilterlage 44 liegt zwischen 40 l/m²s und 100 l/m²s. Faserdurchmesser der Feinstfilterlage 44 betragen zwischen 0,1 μm und 15 μm. Die Feinstfilterlage 44 ist aus dem gleichen Material wie die Gitter-Stützlage 134 und die Vlies-Filtrationslage 132 des Filtermediums 212. Sie kann aus Polyamid, Polypropylen oder einem Copolymer sein.
In den 6 bis 8 sind ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Filtermediums 312, 412 und 512 gezeigt, welche bei dem Filterelement 10 aus den 1 und 2 verwendet werden können, wobei die Strömungsrichtung der Harnstofflösung durch das Filterelement 10 umgekehrt wird. In diesem Fall strömt die Harnstofflösung statt von radial innen nach radial außen von radial außen nach radial innen.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 6 befindet sich die Spinnvlies-Stützlage 34 auf der Anströmseite 28 des Filtermediums 312. Die Spinnvlies-Stützlage 34 hat die oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 3 aufgezählten Eigenschaften. Für den Fall, dass die Harnstofflösung unter den Gefrierpunkt abkühlt und etwa Eispartikel gebildet werden können, dient die Spinnvlies-Stützlage 34 auf der Anströmseite 28 des Filtermediums 312 als Schutz vor Eisschlag.
Die Sperrlage 40 befindet sich auf der Abströmseite 30 des Filtermediums 312. Die Sperrlage 40 hat die oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 aufgezählten Eigenschaften und analoge Funktionen.
Zwischen der Sperrlage 40 und der Spinnvlies-Stützlage 34 ist die Meltblown-Filtrationslage 32 angeordnet. Die Meltblown-Filtrationslage 32 hat die oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 3 aufgezählten Eigenschaften und analoge Funktionen.
Die Spinnvlies-Stützlage 34, die Sperrlage 40 und die Meltblown-Filtrationslage 32 des Filtermediums 312 sind aus dem gleichen Material. Sie sind aus Polyamid oder Polypropylen oder einem Copolymer.
Bei dem in der 7 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel ist die Gitter-Stützlage 134 auf der Anströmseite 28 des Filtermediums 412 angeordnet. Die Gitter-Stützlage 134 hat die oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 aufgezählten Eigenschaften und analoge Funktionen.
Die Vlies-Filtrationslage 132 befindet sich zwischen der Gitter-Stützlage 134 und der Sperrlage 40. Die Vlies-Filtrationslage 132 hat die oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 aufgezählten Eigenschaften und analoge Funktionen.
Die Sperrlage 40 befindet sich auf der Abströmseite 30 des Filtermediums 412. Die Sperrlage 40 hat die oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 aufgezählten Eigenschaften und analoge Funktionen.
Die Gitter-Stützlage 134, die Sperrlage 40 und die Vlies-Filtrationslage 132 des Filtermediums 412 sind aus dem gleichen Material. Sie sind aus Polyamid oder Polypropylen oder einem Copolymer.
Bei dem in der 8 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel eines Filtermediums 512 ist im Unterschied zu dem fünften Ausführungsbeispiel aus der 7 auf der Abströmseite 30 des Filtermediums 512 anstelle der Sperrlage 40 die Feinstfilterlage 44 angeordnet. Die Feinstfilterlage 44 hat die oben im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der 5 aufgezählten Eigenschaften und analoge Funktionen.
Die Gitter-Stützlage 134, die Feinstfilterlage 44 und die Vlies-Filtrationslage 132 des Filtermediums 412 sind aus dem gleichen Material. Sie sind aus Polyamid oder Polypropylen oder einem Copolymer.
Bei dem Filtermedium 112, 212, 412 und 512 gemäß dem zweiten, dritten, fünften und sechsten Ausführungsbeispiel aus den 4, 5, 7 und 8 kann statt der Gitter-Stützlage 134 auch eine Stützlage aus einem Gewebe (Gewebe-Stützlage) verwendet werden. Ein Garndurchmesser der Gewebe-Stützlage beträgt zwischen 100 μm und 500 μm, bevorzugt zwischen 300 μm und 450 μm. Die Gewebe-Stützlage hat eine Dicke zwischen 300 μm und 900 μm, bevorzugt zwischen 500 μm und 800 μm. Eine Flächenmasse der Gewebe-Stützlage liegt zwischen 100 g/m² und 300 g/m², bevorzugt zwischen 200 g/m² und 280 g/m². Die Gewebe-Stützlage ist aus dem gleichen Material sein, wie die anderen Lagen des entsprechenden Filtermediums 112, 212, 412 und 512.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011003585 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Vliesstoffe: Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prüfung, 2. Auflage, 2012, Weinheim”, ISBN: 978-3-527-31519-2 [0032]
ISO 19438 [0059]
ISO 19438 [0082]

Claims

Filterelement (10) eines Filters zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrlagigen Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512), welches zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und wenigstens eine Filtrationslage (32; 132) und wenigstens eine Stützlage (34; 134) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stützlage (34; 134) derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie das Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zur Strömungsrichtung (26) des Fluids durch das Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) aufweisen.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stützlage ein Gewebe aufweist.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stützlage (134) ein Gitter aufweist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stützlage (34) ein Spinnvlies aufweist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Filtrationslage (32; 132) bezüglich der Strömung (26) des Fluids durch das Filtermedium (312; 412; 512) hinter wenigstens einer Stützlage (34; 134) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stützlage (34; 134) auf einer Anströmseite (28) des Filtermediums (312; 412; 512) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Filtrationslage (32; 132) bezüglich der Strömung (26) des Fluids durch das Filtermedium (12; 112; 212) vor der wenigstens einen Stützlage (34; 134) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stützlage (34; 134) auf einer Abströmseite (30) des Filtermediums (12; 112; 212) angeordnet ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Filtrationslage (132) ein Vlies aufweist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Filtrationslage (32) wenigstens teilweise schmelzgeblasen ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (112; 312; 412) wenigstens eine Sperrlage (40) aufweist.
Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sperrlage (40) ein Spinnvlies aufweist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (212; 512) wenigstens eine Feinstfilterlage (44) aufweist.
Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Feinstfilterlage (44) wenigstens teilweise schmelzgeblasen ist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Lagen (32; 132; 34; 134; 40; 44) des Filtermediums (12; 112; 212; 312; 412; 512) Polyamid und/oder Polypropylen aufweist.
Filterelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10) ein Hohlfilterelement ist.
Mehrlagiges Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) eines Filters zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, welches zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und wenigstens eine Filtrationslage (32; 132) und wenigstens eine Stützlage (34; 134) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stützlage (34; 134) derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie das Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zur Strömungsrichtung (26) des Fluids durch das Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) aufweisen.
Filter zur Filtrierung von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid, insbesondere Harnstofflösung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, mit einem mehrlagigen Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512), welches zur Filtration von dem Fluid durchströmbar ist und wenigstens eine Filtrationslage (32; 132) und wenigstens eine Stützlage (34; 134) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stützlage (34; 134) derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie das Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) gegen Drücke abstützen kann, die Druckgradienten quer oder schräg zur Strömungsrichtung (26) des Fluids durch das Filtermedium (12; 112; 212; 312; 412; 512) aufweisen.