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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fluidfilter und ihren Zusammenbau.
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Ein
bekannter Filterelementtyp zum Filtern von Fluid, wie z. B. Hydraulik-
oder Schmieröl,
weist einen Filtermaterialbogen bzw. Sheet, (Blatt oder Platte)
auf, welches zur Bildung einer Vielzahl paralleler Falten oder Sicken
gefaltet ist. Die Seitenkanten des Bogens werden so zusammengebracht,
daß der Bogen
eine zylindrische Gestalt hat, wobei sich die Falten des Bogens
in der axialen oder Längsrichtung erstrecken.
Die Seitenkanten des Bogens werden dann aneinander verbunden, z.
B. mit Klebstoff, durch Nähen
oder andere Mittel, um das Filtermaterial in der zylindrischen Form
zu halten.
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Ein
solches gefaltetes Medium hat gegenüber einem nicht gefalteten
Medium gewisse Vorteile, weil die Falten für einen großen Oberflächenbereich sorgen, der mit
dem Fluid in Berührung
steht, welches gefiltert werden soll, wodurch die Kapazität zum Halten
von Schmutz erhöht
und der Druckverlust des Filterelementes minimal gemacht wird.
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Das
gefaltete Filtermedium kann kernlos sein, d.h. selbsttragend, und über einem
zylindrischen, perforierten Stützrohr
aufgenommen sein, das ganzheitlich mit dem Filtergehäuse gebaut
sein, wenn sich das Element in dem Gehäuse befindet; oder kann einen
zylindrischen, perforierten Kern einschließen, der mit dem Element zusammengebaut ist.
Endkappen werden in typischer Weise an jedem Ende des Filterelementes
mit geeignetem Klebstoff aufgenommen, der zwischen den Endkappen
und dem Medium aufgebracht wird. Eine der Endkappen hat eine Mittelöffnung derart,
daß das
Fluid, welches radial durch das Filtermedium hindurchgelangt, die Möglichkeit
erhält,
durch die Öffnung
zu einem Auslaßdurchgang
in dem Gehäuse
zu fließen.
Das zu filternde Fluid gelangt in typischer Weise radial einwärts durch
das Filtermedium und dann auswärts durch
die Öffnung
in der Endkappe, weil dies die vorteilhafteste Fließrichtung
für das
wirksame Filtrieren des Fluids ist.
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Es
ist wichtig, daß die
Falten des Filtermediums in der Lage sind, dem Druckverlust des
durch das Medium fließendem
Fluids zu widerstehen. Wenn es einen erheblichen Druckverlust gibt,
können die
Falten deformiert werden, überfaltet
werden oder unter Bildung von Häufungen
gegeneinander zusammengebündelt
werden. Das ist unerwünscht,
weil die Oberfläche
der Falten, welche für
die Filtration zur Verfügung
steht, reduziert wird, wodurch die Lebensdauer des Elementes verringert
wird. Eine Lösung dafür besteht
darin, das Filtermedium mit Harz zu versehen, welches dann ausgehärtet wird,
damit das Filtermedium einen gewissen Starrheitsgrad bekommt. Jedoch
kann ein reines Medium mit ausgehärtetem Harz den Druckverlusten,
die bei vielen Anwendungen über
das Medium auftreten, nicht widerstehen. Das aushärtende Harz
fügt auch
Her stellungsschritte hinzu, wodurch die Gesamtkosten des Elementes
erhöht
werden. Alternativ (oder zusätzlich zu
dem aushärtenden
Harz) kann ein dünnes,
mit Epoxy beschichtetes Stahlnetz mit dem Medium beschichtet werden,
wenn das Medium gefaltet ist. Dies erhöht jedoch auch die Herstellungsschritte
für die Fabrikation
des Filterelementes und erhöht
die Kosten des Elementes. Ein Stahlnetz eignet sich selbst auch
nicht für
ein leichtes Ablagern in Mülldeponien, d.h.
es ist nicht leicht verbrennbar, wodurch sich Umweltprobleme ergeben.
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Es
wurde eine Anzahl von Techniken vorgeschlagen, um die Falten des
Filtermediums direkt abzustützen.
Die Patentbeschreibung
US-A-3,306,794 von
Humbert Jr. z. B. zeigt ein gefaltetes Filtermedium, welches einen
Mittelkern umgibt, wobei Kügelchen
und Tröpfchen
von Klebstoffzement auf die Faltenhöchstpunkte aufgebracht werden,
und dann wird eine äußere perforierte
Papierschicht um die Falten gewickelt. Die Seitenkanten der Papierschicht
werden überlappt
und mit Klebstoff aneinandergebracht. Es ist auch bekannt, einen
Hotmelt-Klebstoff auf die Faltenhöchstpunkte aufzubringen und
dann eine Spiralstützschicht
um die Falten zu wickeln. Man glaubt auch, daß eine Schmelzverklebung benutzt
wurde, um eine äußere Stützwickel
an ein inneres Filtermedium anzubringen.
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Eine
andere Technik ist in der Patentbeschreibung
US-A-4,956,089 von Hurst
gezeigt, wo ein gefaltetes Medium zwischen inneren und äußeren Stützgehäusen bzw.
Stützkörben angeordnet
ist. Jedes Stützgehäuse besteht
aus einem gitterartig umgebenen Rohr aus thermoplastischem Material, wie
z. B. Polypropylen. Weitere Veröffentlichungen, Patentbeschreibung
US-A-4,693,985 von Degen; Patentbeschreibung
US-A-5,824,232 von
Ahser et al.; und die Patentbeschreibung
US-A-4,609,465 von Miller
zeigen ähnliche
Aufbauten, bei denen ein äußeres Stützgewebe,
ein Netz oder ein Korb bzw. Käfig
aus einem Material gebildet ist, wie z. B. Fluorpolymere, halogenisierte
Polymere, Polyester oder Polyolefine, wie z. B. Polypropylen und
Polyethylen. Die Anmelder glauben, daß eine Monofilamentfaser aus hochdichtem
Polymer in typischer Weise für
die Stützgehäuse verwendet
wird. Man weiß,
daß solche Materialien
relativ starre Stützgehäuse zur
Verfügung stellen.
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Man
glaubt, daß bekannte
Stützkonstruktionen
für gefaltete
Medien entweder relativ steife, korbartige Gebilde hatten, die dafür vorgesehen
waren, eine Stütze
für ein
gefaltetes Medium zwischen den Gehäusen vorzusehen; oder aus flexiblerem
Material gebildet waren, welches mechanisch oder chemisch an die
Falten des Mediums angebracht wurden, wie z. B. mit einer vorher
aufgebrachten Wulst oder Tröpfchen
von Klebstoff. Diese Techniken mögen zwar
für eine
ausreichende strukturelle Unversehrtheit für ein gefaltetes Medium bei
vielen Anwendungen sorgen, man glaubt aber, daß diese Techniken gewisse Nachteile
haben. Das Schaffen starrer innerer und äußerer Gehäuse z. B. erfordert relativ
teure Polymere oder andere Materialien sowie kostspielige Herstellungsschritte,
um die Gehäuse
zu bilden. Die Herstellungstoleranzen der Gehäuse wurden auch sorgfältig kontrolliert,
damit sie dicht über
die Falten passen. Es wird zwar ferner behauptet, daß die Körbe bzw.
Gehäuse
eine strukturelle Unversehrtheit für das Element zur Verfügung stellen,
man glaubt aber, daß es
diese strukturelle Unversehrtheit hauptsächlich in der axialen Richtung
gibt, um ein Zerdrücken des
Elementes zu verhindern. Die Falten sind allgemein noch frei, sich
innerhalb der Gehäuse
zu bewegen. Dies kann in dessen Problemen des Überfaltens und Zusammenbündelns unter
Ansammeln von Häufungen
der Falten während
der Benutzung geben.
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Auf
der anderen Seite kann für
mit Klebstoff angebrachte Umwicklungen der Klebstoff über die Faltenhöchstpunkte
und gegen die innere Oberfläche des
Mediums verwischen, wenn die Umwicklung aufgebracht wird. Dies ist
unansehnlich und kann die Poren in dem Medium verstopfen, wodurch
die zur Verfügung
stehende Oberfläche
des Mediums verringert wird. Es kann auch Verträglichkeitsprobleme des Fluids
geben, welches gefiltert werden soll, sowie des Klebstoffes, insbesondere
bei Hotmelt-Klebstoffen, denn man hat gefunden, daß einige
Klebstoffverbindungen in gewissen, im Handel erhältlichen Kartuschen während der
Benutzung brechen. Es kann auch schwierig sein, ein Etikett, insbesondere
ein bedrucktes Etikett, über
die äußere Hülse einer
mit Klebstoff angebrachten Umwicklung aufzubringen, weil die Klebstoffkügelchen
die Information beim Aufbringen entstellen. Dadurch wurde es allgemein
erforderlich, die Hülse
mit dem Namen des Herstellers usw. vorzudrucken. Dies eignet sich
selbst nicht für eine
leichte Modifikation der Information oder für das Zuschneiden der Information
auf ein besonderes Element. Alles in allem kann das Vorstehende
bei vielen Anwendungen unakzeptabel oder mindestens unerwünscht sein.
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Die
Patentbeschreibung
US 3376979 (von Bair)
offenbart ein Verfahren für
die Herstellung eines bewegbaren Schmierungsfilters, wobei ein gewebtes Strumpfgebilde
die äußeren Teile
der Falten des Filterelementes umgreift. Ein wärmeaktivierbarerer Klebstoff
wird auf die äußeren Teile
der Falten vor dem Kräuseln
und Hinrollen der Socke an Ort und Stelle aufgebracht.
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Die
Patentbeschreibung
US-A-6,143,106 (von
Shane) offenbart einen Fluidfilter mit einem zylindrischen, gefalteten
Filtermedium, welches um einen mittigen, perforierten Stützkern herum
angeordnet ist. Eine äußere Stützhülse, die
ein extrudiertes, diamantförmiges
Nylonnetz aufweist, ist über
das gefaltete Medium gespannt und paßt sich elastisch an die Faltenhöchstpunkte
an, um die Falten ohne mechanische oder chemische Verbindung zu
den Falten strukturell in fester Lage zueinander zu halten.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Verfahren vorgesehen für
den Zusammenbau eines Filterelementes, welches folgende Schritte
aufweist: Vorsehen eines zylindrischen, gefalteten Filtermediums
mit einer kontinuierlichen Reihe von sich axial erstreckenden, miteinander
verbundenen Falten, die einen mittigen Hohlraum umschreiben und
von der Mittelachse radial nach außen ragen, um eine Vielzahl
von Faltenhöchstpunkten
zu bilden, Vorsehen einer kontinuierlichen, elastischen Stützhülse, die
ein Innenmaß hat, welches
normalerweise kleiner ist als das äußere Originalmaß des zylindrischen
Mediums, radiales Zusammenpressen des zylindrischen Mediums derart, daß das Außenmaß des zylindrischen
Mediums kleiner ist als das Innenmaß der Stützhülse, und Einführen des
zusammengedrückten,
zylindrischen Mediums in die Stützhülse und
danach Ausdehnen des zusammengedrückten. zylindrischen Mediums
zurück
zu seinem normalen Außenmaß hin derart,
daß die
Stützhülse sich
in umgebende Lage längs
des zylindrischen Mediums erstreckt und elastisch gestreckt wird,
um baulich die Falten des zylindrischen Mediums in fester Lage zueinander
zurückzuhalten, Aufbringen
einer Klebstoffwulst auf die äußere Oberfläche der
Hülse,
nachdem die Hülse über das
Medium derart gestreckt oder gespannt ist, daß die Klebstoffwulst sich dochtartig
durch die Stützhülse einwärts bewegt
und sich an die Faltenhöchstpunkte bindet,
um die Faltenhöchstpunkte
an der Stützhülse zu halten,
und Anbinden eines Paares von Endkappen an entgegengesetzte Enden
des zylindrischen Mediums.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren für den Zusammenbau des
Fluidfilters zur Verfügung,
durch welches die Falten eines zylindrischen Filtermediums in fester
Lage zueinander durch eine elastische, kontinuierliche, äußere Stützhülse gehalten
werden. Die Hülse
hält die Falten
durch radiale Kompression und durch eine Klebstoffwulst, welche
aufgebracht ist, nachdem die Hülse
um die Falten herum gespannt ist. Das Fluidfilter ist relativ leicht
und gradewegs zusammenzubauen, wodurch die Gesamtkosten des Filterelements reduziert
werden. Die Komponenten des Filters eignen sich selbst auch für ein leichtes
Ablegen auf einer Mülldeponie,
denn sie sind leicht verbrennbar. Als weiteren Vorteil hat das Filter
eine im wesentlichen hindernisfreie äußere Oberfläche, welche das direkte Aufdrucken
von Identifikationshinweisen (Modellnummern, Logos usw.) auf das
Filter erlaubt, wobei herkömmliche
Druckmaschinen und Vorrichtungen verwendet werden.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung hat die äußere Stützhülse eine
fortlaufende Form, welche über
die Falten gespannt ist und sich allgemein an die Faltenhöchstpunkte
anpaßt.
Die Stützhülse ist
aus einem elastischen Material gebildet und vorzugsweise aus einem Polymernetz,
wie z. B. einem extrudierten, diamantförmigen Nylonnetz. Das Netz
hat eine hohe Strangdichte und einen Strangwinkel zwischen etwa
60° und
90° in der
Umfangs richtung, wodurch in der Umfangsrichtung gute Expansionseigenschaften
vorgesehen werden. Die Stützhülse hat
normalerweise ein ein wenig kleineres Außenmaß als das zylindrische, gefaltete
Medium und wird um mindestens 3% ausgedehnt, wenn sie über das
zylindrische, gefaltete Medium gespannt wird.
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Vorzugsweise
weist das gefaltete Medium einen mehrschichtigen Bogen auf, wobei
eine naßgelegte
Glasfaser-Filtrationslage (oder Lagen) eine Fliesstütze haben,
die zwischen einem äußeren, extrudierten
Polymerstütznetz
und einem inneren, extrudierten Polymerstütznetz angeordnet ist. Die Stützhülse und
das äußere Stütznetz des
gefalteten Mediums stehen wegen ihres ähnlichen Netzaufbaus in Eingriff
miteinander, um eine weitere bauliche Stütze für das Element vorzusehen.
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Nach
dem Anordnen der Hülse über das
Medium wird eine klare Klebstoffwulst um die Hülse aufgebracht. Der Klebstoff
ist vorzugsweise ein UV-gehärteter
Klebstoff und wird ansonsten derart ausgewählt, daß der Klebstoff leicht sich
dochtartig durch die Hülse
bewegt, um eine feste Anbringung der Hülse an den Faltenhöchstpunkten
des Mediums vorzusehen. Die hohe Strangdichte der Hülse und
die Absorption des Klebstoffes in das Element hinein erlauben das
direkte Aufdrucken von Identifikationshinweisen auf die äußere Oberfläche des
Filterelementes. Dies kann man durch Verwenden von herkömmlichen
Farbkissen-, Tintenstrahl- oder Laserdruckmaschinen oder Vorrichtungen
erreichen. Endkappen können
an den Enden der Patrone bzw. Kartusche oder des Einsatzes befestigt
oder mit diesen verbunden werden, entweder vor oder nach dem Aufbringen der
Klebstoffwulst.
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Der
Fluidfilter wird dadurch zusammengebaut, daß man anfänglich den Bogen bzw. das Sheet des
Filtermediums mit einer fortlaufenden Reihe von sich axial erstreckenden,
miteinander verbundenen Falten versieht, wobei die Seitenkanten
des Bogens dann zusammen verbunden werden, wie z. B. mit Klebstoff,
um das Filtermedium in einer zylindrischen Form zu halten.
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Die
rohförmige
Stützhülse wird
dann vorübergehend
an einem Ende mit einem konischen Zusammenbauwerkzeug verbunden,
und das zylindrische, gefaltete Medium wird durch das konische Werkzeug
gedrückt,
um das Medium derart radial Zusammenzudrücken, daß es leicht in die Stützhülse gleitend
hineingebracht werden kann.
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Der
Verbundaufbau (gefaltetes Medium und Stützhülse) wird dann radial vergrößert. Wenn
das Fluidfilter einen inneren Stützkern
haben soll, wird ein zweites konisches Zusammenbauwerkzeug vorübergehend
an einem Ende des Stützkernes
angebracht, und der Stützkern
wird dann in den mittigen Hohlraum des zylindrischen Mediums gedrückt, wobei das
zylindrische Medium in die Stützhülse expandiert wird.
Die Stützhülse paßt sich
elastisch an die Faltenhöchstpunkte
an und arretiert die Falten in fester Lage zueinander. Das konische
Werkzeug wird dann aus dem Vorderende des Stützkernes herausgenommen.
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Für ein kernloses
Element wird ein Dorn mit einem ähnlichen
konischen Zusammenbauwerkzeug in den mittigen Hohlraum des Verbundaufbaus
hineingedrückt
wobei das Medium radial vergrößert wird und
die Stützhülse sich
wieder elastisch an die Faltenhöchstpunkte
anpaßt.
Der Dorn wird dann entfernt, wodurch es möglich wird, daß sich das
zylindrische gefaltete Medium ein wenig zusammenzieht, jedoch paßt sich
die äußere Stützhülse doch
elastisch an die Faltenhöchstpunkte
an, um die Falten in fester Lage zueinander zu halten.
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Der
Klebstoff wird dann in Spiralform um die äußere Hülse herum aufgebracht. Der
Klebstoff wird dochtartig durch die Hülse abgeleitet und dann UV-gehärtet, so
daß der
Klebstoff die Falten permanent mit der äußeren Hülse verbindet. Nachdem die äußere Hülse über den
gefalteten Einsatz bzw. die Kartusche hinübergezogen wurde, benötigen die
Falten ein weiteres Festlegen oder Fixieren vor dem Anbinden der
Faltenhöchstpunkte
an der Hülse.
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Die
Endkappen werden dann mit den entgegengesetzten Enden des Mediums
verbunden, wodurch auch die Stützhülse (und
gegebenenfalls der Stützkern)
entlang den Enden des Mediums mit dem Medium verbunden wird. Passende
Hinweise können dann
direkt auf die äußere Oberfläche des
Filters aufgebracht (z. B. gedruckt) werden.
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Das
Fluidfilter ist insofern neu und einzigartig, als es einen gefalteten
Aufbau und eine äußere flexible
Stützhülse hat,
welche die Falten in fixer Lage zueinander ohne ein schwieriges
oder kostspieliges, mechanisches oder chemisches Verbinden hält. Die Technik
für den
Zusammenbau des Fluidfilters ist relativ leicht und gradewegs, wodurch
die Gesamtkosten des Elementes verringert werden. Die Bestandteile
des Filterelementes eigenen sich selbst auch für ein leichtes Ablegen auf
einer Müllhalde,
denn sie sind leicht verbrennbar. Ferner kann das Element leicht
mit Identifikationsvermerken markiert werden, um eine leichte Identifikation
eines geeigneten Filterelementes für eine besondere Anwendung
zu ermöglichen.
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Die
Erfindung wird schematisch mittels eines Beispiels in den anliegenden
Zeichnungen veranschaulicht, in denen ist:
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1 eine
Seitenansicht eines Filterelementes, welches gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung
aufgebaut ist, wobei Teile des Elementes im Querschnitt gezeigt
sind;
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2 eine
teilweise im Querschnitt genommene Endansicht des Filterelementes
der 1;
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3 ein
erster Schritt bei dem Zusammenbau des Filterelementes der 1;
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4 ein
zweiter Schritt bei dem Zusammenbau des Filterelementes einer ersten
Ausführungsform;
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5 ein
zweiter Schritt beim Zusammenbau des Filterelementes einer zweiten
Ausführungsform;
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6 eine
vergrößerte Ansicht
der Strangmatrix für
die Stützhülse des
Filterelementes; und
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7 ein
weiterer Schritt beim Zusammenbau der Filterelemente in irgendeiner
der Ausführungsformen.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und zunächst auf 1 wird
ein nach dem Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebautes Filterelement allgemein
mit 10 bezeichnet. Das Filterelement 10 weist
ein zylindrisches, gefaltetes Filtermedium 12 auf, welches
einen mittigen Hohlraum 13 umschreibt; und eine äußere Stützhülse 14,
die hier in größerer Einzelheit
beschrieben wird; sowie ein Paar von Endkappen 16, 17,
die an gegenüberliegenden
Enden des Elementes angeordnet sind. Die Endkappen 16, 17 erlauben
es dem Filterelement, fluidmäßig mit
einem geeigneten Durchgang (Durchgängen) in einem Filtergehäuse (nicht
gezeigt) verbunden zu werden, damit ein Fluid aus dem mittigen Hohlraum 13 des Elementes
herausfließen
(oder in diesen hineinfließen)
kann.
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Wie
man in den 1 und 2 sehen kann,
weist das Filtermedium 12 sich axial erstreckende Falten
auf, die z. B. allgemein mit 18 bezeichnet sind und fortlaufend
miteinander verbunden sind. Die Falten weisen äußere Enden 19, welche
Faltenhöchstpunkte
bestimmen, innere (buchtartige) Enden 20 und Seitenwände 21 auf,
welche die äußeren Enden
und die inneren Enden verbinden. Die Achsen der Falten verlaufen
im allgemeinen parallel zueinander und können unter Verwendung einer
beliebigen geeigneten Faltenformtechnik gebildet werden, wie z.
B. mit einer Faltenformmaschine oder von Hand. Die Anzahl und das
Maß der
Falten können
in Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung variieren.
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Das
Filtermedium 12 weist vorzugsweise einen Bogen, ein Blatt,
eine Platte bzw. ein Sheet auf, welches einen mehrschichtigen Aufbau
hat. Der mehrlagige Aufbau schließt ein inneres Stütznetz 22, eine
Zwischenfiltrationslage 23 und ein äußeres Stütznetz 24 ein. Die
Lagen des Mediums können aus
irgendeinem geeigneten Material gebildet sein, z. B. Polymer, Zellulose,
Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Glasfaser, gesponnen-verbundenes
Material, Tuch, Papier, Nylon, Orlon usw. oder Kombinationen von
diesen. Die inneren und äußeren Stütznetze
des Mediums sind vorzugsweise ein extrudiertes Polymer, während die
Zwischenfiltrationslage vorzugsweise ein trockengelegtes Glasfasermedium
ist (z. B. Borsilikat-Mikroglasfasern mit Acrylbinder). Das Stütznetz sollte
so glatt wie möglich
sein, um einen Abrieb an der Zwischenfiltrationslage zu verhindern.
Aufstromig und abstromig können
Fließstützlagen
(z. B. Polyester, Nylon oder Hanflagen) auch auf gegenüberliegenden
Seiten der Filtrationslage vorgesehen sein, um eine Beschädigung der
Filtrationslage zu vermeiden. Die Materialauswahl für die Filtrationslage
und das Stütznetz
(und Fließstützlagen – wenn vorgesehen)
hängt allgemein
von der besonderen Anwendung, der Kompatibilität mit dem zu filternden Fluid
und den Temperaturerfordernissen ab. Die Techniken für das Bilden
jeder Lage dürften
den Fachleuten bekannt sein.
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Die
Filtrationslage 23 hat vorzugsweise eine bewertete Porengröße, die
kleiner ist als die bewertete "Porengröße" (Strangdichte) der
Stütznetze 22, 24. Ähnlich ist
die Dicke der Filtrationslage 23 vorzugsweise kleiner als
die Dicke der Stütznetze 22, 24.
Es ist bevorzugt, daß die
Filtrationslage eine bewertete Porengröße von zwischen 1 Mikron und
50 Mikron hat und eine Dicke im Bereich von etwa 0,005 Zoll bis
etwa 0,025 Zoll. Die Stütznetze
haben jedes vorzugsweise eine Strangdichte von etwa 16 Strängen pro
Zoll und eine Dicke im Bereich um etwa 0,015 Zoll bis etwa 0,025
Zoll. Dabei ist hervorzuheben, daß die Wirksamkeit der Filtrationslage
um eine Größenordnung
größer als
die Wirksamkeit der Filtrationslagen ist. Die Porengröße, Strangdichte
und Dicke der Filtrationslage und der Stütznetze 22, 24 (und
irgendeiner Fließstützlage)
kann offensichtlich auch je nach der besonderen Anwendung (sogar
außerhalb
der obigen Bereiche) variieren. Ein Mehrfachlagenaufbau, wie oben
diskutiert ist, wird zwar bevorzugt, das Filtermedium kann aber
auch je nach der besonderen Anwendung eine Einzellage sein. Mehr
als eine Filtrationslage mit einer oder mehreren Stütznetzlagen
könnten
auch vorgesehen sein, oder es könnten
nur eine oder mehrere Filtrationslage(n) ohne irgendein Stütznetz vorgesehen
sein.
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In
jedem Falle wird der Mediumbogen bzw. das Mediumsheet vorzugsweise
anfänglich
so gebildet, daß die
Lagen übereinander
liegen, und die Lagen werden unter Verwendung der herkömmlichen, oben
beschriebenen Techniken zusammengefaltet. Die Seitenkanten der Falten
werden dann zusammengebracht und verbunden, z. B. mit einem Klebstoff
oder durch irgendein anderes geeignetes Mittel, derart, daß das Medium
eine zylindrische Gestaltung hat. Die Falten erstrecken sich fortlaufend
um die vervollständigte
Medium-Unteranordnung, wobei die Falten radial nach außen vorspringen.
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Die äußere Stützhülse 14 für das Element wird
aus einem elastischen Material gebildet, d.h. einem flexiblen Material,
welches mindestens einen Teil seiner ursprünglichen Gestalt deformieren
und wiederfinden kann. Die Stützhülse sollte
auch aus einem Material gebildet werden, welches mit dem zu filternden
Fluid kompatibel ist und eine ausreichende Festigkeit hat, um einem
Differentialdruck über
das Filtermedium zu widerstehen. Bevorzugt ist die Stützhülse aus
einem thermoplastischen Kunstharzpolymer gebildet, z. B. Nylon,
welches extrudiert oder gewebt sein kann und ein diamantförmiges Netz
oder Matrixaufbau hat (siehe 6). Die
eingestufte Porengroße
der Stützhülse sollte
kleiner sein als die eingestufte Porengröße der darunterliegenden Filtrationslage,
so daß die
Stützhülse nicht
die primäre
Filtration schafft. Auf der anderen Seite ist es bevorzugt, daß die Hülse eine
ausreichend hohe Strangdichte hat, um das Aufdrucken von Identifikationsvermerken (Logos,
Modellnummern usw.), wie z. B. bei 36, direkt auf die äußere Oberfläche der
Hülse zu
erlauben, wobei herkömmliche
Stempelkissen-, Tintenstrahl- oder Laserdruckmaschinen oder -vorrichtungen
benutzt werden. Eine Hülse
mit einer Strangdichte von etwa 26 Strängen pro Zoll und einer Dicke
im Bereich von etwa 0,010 Zoll und 0,030 Zoll wurde für geeignet gehalten,
jedoch sei wiederholt, daß das
Material, die Strangdichte und die Dicke der Hülse je nach der besonderen
Anwendung variieren können.
Das Material für
die Stützhülse, die
Strangdichte und Dicke, die für eine
besondere Anwendung geeignet sind, können vom Fachmann leicht unter
Verwendung eines einfachen Experimentierens bestimmt werden.
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Wie
man in 2 sieht, ist die äußere Stützhülse 14 über die
Falten gespannt und hat eine Elastizität, die es der Stützlage erlaubt,
sich an mindestens die äußeren Faltenhöchstpunkte
anzupassen. Dabei ist hervorzuheben, daß die Hülse von den Falten in den Bereichen
zwischen den Falten im Abstand angeordnet ist. Die äußere Stützhülse hat
normalerweise ein Radialmaß,
welches ein wenig geringer ist als das normale äußere Radialmaß des gefalteten
Mediums, und wenn die äußere Stützhülse über das
Medium gespannt wird, dehnt sich die Hülse ein wenig über ihr
normales Maß nach
außen
aus. Bevorzugt wird die Hülse
mindestens um 3% und bevorzugt zwischen etwa 3 bis 6% über ihr
normales Außenmaß gespannt,
d.h. der Durchmesser der Hülse erhöht sich,
wenn sie gestreckt bzw. gespannt wird, um mindestens 3%. Die gespannte
elastische Stützhülse sorgt
für eine
radiale Kompression auf die Falten, um diese in einer festen Lage
zueinander zu halten.
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Eine äußere Klebstofflage,
wie nachfolgend beschrieben wird, ist notwendig oder wünschenswert,
um weiter die Faltenhöchstpunkte
in fester Lage zueinander zu halten.
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Wie
in 6 gezeigt, ist es bevorzugt, daß die äußere Stützhülse 14 einen
Strangwinkel α von nicht
mehr als 90° hat
und bevorzugter einen Strangwinkel von zwischen 60 und 90°. Wie in
dieser Figur gezeigt ist, wird der "Strangwinkel" in der x-(Umfangs-)richtung gemessen.
Wenn der Strangwinkel weniger als 90° ist, ist die Kraftkomponente
in der "x"-(Umfangs-)richtung
kleiner, wodurch ein größeres Strecken
bzw. Spannen der Hülse
am Umfang um das zylindrische Medium herum ermöglicht wird. Dieser Strangwinkel
erlaubt auch einen größeren Toleranzbereich
sowohl für
die Hülse
als auch den zylindrischen Faltenaufbau. Zwar ist der vorstehende Strangwinkelbereich
bevorzugt, der Winkel kann aber selbstverständlich je nach der gewünschten
besonderen Elastizität
variieren (sogar außerhalb
dieses Bereiches).
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Bezieht
man sich wieder auf die 2 und 3, dann
stehen die Stützhülse 14 und
das äußere Stütznetz 24 für das gefaltete
Medium an dem Ort der Faltenhöchstpunkte
in Folge ihres ähnlichen netzartigen
Aufbaus in Eingriff miteinander. Hierdurch wird eine weitere Stütze oder
Halterung (erhöhter
Ermüdungswiderstand)
für die
Falten rund um das Filtermedium herum vorgesehen.
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Nachdem
die Hülse über das
Medium gespannt ist, wird eine Klebstoffwulst auf die äußere Oberfläche der
Hülse aufgebracht,
wie man in 7 sieht. Der Klebstoff wird
vorzugsweise als Wulst 80 in einer Spiralform um die Hülse 14 herum
unter Verwendung eines herkömmlichen
Aufbringwerkzeuges 82 aufgebracht. Der Klebstoff ist vorzugsweise
ein transparentes Verbindungsmaterial, welches sich leicht dochtartig
durch die Hülse
bewegt, derart, daß das
Material eine gute Verbindung zwischen den Faltenhöchstpunkten
und der Hülse
bilden kann und nicht merklich das spätere Aufbringen einer gedruckten
Information auf die äußere Oberfläche der
Patrone stört.
Der Klebstoff ist auch bevorzugt UV-gehärtet, wodurch eine gute Steuerung
beim Zusammenbau der Hülse
mit dem Medium geschaffen ist. Ein zweckmäßiger UV-gehärteter Klebstoff
ist im Handel von der Firma Loctite Corporation unter der Marke/Bezeichnung
3335UV Aushärtepoxyklebstoff
erhältlich;
obwohl es selbstverständlich
möglich
ist, daß andere
Klebstoffe bei gewissen Anwendungen zweckmäßig oder wünschenswert sein können, solange
der Klebstoff gute dochtartige Eindringeigenschaften, einen guten
thermischen und chemischen Widerstand und gute Bindeeigenschaften
mit den Polymermaterialien der Hülse
und des Mediums hat. Die elastische Hülse hält die Faltenhöchstpunkte während des
Klebstoffauftragens und des Aushärtens
in richtiger Position, ohne daß die
Falten zusätzlich
fixiert oder mechanisch gehalten werden.
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Die
Endkappen des Elementes haben im allgemeinen eine kreisförmige Gestaltung,
wobei mindestens eine der Endkappen 16 eine mittige kreisförmige Öffnung 30 für den Fluidfluß durch
diese hat. Eine federnde, elastomere O-Ringdichtung 32 kann in
einer radial einwärts
gerichteten Nut, welche die Öffnung 30 in
der Endkappe 16 umgibt, vorgesehen sein, um gegen einen
geeigneten Fluiddurchgang in dem Gehäuse abzudichten. Die Endkappe 17 hat vorzugsweise
einen durchgehenden, unperforierten Aufbau oder könnte in ähnlicher
Weise eine mittige Kreisöffnung
haben, um einen Fluiddurchgang in dem Filtergehäuse aufzunehmen. Die Endkappen können aus
einem beliebigen geeigneten, undurchlässigen Material gebildet sein,
wie z. B. starrem Kunststoff, der mit dem zu filternden Fluid kompatibel ist
und leicht verbrannt oder anderweitig leicht in einer Mülldeponie
abgelagert werden kann.
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Die
Endkappen 16, 17 sind mit den Enden des Filtermediums
mit einem Klebstoff oder durch ein anderes geeignetes Mittel verbunden.
Der Klebstoff wird quer über
das ganze ringförmige
Ende des gefalteten Mediums aufgebracht und verbindet auch die Stützhülse an den
Enden des Mediums sowie den Enden des Stützkernes (wenn er vorhanden
ist). Während
sich die Stützhülse vorzugsweise über die gesamte
Länge des
gefalteten Mediums erstreckt, ist es möglich, daß die Stützhülse nur knapp an den Enden
aufhören
könnte
und doch durch die Klebstoffmasse an dem Medium angebracht ist.
Die Endkappen 16, 17 können an den Enden der Patrone
entweder vor dem Aufbringen des Klebstoffes oder danach, wie oben
beschrieben ist, angebracht werden.
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Das
gefaltete Filtermedium kann von einem mit
33 bezeichneten
Stützkern
innen abgestützt
sein; oder kann "kernlos" sein, d.h. selbsttragend,
und entfernbar um ein an dem Filtergehäuse eingebautes Stützrohr herum
aufgenommen sein. Ein Stützkern oder
ein Stützrohr
weist allgemein eine Vielzahl von Öffnungen auf, die entlang der
Länge des
Rohres/Kernes für
einen radialen Fluidstrom im Abstand angeordnet sind und dicht in
den inneren (buchtartigen) Enden
20 der Falten aufgenommen
sind, um die inneren Enden der Falten abzustützen. Ein Stützrohr/Kern
kann aus einem beliebigen, für
die besondere Anwendung geeigneten Material gebildet sein, z. B.
einem starren Kunststoff (insbesondere für einen Stützkern) oder Metall (insbesondere
für ein Stützrohr).
Am Umfang verlaufende Materialbänder könnten auch
mit den inneren Enden der Falten verbunden werden, wie z. B. in
der
US-Patentanmeldung Nr. 08/792,036 beschrieben
ist, am 31. Januar 1997 angemeldet mit dem Titel "Coreless Non-metallic
filter element" (kernloses,
nicht-metallisches Filterelement), jetzt
US-Patent 6,099,729 , um es dem Filterelement
zu erlauben, leicht in ein Stützrohr
in dem Gehäuse
eingefügt
oder aus diesem herausgenommen zu werden.
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Bezieht
man sich jetzt auf 3, so wird für die Herstellung des Filterelementes 10 das
Medium 12 anfänglich
in einer zylindrischen Gestalt angeordnet. Die äußere Stützhülse 14 wird dann vorübergehend
an ihrem Vorderende 39 an einem konischen Einbauwerkzeug 40 angebracht
(z. B. festgeklemmt). Das Werkzeug 40 hat ein erstes Ende 42,
welches an der Hülse 14 mit
etwa dem gleichen Durchmesser der Hülse angebracht ist, und hat
ein zweites freies Ende 44 mit einem Innenmaß (Innendurchmesser), welches
mindestens so groß und
vorzugsweise etwas größer ist
als das Außenmaß (Außendurchmesser)
der Medium-Unteranordnung. Das Medium 12 wird durch das
vergrößerte Ende 44 axial
in das konische Werkzeug 40 eingeführt. Sobald das zylindrische
Medium durch das Werkzeug eingeführt
ist, wird es von der konischen inneren Oberfläche des Werkzeuges radial auf
ein Maß zusammengedrückt, welches
kleiner als die Stützhülse ist;
um es dem zylindrischen Medium zu erlauben, leicht in die Stützhülse 14 hineinzugleiten.
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Nach
dem Einführen
des Mediums in die Hülse 14 wird
das konische Werkzeug 40 auf dem Vorderende der Hülse entfernt
mit dem Ergebnis, daß sich
die Hülse
längs der
gesamten Länge
des zylindrischen Mediums erstreckt.
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Es
sei bemerkt, daß einzelne
Medium-Unteranordnungen eine nach der anderen in einzelne Stützhülsen eingeführt werden
können,
oder es kann eine erhebliche Länge
des zylindrischen Mediums in ihrer Gesamtheit in eine im wesentlichen
längere äußere Hülse eingeführt werden,
und dann kann der Verbundaufbau geschnitten werden, um einzelne
Filterelemente zu bilden.
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In
jedem Falle wird, wenn man sich jetzt auf die 4 und 5 bezieht,
der Verbundaufbau (Medium und Stützhülse) dann
radial vergrößert. Bezieht
man sich zunächst
auf 4, die eine erste Ausführungsform mit einem mittigen
Stützkern 33 zeigt,
dann hat der Stützkern
ein Außenmaß (Außendurchmesser),
welches etwas größer ist
als das normale Innenmaß (Innendurchmesser)
des zusammengedrückten
zylindrischen Mediums. Der Stützkern
ist mit einem zweiten konischen Zusammenbauwerkzeug 54 versehen,
welches vorübergehend
an dem Vorderende 56 des Stützkernes angebracht (z. B.
festgeklemmt) ist. Das konische Werkzeug 54 hat ein erstes
Ende, welches an dem Vorderende 56 des Stützkernes
mit einem Maß (Außendurchmesser) etwa
derselben Größe wie der
Außendurchmesser des
Kernes angebracht ist, und hat ein radial verringertes Vorderende 60 mit
einem Maß (oder
Durchmesser), welches so gestaltet ist, daß es in dem mittigen Hohlraum 13 des
zylindrischen Mediums aufgenommen werden kann.
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Der
Stützkern 33 wird
mit dem konischen Werkzeug 54 axial in den mittigen Hohlraum 13 des Verbundaufbaus
hineingeschoben, wobei sich die konische Oberfläche des Werkzeuges 54 radial
vergrößert und
das Medium ausdehnt, so daß das
zylindrische Medium ein Innenmaß (Innen durchmesser) hat,
welches leicht über
den Stützkern 33 gleitet.
Dabei werden die Falten radial so nach außen gedrückt, daß sie die umgebende Stützhülse 14 elastisch
strecken bzw. spannen und deformieren. Es wird wiederholt, daß es bevorzugt
ist, daß die
Stützhülse derart um
3 bis 6% gespannt bzw. gestreckt wird, daß die Hülse auf die Faltenhöchstpunkte
eine ausreichende radiale Kompression vorsieht, um die Falten in
fester Lage zueinander zu halten. Das Außenmaß des Stützkernes, welches notwendig
ist, um diese Vergrößerung zu
erreichen, kann man leicht berechnen oder unter Verwendung eines
einfachen Experimentierens bestimmen.
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Nachdem
der Stützkern 50 in
das zylindrische Medium eingeführt
ist, wird das konische Werkzeug 54 aus dem Stützkern entfernt.
Der Klebstoff wird dann von dem Werkzeug 82 in einer Wulst
um die Patrone herum aufgebracht, wie in 7 gezeigt ist,
und wird UV-gehärtet.
Die Endkappen 16, 17 werden dann mit den Enden
des Mediums verbunden, wodurch auch die Enden der Transporthülse 17 und des
inneren Stützkerns 33 an
dem Medium angebracht werden.
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Wenn
wir jetzt auf 5 Bezug nehmen, welche eine
zweite "kernlose" Ausführungsform zeigt,
wird ein größenbestimmender
Dorn 70 vorgesehen mit einem Außenmaß (Außendurchmesser), welches etwas
größer ist
als das Innenmaß (Innendurchmesser)
des Verbundmediums und der Stützhülse. Der
Dorn hat ein konisches Ende 72, welches axial in den mittigen
Hohlraum 33 des zylindrischen Mediums eingeführt wird.
Das konische Ende des Dornes hat ein Vorderende 73 mit
einem Außenmaß (Außendurchmesser),
das so ausgelegt ist, daß es
in dem mittigen Hohlraum aufgenommen wird, und hat ein hinteres
Ende 74 mit einem Außenmaß (Außendurchmesser)
von etwa derselben Größe wie der Dorn,
um es dem Dorn zu ermöglichen,
leicht in das zylindrische Medium hineingeschoben zu werden. Wenn
der Dorn in dem zylindrischen Medium aufgenommen ist, vergrößert er
radial den Verbundaufbau in derselben Weise, wie oben bezüglich der
Ausführungsform
der 4 beschrieben wurde, derart, daß sich die
Falten radial nach außen
in die gespannte äußere Stützhülse expandieren,
und die Hülse
paßt sich
elastisch an die Faltenhöchstpunkte
an, um die Faltenhöchstpunkte
in fester Lage zueinander zu halten.
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Der
Dorn 70 wird dann entfernt mit der Folge, daß der Verbundaufbau
sich radial zusammenzieht, diese Kontraktion ist jedoch schwach
(d.h. sie ist doch größer als
das ursprüngliche
Außenmaß), und die
Stützhülse hält weiterhin
die Falten in fester Lage zueinander. Wiederum ist es bevorzugt,
daß sich
die ergebende Stützhülse (nachdem
der Dorn entfernt ist) zwischen etwa 3 bis 6% ausdehnt (gespannt),
um die Falten gut zu halten. Das Außenmaß des Dornes, wie es notwendig
ist, um diese Vergrößerung zu
erreichen, kann leicht durch einfaches Experimentieren und/oder
durch Berechnung bestimmt werden. Der Klebstoff wird dann in einer
Wulst um den Einsatz bzw. die Kartusche herum aufgebracht, wie in 7, und
der Klebstoff wird UV- gehärtet. Die
Endkappen 16, 17 werden dann mit den Enden des
Mediums verbunden, wodurch auch wieder die Enden der Stützhülse an dem
Medium angebracht werden. Das kernlose Element ist dann geeignet, über einen
Stützkern, der
an einem Filtergehäuse
eingebaut ist, eingeführt zu
werden.
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Nachdem
die Endkappen an den Enden des Filterelementes bei dem jeweiligen,
oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
eingebaut sind, kann das Element dann mit Identifikationsvermerken
markiert werden (z. B. Logos, Modellnummern usw.), wobei eine geeignete
Markiervorrichtung verwendet wird, wie z. B. ein Stempelkissen-,
Tintenstrahl- oder Laserdrucker. Die Logos, Modellnummern usw. können direkt
auf die äußere Oberfläche der
Stützhülse aufgebracht
werden, die wegen ihrer hohen Strangdichte und Absorption des Klebstoffes
die Markierung in ausreichend lesbarer Form annehmen kann.
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Die
vorliegende Erfindung schafft als solche ein neues und einzigartiges
Fluidfilter und eine Technik für
den Zusammenbau des Fluidfilters, die relativ leicht und direkt
ist und die Gesamtkosten des Elementes reduziert. Außerdem hält die äußere Stützhülse die
Faltenhöchstpunkte
in fester Lage zueinander, ohne daß eine schwierige oder kostspielige
mechanische oder chemische Verbindung notwendig ist. Die Komponenten
des Filterelementes eignen sich selbst auch für ein leichtes Ablagern in
einer Mülldeponie,
denn sie sind leicht verbrennbar. Außerdem kann das Element leicht
markiert werden, um z. B. eine leichte Identifikation eines geeigneten
Filterelementes für
eine besondere Anwendung zu fördern.