Flüssigkeit

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Abscheideelement, eine Abscheideeinrichtung, ein Filterelement, ein Filtergehäuse, eine Filtervorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit.

Generell sind Filtersysteme bekannt, die aus einem Fluid, wie zum Beispiel Hyd rauliköle, Schmieröle oder Motorenöle, enthaltene Feststoffpartikel ausfiltern und dieses dadurch reinigen. Bekannte Filtersysteme zur Filtration von Fluiden sind beispielsweise Leitungs-, Saug- und Rücklauffilter. Ein allgemein bekanntes Problem stellt die im Öl befindliche Luft dar, die in Form von Luftblasen im Öl eingeschlossen ist. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Luftblasen können diese aus dem Öl nicht ausgefiltert werden. Die Luftblasen strömen durch das Filterelement des Filters und werden dadurch fein zerkleinert und

anschließend wieder in das Öl eingemischt. Da aufgrund von höher werdenden Anforderungen an die Fluidreinheit die Filterelemente immer kleinere

Feststoffpartikel ausfiltern müssen, werden die Filtermaterialien der

Filterelemente engmaschiger ausgebildet und somit die Luftblasen im Öl immer feiner zerstäubt.

Besonders bei modernen Tank-Filtersystemen stellt die Einmischung der zerkleinerten Luftblasen in das Öl ein erhebliches Problem dar, da der Luftanteil im Öl bei der Auslegung des Tankvolumens berücksichtigt wird. Derartige Tank- Filtersysteme behandeln eine geringe Fluidmenge mit erhöhtem Volumenstrom, wodurch ein hoher Eintrag von Luftblasen in das Öl im Tank erfolgt. Zusätzlich kommen immer neue synthetische Öle und Additive zum Einsatz, um die

Schaumbildung im Bereich der Öloberfläche im Tank zu verhindern. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung des Luftanteils mit geringer Luftblasengröße im Tank- Filtersystemen.

Aus der DE 10 2014 000 903 Al ist beispielsweise eine Filtervorrichtung mit einem Filterelement bekannt, das Gase bzw. Luft aus einem Fluid durch eine Medienlage mit Koaleszenzeigenschaften abtrennt. Ferner weist das Filterelement eine Filterlage zur Filtration von Feststoffpartikeln auf. Hierbei ist nachteilig, das die Luftblasen eine geringe Verweilzeit in der Medienlage aufweisen. Die

Wahrscheinlichkeit, dass Luftblasen aufeinandertreffen und sich zu größeren Luftblasen verbinden ist dadurch reduziert. Durch die Medienlage sind somit nur verringert Luftblasen aus dem Fluid abtrennbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Abscheideelement anzugeben, das durch einen verbesserten, internen Aufbau eine erhöhte Effizienz zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit aufweist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, eine Abscheideeinrichtung, ein Filterelement, ein Filtergehäuse, eine Filtervorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Abscheideelement durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Abscheideeinrichtung, das Filterelement, das Filtergehäuse, die Filtervorrichtung und das Verfahren zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruchs 14 (Abscheideeinrichtung), des Anspruchs 15 (Filterelement), des Anspruchs 16 (Filtergehäuse), des

Anspruchs 17 (Filtervorrichtung) und des Anspruchs 19 (Verfahren) gelöst.

Konkret wird die Aufgabe durch ein Abscheideelement zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit, insbesondere aus Hydrauliköl, gelöst. Das Abscheideelement umfasst einen Volumenkörper mit einer offenporigen

Materialstruktur, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die zueinander versetzt angeordnet sind derart, dass eine Vielzahl von Strömungswegen zur Führung von Gasblasen durch die Materialstruktur labyrinthartig verlaufen. Die Materialstruktur umfasst wenigstens einen Kontaktbereich, in dem sich wenigstens zwei der Strömungswege zumindest abschnittsweise aneinander annähern, sodass im Betrieb die auf den Strömungswegen geführten Gasblasen einander kontaktieren und sich so zu einer größeren Gasblase verbinden.

Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. Durch die versetzte Anordnung der Zellen und der damit verbundene labyrinthartige Verlauf der Strömungswege durch den Volumenkörper wird eine Verweilzeit der Gasblasen beim Durchströmen des Volumenkörpers erhöht. Mit anderen Worten werden die Gasblasen mit einer Vielzahl von Umlenkungen dreidimensional durch den Volumenkörper geführt und somit vorteilhaft die Verweilzeit der Gasblasen erhöht. Die Strömungswege nähern sich im Kontaktbereich aneinander an, sodass die auf den

Strömungswegen geführten Gasblasen aufeinandertreffen. Die Gasblasen verbinden sich dabei zu einer größeren Gasblase. Man spricht hierbei von einer Koaleszenz der Gasblasen. Es ist denkbar, dass sich mehrere, insbesondere mehr als zwei, Strömungswege im Kontaktbereich aneinander annähern derart, dass sich im Betrieb mehrere Gasblasen durch gegenseitiges Kontaktieren zu einer größeren Gasblase verbinden.

Die größere Gasblase weist vorteilhaft eine höhere Auftriebskraft (Archimedisches Prinzip) auf, sodass diese aus der Flüssigkeit erleichtert abführbar ist bzw.

schneller in dieser aufsteigt. Aufgrund der labyrinthartigen Führung der

Gasblasen durch den Volumenkörper bzw. der Verlängerung der Verweilzeit der Gasblasen können sich die anfangs kleinen Gasblasen und anschließend größeren Gasblasen entlang der Strömungswege mit weiteren Gasblasen zu immer größeren Gasblasen verbinden.

Die Erfindung hat somit den großen Vorteil, dass durch den labyrinthartigen Verlauf der Strömungswege eine Vergrößerung der Gasblasen erfolgt, wodurch diese aus der Flüssigkeit effizient abgeschieden werden.

Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass aufgrund des Volumenkörpers bzw. der Materialstruktur eine Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit kleiner als eine Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sein kann. Die Strömung der Flüssigkeit wird dabei durch die Materialstruktur, insbesondere durch die zueinander versetzten Zellen, homogenisiert, wodurch sich vorteilhaft ein vergrößerter Austrittsbereich am Volumenkörper ergibt. Die reduzierte, homogenisierte

Austrittsströmung der Flüssigkeit begünstigt vorteilhaft den Auftrieb der ausströmenden Gasblasen. Es ist auch denkbar, dass die Austrittgeschwindigkeit der Flüssigkeit nach dem Volumenkörper der Eintrittsgeschwindigkeit vor dem Volumenkörper entspricht. Mit anderen Worten kann die Flüssigkeit durch den Volumenkörper auch annähernd ungebremst hindurch strömen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform nähern sich wenigstens zwei Strömungswege in mehreren Kontaktbereichen zum Verbinden der Gasblasen zumindest abschnittsweise aneinander an. Es ist denkbar, dass sich eine Vielzahl der durch den Volumenkörper verlaufenden Strömungswege abwechselnd einander annähern. Ebenso kann sich ein einzelner Strömungsweg an einen weiteren einzelnen Strömungsweg und/oder an mehrere, weitere

Einzelströmungswege annähern. Mit anderen Worten werden einzelne

Strömungswege der Gasblasen im Volumenkörper mehrmals zusammengeführt. Dadurch wird die Kollisionswahrscheinlichkeit der geführten Gasblasen erhöht und somit die Vergrößerung der Gasblasen zu größeren Gasblasen begünstigt. Ferner ist vorteilhaft, dass sich die bereits vergrößerten Gasblasen entlang der

Strömungswege mit weiteren Gasblasen zu noch größeren Gasblasen verbinden. Dadurch wird die Auftriebskraft der Gasblasen weiter erhöht, wodurch diese schneller aus der Flüssigkeit ausgasen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Strömungswege abhängig von einer Zellengröße von aneinander angrenzenden Zellen durch die

Materialstruktur. Die Zellengröße der Zellen kann sich entlang des jeweiligen Strömungsweges kontinuierlich vergrößern. Mit anderen Worten kann der jeweilige Strömungsweg von einer kleinen Zelle ausgehend durch immer größere Zellen verlaufen. Dadurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass eine anfangs kleine Gasblase, die sich entlang des Strömungsweges mit weiteren Gasblasen zu immer größeren Gasblasen verbindet, durch die Zellen und somit den Volumenkörper strömen kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Zellen jeweils einen Zellenraum mit mehreren Zellenöffnungen. Angrenzende Zellen sind durch die Zellenöffnungen hindurch miteinander verbunden derart, dass ein

labyrinthartiger Verlauf der Strömungswege ausgebildet ist. Mit anderen Worten verlaufen die Strömungswege durch die Zellenöffnungen von Zellenraum zu Zellenraum, sodass ein labyrinthartiger Verlauf der Strömungswege gebildet ist. Die Strömungswege verlaufen dreidimensional umgelenkt durch die

Materialstruktur. Vorzugsweise weisen wenigstens zwei aneinander angrenzende Zellen wenigstens eine gemeinsame Zellenöffnung auf. Die Zellen umfassen ferner mehrere Zellenstege, die die Zellenöffnungen begrenzen. Durch die Zellenstege können die aneinander angrenzenden Zellen miteinander verbunden sein. Dabei können eine erste Zelle und wenigstens eine angrenzende weitere Zelle wenigstens einen gemeinsamen Zellensteg aufweisen.

Die aneinander angrenzenden Zellen sind zueinander versetzt angeordnet. Der jeweilige Strömungsweg der Gasblasen wird von einer Zelle zur nächsten Zelle umgelenkt. Der Strömungsweg der Gasblase kann abhängig von einer

Gasblasengröße vorgesehen sein. Ist die Gasblase kleiner oder gleich groß wie die Zellenöffnung, kann die Gasblase durch die Zellenöffnung von einer Zelle in die angrenzende weitere Zelle strömen. Die Gasblasen können somit abhängig von der Größe der Zellenöffnung über den jeweiligen Strömungsweg durch die

Materialstruktur geführt werden. Vorzugsweise bildet die Materialstruktur eine Gitterstruktur und/oder eine Wabenstruktur.

Hierbei entsteht vorteilhaft ein labyrinthartiger Verlauf des jeweiligen

Strömungsweges, wodurch die Verweilzeit der Gasblasen im Volumenkörper verlängert und somit die Wahrscheinlichkeit auf ein Zusammentreffen bzw. ein Verbinden mit weiteren Gasblasen zu größeren Gasblasen erhöht wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Zellen derart ausgebildet, dass sich Gasblasen, die größer als die einzelnen Zellenöffnungen sind, im Zellenraum zwischen den Zellenöffnungen ablagern. Gasblasen, die größer als die Zellenöffnungen sind, können in den Zellenräumen solange abgelagert sein, bis die vertikale Beschleunigungsenergie, insbesondere die Auftriebsgeschwindigkeit, kleiner als eine Durchströmgeschwindigkeit der

Flüssigkeit ist. Die Gasblasen können in den Zellenräumen freistehend gelagert sein. Alternativ können die Gasblasen an der Materialstruktur des Volumenkörpers anhaften. Aus einer mikroskopischen Sichtweise adsorbieren die Zellen der Materialstruktur die Gasblasen. Dies hat den Vorteil, dass große Gasblasen in den Zellenräumen der Zellen aufgenommen und somit aus der Flüssigkeit

abgeschieden werden. Aus einer makroskopischen Sichtweise werden somit die großen Gasblasen vom Abscheideelement absorbiert.

Vorzugsweise sind die Zellenöffnungen einer einzelnen Zelle unterschiedlich groß. Dadurch wird vorteilhaft bei einer Vielzahl von aneinander angrenzenden Zellen ein Siebeffekt erreicht. Die Zellenöffnungen einer einzelnen Zelle können auch gleich groß sein. Die Gasblasen können abhängig von der Gasblasengröße und der jeweiligen Größe der Zellenöffnungen von Zelle zu Zelle strömen. Die Gasblasen können dadurch abhängig von der Gasblasengröße in entsprechende Kontaktbereiche geführt werden, in denen sich die Gasblasen mit weiteren

Gasblasen verbinden. Die Gasblasen können stets einem Strömungsweg folgen, der ein Durchströmen der jeweiligen Gasblase durch eine der Zellenöffnungen der angrenzenden Zellen ermöglicht.

Weiter vorzugsweise weisen die Zellen eine unterschiedliche Zellengröße und/oder eine unterschiedliche Zellenform auf. Dadurch wird vorteilhaft eine Vielzahl von Strömungswegen ermöglicht, über die unterschiedlich große

Gasblasen zur Verbindung mit weiteren Gasblasen in entsprechende

Kontaktbereiche geführt werden. Ferner ergibt sich daraus ein labyrinthartiger, insbesondere dreidimensionaler, Verlauf der Strömungswege durch den

Volumenkörper, der eine Koaleszenz der einzelnen Gasblasen begünstigt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Volumenkörper aus einem Material gebildet, das zum verbesserten Anhaften von Gasblasen eine geringe spezifische Oberflächenenergie, insbesondere Oberflächenspannung, und/oder eine Mikrostruktur aufweist. Konkret können die einzelnen Zellenstege eine geringe Oberflächenspannung und/oder eine Mikrostruktur aufweisen.

Vorzugsweise ist die Mikrostruktur der Zellenstege durch eine Nanobeschichtung ausgebildet. Hierbei ist vorteilhaft, dass sehr kleine bzw. dispergierte Gasblasen beim Durchströmen an der Oberfläche der Materialstruktur des Volumenkörpers anhaften und somit abgeschieden werden. Die Mikrostruktur und die geringe Oberflächenspannung des Materials begünstigt die Anhaftung und somit die Anlagerung der Gasblasen in den einzelnen Zellen. Die einzelnen Zellenstege einer Zelle bilden jeweils einen Haftbereich, an dem die dispergierten Gasblasen anhaften. Durch die versetzte Anordnung der Zellen und somit der Zellenstege sind labyrinthartige Strömungswege der Gasblasen gebildet. Die Strömungswege sind im Volumenkörper dreidimensional umgelenkt. Dadurch wird die Verweilzeit der sehr kleinen Gasblasen im Volumenkörper verlängert, um an der Oberfläche der Materialstruktur bzw. der Zellenstege anzuhaften.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Volumenkörper aus einem Material gebildet, das eine geringe Kontaktfläche gegenüber Flüssigkeiten aufweist. Bei der Durchströmung des Volumenkörpers bzw. der einzelnen Zellen bleibt aufgrund der geringen Kontaktfläche des Volumenkörpermaterials die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bestehen (Lotus-Effekt). Eine Ablagerung der Flüssigkeit an der Materialstruktur wird dadurch vorteilhaft verhindert und ein Anhaften bzw.

Adsorbieren von Gasblasen, insbesondere von kleinen Gasblasen begünstigt.

Der Volumenkörper kann aus einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere PTFE gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass fluorhaltige Kunststoffe eine geringe spezifische Oberflächenenergie aufweisen und somit ein Anhaften bzw.

Adsorbieren von Gasblasen, insbesondere von kleinen Gasblasen verbessert.

Ferner kann der Volumenkörper durch ein dreidimensionales Kunststoffgewebe oder einen offenporigen Schaum, insbesondere Kunststoffschaum oder

Metallschaum, oder ein Sinter-3D-Druck-Matierial gebildet sein. Der

Volumenkörper ist hierbei vorteilhaft kostengünstig und einfach herstellbar.

Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit, insbesondere Hyd rauliköl, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Abscheideelement, die an einem

Filterelement und/oder einem Filtergehäuse, insbesondere einem

Filteraustrittsrohr, montierbar ist. Die Abscheideeinrichtung kann ferner ein Trägerelement umfassen, an dem das Abscheideelement vorgesehen ist. Das Abscheideelement kann an dem Trägerelement austauschbar vorgesehen sein.

Die Abscheideeinrichtung kann wenigstens einen Adapterteil zur lösbaren

Befestigung am Filterelement und/oder am Filtergehäuse umfassen. Das

Adapterteil kann am Trägerelement angeordnet sein. Die Abscheideeinrichtung ermöglicht vorteilhaft einen einfache und schnelle Montage bspw. an

bestehenden Filtervorrichtungen, Filterelementen und Filtergehäusen.

Im Rahmen der Erfindung wird ein Filterelement zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere Hyd rauliköl, offenbart und beansprucht, das wenigstens ein erfindungsgemäßes Abscheideelement aufweist. Das Filterelement umfasst eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite, wobei wenigstens eine Filterlage zum Filtern von in der Flüssigkeit befindlichen Feststoffen zwischen der Eintrittsseite und der Austrittsseite angeordnet ist. Das Abscheideelement ist auf der Austrittsseite vorgesehen, um in der Flüssigkeit befindliche Gasblasen abzuscheiden.

Vorzugsweise ist das Abscheideelement mit dem Filterelement als Einheit vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung wird ferner ein Filtergehäuse, insbesondere Filteraustrittsrohr, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Abscheideelement zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit, insbesondere Hyd rauli köl, offenbart und beansprucht.

Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere einen Rücklauffilter und/oder einen Saugfilter und/oder einen Rücklauf-Saugfilter, zum Reinigen von Flüssigkeiten. Besonders bevorzugt umfasst die Filtervorrichtung wenigstens ein Abscheideelement nach Anspruch 1 und/oder wenigstens eine Abscheideeinrichtung nach Anspruch 14 und/oder wenigstens ein Filterelement nach Anspruch 15 und/oder wenigstens ein

Filtergehäuse nach Anspruch 16. Bevorzugt kann die Filtervorrichtung in einem Tank-Filtersystem zum Einsatz kommen, um den Gasblasenanteil im Tank zu reduzieren. Die in der Flüssigkeit befindlichen Gasblasen werden dabei durch das Abscheideelement aus der Flüssigkeit abgeschieden. Die Filtervorrichtung hat den Vorteil, dass der Eintrag von Gasblasen in den Tank bzw. in die im Tank enthaltenen Flüssigkeit verringert wird.

Besonders in Verbindung mit dem sogenannten„Downsizing" von

Antriebsmotoren in Bezug auf eine Verbrauchsminimierung kommt es zu immer schnelleren Umlaufzeiten der Flüssigkeit bspw. zwischen dem Tank und dem Einsatz am Motor. Gleichzeitig sind hinsichtlich der Bauraumreduzierung immer geringer werdende Umlaufmengen gewünscht, so dass die sonst üblicherweise vorgesehene Bevorratungszeit der Flüssigkeit im Tank nicht mehr ausreicht, um eine entsprechende Abscheidung von Gasblasen gewährleisten zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ist das Abscheideelement zwischen dem Filterelement und dem Filtergehäuse angeordnet, das mehrere Austrittsöffnungen aufweist, durch die im Betrieb die Flüssigkeit aus dem Filtergehäuse ausströmt.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abscheiden von Gasblasen aus einer Flüssigkeit ist ein Abscheideelement vorgesehen, durch das eine Flüssigkeit mit in der Flüssigkeit befindlichen Gasblasen strömt. Das Abscheideelement umfasst einen Volumenkörper mit einer offenporigen Materialstruktur, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die zueinander versetzt angeordnet sind derart, dass eine Vielzahl von Strömungswegen zur Führung von Gasblasen durch die Materialstruktur labyrinthartig verlaufen. Die Materialstruktur umfasst wenigstens einen Kontaktbereich, in dem sich wenigstens zwei der Strömungswege zumindest abschnittsweise aneinander annähern, sodass im Betrieb die auf den

Strömungswegen geführten Gasblasen kontaktiert werden und zu einer größeren Gasblase verbunden werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Kontaktieren eine Oberflächengrenzschicht der Gasblasen zerstört, sodass sich die Gasblasen zu einer größeren Gasblase verbinden, um eine Auftriebskraft der Gasblasen in der Flüssigkeit zu erhöhen. Eine derartige Verbindung der Gasblasen zu einer größeren Gasblase wird als Koaleszenz bezeichnet.

Zu den Vorteilen des Verfahrens wird auf die im Zusammenhang mit dem

Abscheideelement erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf die Abscheideeinrichtung, das Filterelement, das Filtergehäuse sowie die Filtervorrichtung genannte Merkmale aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Abscheideelement, das erfindungsgemäße Filterelement, das erfindungsgemäße Filtergehäuse und die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ausgestaltet sein können.

In diesen zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Abscheideelements nach einem

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, bei der Abscheidung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Gasblasen unterschiedlicher Größe;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Abscheideelements gemäß Fig. 1, bei der

Abscheidung von Gasblasen mittlerer Größe;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des Abscheideelements gemäß Fig. 1, bei der

Abscheidung von großen Gasblasen; Fig. 4 eine Prinzipdarstellung des Abscheideelements gemäß Fig. 1, bei der

Abscheidung von dispergierten, insbesondere sehr kleinen

Gasblasen;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung nach einem

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Filterelements einer

Filtervorrichtung nach Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Filterelements nach einem

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Filterelements nach einem

weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung nach einem

weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung nach einem

weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Abscheideelements 10 nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, bei der Abscheidung von in einer Flüssigkeit befindlichen Gasblasen unterschiedlicher Größe. Das Abscheideelement 10 dient zur Abscheidung von Gasblasen aus Flüssigkeiten, wie beispielsweise Hyd rauliköl, Schmieröl, Motoröl oder dergleichen. In der nachfolgenden

Beschreibung werden die Flüssigkeiten im Allgemeinen als Öl und die Gasblasen als Luftblasen bezeichnet.

Das Abscheideelement 10 kommt häufig in Kombination mit Filtervorrichtungen zum Einsatz, die mit einem Tank ein Tank-Filtersystem bilden. Derartige

Filtervorrichtungen sind in den Fig. 5 und 7 bis 10 gezeigt, auf die später näher eingegangen wird.

Gemäß Fig. 1 ist eine annähernd reale Luftblasenverteilung in einem Tank- Filtersystem der vorstehend genannten Art gezeigt. Die Abscheidung der Luftblasen aus dem Öl erfolgt herkömmlicherweise beim Eintritt des Öls in den Tank. Das Abscheideelement 10 kann teilweise oder vollständig im vorrätigen Öl des Tanks angeordnet sein.

Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, befinden sich in einem unteren Bereich 33 des Tanks kleine Luftblasen 29, in einem mittleren Bereich 34 mittelgroße Luftblasen 11 und in einem oberen Bereich 35 große Luftblasen 28. Diese Verteilung der Luftblasen 11, 28, 29 ergibt sich daraus, dass die kleinen Luftblasen 29 eine geringe

Auftriebskraft im Öl aufweisen und große Luftblasen eine große Auftriebskraft. Mittelgroße Luftblasen 11 sammeln sich daher in einer Zwischenlage zwischen den kleinen und den großen Luftblasen an.

Wie in den Fig. 1 bis 4 schematisch gezeigt, ist das Abscheideelement 10 durch einen Volumenkörper 12 mit einer offenporigen Materialstruktur 13 gebildet. Die Materialstruktur 13 weist eine Vielzahl von Zellen 14 auf, die zueinander versetzt angeordnet sind. Die Zellen 14 sind derart zueinander versetzt, dass eine Vielzahl von Strömungswegen 15 zur Führung der Luftblasen 11, 28, 29 durch die

Materialstruktur 13 labyrinthartig verlaufen. Die Strömungswege 15 verlaufen dreidimensional umgelenkt durch die Materialstruktur 13. Der labyrinthartige Verlauf mehrere Strömungswege 15 ist beispielsweise im mittleren Bereich 34 gemäß Fig. 1 sowie in den Fig. 2 bis 4 schematisch gezeigt.

Im Betrieb strömt das Öl an einer Eintrittsseite 31 des Abscheideelements 10 in den Volumenkörper 12 ein und tritt auf einer Austrittsseite 32 aus dem

Volumenkörper 12 wieder aus. Die im Öl befindlichen Luftblasen 11, 28, 29 werden entlang der Strömungswege 15 im Volumenkörper 12 geführt. In Fig. 1 sind beispielhaft vier der Strömungswege 15 schematisch dargestellt.

Die Strömungswege 15 verlaufen abhängig von einer Zellengröße der aneinander angrenzenden Zellen 14 durch die Materialstruktur 13. Die Zellengröße der Zellen 14 kann sich entlang des jeweiligen Strömungsweges 15 kontinuierlich ändern. Es ist denkbar, dass sich die Zellengröße der Zellen 14 entlang des jeweiligen Strömungsweges 15 kontinuierlich vergrößert. Mit anderen Worten kann der jeweilige Strömungsweg 15 von einer kleinen Zelle 14 ausgehend durch immer größere Zellen 14 labyrinthartig verlaufen. Die Zellen 14 umfassen jeweils einen Zellenraum 17 mit mehreren

Zellenöffnungen 18. Die aneinander angrenzenden Zellen 14 sind durch die Zellenöffnungen 18 miteinander verbunden. Der labyrinthartige Verlauf der Strömungswege 15 kann in Abhängigkeit der Größe der Zellenöffnungen 18 und der jeweiligen Größe der Luftblasen 11, 28, 29 ausgebildet sein. Mit anderen Worten können im Betrieb die Luftblasen 11, 28, 29 entlang eines

entsprechenden Strömungsweges 15 in Abhängigkeit von der Größe der

Zellenöffnungen 18 und der Größe der Luftblasen 11, 28, 29 strömen. Ist bspw. eine Luftblase 11, 29 kleiner oder gleich groß wie die Zellenöffnung 18, kann die Luftblase 11, 29 durch die Zellenöffnung 18 von einer Zelle 14 in die angrenzende weitere Zelle 14 strömen.

Die Zellenöffnungen 18 einer einzelnen Zelle 14 können unterschiedlich groß sein. Es ist auch denkbar, dass Zellenöffnungen 18 einer einzelnen Zelle 14 eine gleiche Größe aufweisen. Generell weisen die Zellen 14 eine unterschiedliche Zellengröße auf. Die Zellen 14 können eine unterschiedliche Zellenform

aufweisen. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, ist die Materialstruktur 13 wabenförmig aufgebaut.

Gemäß den Fig. 2 bis 4 ist die Materialstruktur 13 in schematischer Darstellung gitterförmig aufgebaut. Es ist erkennbar, dass die Zellen 14 der Materialstruktur 13 zueinander versetzt sind. Die Zellen 14 können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen zueinander versetzt sein. Beim Durchströmen des Volumenkörpers 12 werden somit die Luftblasen 11, 28, 29 umgelenkt durch die Materialstruktur 13 geführt. Mit anderen Worten strömen die Luftblasen 11, 28,

29 labyrinthartig durch den Volumenkörper 12.

Die Materialstruktur 13 weist mehrere Kontaktbereiche 16 auf, in denen sich die Strömungswege 15 abschnittsweise aneinander annähern. Die Kontaktbereiche 16 sind in der Materialstruktur 13 verteilt angeordnet. Die Kontaktbereiche 16 können gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt angeordnet sein. Beim

Durchströmen des Abscheideelements 10 treffen die auf den Strömungswegen 15 geführten Luftblasen 11, 29 aufeinander, wobei sich diese zu einer größeren Luftblase 1 verbinden. Es ist auch denkbar, dass die Luftblasen 11 aufgrund von zeitlich unterscheidendem Auftreten durch den Volumenkörper 12 geführt werden, ohne dass die Luftblasen 11 auf weitere Luftblasen treffen. Das Abscheideelement 10 kombiniert drei unterschiedliche Arten der Luftblasenabscheidung aus dem Öl, die anhand der Fig. 2 bis 4 nachfolgend näher erläutert werden.

In Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung des Abscheideelements 10 gezeigt. Die Materialstruktur 13 ist derart aufgebaut, dass die Zellen 14 zueinander versetzt angeordnet sind. Hierbei stellen die schwarz ausgefüllten Quadrate jeweils einen Zellensteg 36 im Querschnitt schematisch dar, die dazwischen ausgebildete Zellenöffnungen 18 begrenzen. Ferner sind eine Vielzahl von Zellen 14 bzw.

Zellenräumen 17 vorgesehen, die von den Zellenstegen 36 begrenzt sind. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Zellenöffnungen 18 teilweise unterschiedlich groß ausgebildet.

Gemäß Fig. 2 ist ein Abscheidevorgang von Luftblasen 11 gezeigt, die eine mittlere Blasengröße aufweisen. Die mittelgroßen Luftblasen 11 sind kleiner als der Zellenraum 17 der Zellen 14 und/oder die Zellenöffnungen 18 ausgebildet. Im Betrieb strömen das Öl und die im Öl enthaltenen Luftblasen 11 auf der

Eintrittsseite 31 mit einer Eintrittsgeschwindigkeit VI in den Volumenkörper 12 ein. Abhängig von der jeweiligen Blasengröße können die mittelgroßen Luftblasen 11 entlang eines oder mehrerer entsprechender Strömungswege 15 labyrinthartig durch den Volumenkörper 12 strömen. Die Strömungswege 15 sind durch die versetzte Anordnung der Zellenstege 36 bzw. der Zellenräume 17 labyrinthartig im Volumenkörper 12 ausgebildet. Mit anderen Worten weisen die

Strömungswege 15 eine Vielzahl von Richtungsänderungen, insbesondere

Umlenkungen auf. Dadurch wird ein Labyrinth-Effekt erzielt. Die einzelnen

Strömungswege 15 der Luftblasen 11 sind in mehreren, insbesondere wenigstens zwei, Kontaktbereichen 16 abschnittsweise zusammengeführt.

In Fig. 2 sowie den Fig. 3 und 4 sind zur besseren Darstellung lediglich zwei Kontaktbereiche 16 der Strömungswege 15 gezeigt. In den Kontaktbereichen 16 treffen die einzelnen Luftblasen 11 der verschiedenen Strömungswege 15 aufeinander, wodurch eine Oberflächengrenzschicht der mittelgroßen Luftblasen 11 zerstört wird. In dem jeweiligen Kontaktbereich 16 verbinden sich die einzelnen Luftblasen 11 durch Aufeinanderprallen zu einer größeren Luftblase 1 . Mit anderen Worten koalieren die einzelnen Luftblasen 11 zu der größeren

Luftblase 1 . Dieser Vorgang wird generell als Koaleszenz bezeichnet. Die größere Luftblase 1 strömt anschließend entlang eines angepassten Strömungsweges 15 weiter durch den Volumenkörper 12. Der angepasste

Strömungsweg 15 kann sich in weiterer Folge an einen und/oder mehrere weitere Strömungswege 15 annähern, sodass sich die größere Luftblase 1 mit weiteren Luftblasen 11, 1 zu einer noch größeren Luftblase verbindet. Weist eine vergrößerte Luftblase 1 eine Größe auf, die größer ist als die Größe der

Zellenöffnungen 18, wird diese im Zellenraum 17 zwischen den Zellenöffnungen 18 abgelagert. Mit anderen Worten sind vergrößerte Luftblasen 1 , die größer sind als die Zellenöffnungen 18 im entsprechenden Zellenraum 17 eingeschlossen.

Die vergrößerten Luftblasen 1 treten auf der Austrittsseite 32 des

Abscheideelements 10 aus dem Volumenkörper 12 aus. Durch die Koaleszenz der mittelgroßen Luftblasen 11 zu größeren Luftblasen 1 weisen diese eine erhöhte vertikale Aufstiegsenergie, insbesondere Aufstiegsgeschwindigkeit, auf. Dies wird im Allgemeinen als Auftrieb bezeichnet. Durch das vergrößerte Volumen der Luftblasen 1 steigen diese somit schneller im Öl auf, wodurch ein Ausgasen des im Öl enthaltenen Luftanteils verbessert wird.

An der Austrittsseite 32 weist das Öl und die im Öl enthaltenen Luftblasen 1 eine Austrittsgeschwindigkeit V2 auf, die kleiner ist als die

Eintrittsgeschwindigkeit VI. Durch das Abscheideelement 10 wird die Strömung des Öls homogenisiert, sodass ein vergrößerter Austrittsbereich 37 gebildet wird. Durch die homogenisierte Strömung sowie die verringerte

Austrittsgeschwindigkeit V2 auf der Austrittsseite 32 wird ein schneller Aufstieg der vergrößerten Luftblasen 1 begünstigt.

In Fig. 3 ist eine Prinzipdarstellung des Abscheideelements 10 gezeigt, wobei große Luftblasen 28 aus dem Öl abgeschieden werden. Die großen Luftblasen 28 sind größer als die Zellenöffnungen 18 der Zellen 14 ausgebildet. Im Betrieb strömen das Öl und die im Öl enthaltenen großen Luftblasen 28 auf der

Eintrittsseite 31 in den Volumenkörper 12 ein. Da die Zellenöffnungen 18 kleiner sind als die großen Luftblasen 18 können diese durch die Zellenöffnungen 18 nicht hindurch strömen. Mit anderen Worten sind die Zellenöffnungen 18 derart ausgebildet, dass die großen Luftblasen 28 an oder in den Zellenöffnungen 18 stecken bleiben. Die großen Luftblasen 28 lagern sich im Zellenraum 17 zwischen den Zellenöffnungen 18 ab. Die großen Luftblasen 28 lagern sich solange an, bis eine vertikale Beschleunigungsenergie, insbesondere eine

Auftriebsgeschwindigkeit, kleiner ist als eine Durchströmgeschwindigkeit des Öls. Ist der Auftrieb der großen Luftblasen 28 kleiner als die

Durchströmgeschwindigkeit, treten die großen Luftblasen 28 aus dem

Volumenkörper 12 aus und steigen durch ihr großes Auftriebsvolumen im Öl schnell auf.

In Fig. 4 ist eine Prinzipdarstellung des Abscheideelements 10 gezeigt, wobei dispergierte, insbesondere sehr kleine, Luftblasen 28 aus dem Öl abgeschieden werden. Die kleinen Luftblasen 29 sind kleiner als die Zellenöffnungen 18 der Zellen 14 ausgebildet. Im Betrieb strömen das Öl und die im Öl enthaltenen kleinen Luftblasen 29 auf der Eintrittsseite 31 ein. Da die fein dispergierten Luftblasen 29 eine sehr hohe spezifische, insbesondere innere,

Oberflächenenergie, insbesondere hohe Oberflächenspannung, aufweisen, sind diese durch alleiniges Aneinanderprallen der kleinen Luftblasen 29 nicht miteinander verbindbar. Um die kleinen Luftblasen 12 dennoch vom Öl

abzuscheiden, ist der Volumenkörper 12 bzw. die Materialstruktur 13 aus einem Material gebildet, das zum verbesserten Anhaften der kleinen Luftblasen 29 eine geringe spezifische Oberflächenenergie, insbesondere Oberflächenspannung aufweist. Vorzugsweise weist das Material des Volumenkörpers 12 eine geringere Oberflächenspannung als das durchströmende Öl auf. Der Volumenkörper 12 bzw. die Materialstruktur 13 kann aus einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere PTFE gebildet sein. Ferner kann der Volumenkörper 12 durch ein

dreidimensionales Kunststoffgewebe oder einen offenporigen Kunststoffschaum oder einen offenporigen Metallschaum oder ein Sinter-3D-Druck-Material gebildet sein.

Zusätzlich oder alternativ weist das Material des Volumenkörpers 12 eine

Mikrostruktur 19 zum besseren Anhaften der kleinen Luftblasen 29 auf. Konkret weisen die einzelnen Zellenstege 36 die geringe Oberflächenspannung und/oder die Mikrostruktur 19 auf. Die Mikrostruktur 19 kann durch eine Nanobeschichtung gebildet sein. Die einzelnen Zellenstege 36 einer Zelle 14 bilden jeweils einen Haftbereich, an dem die kleinen Luftblasen 29 anhaften. Aus der mikroskopischen Sichtweise adsorbieren die einzelnen Zellenstege 36 bzw. die Zellen 14 die kleinen Luftblasen 29. Es ist auch denkbar, dass die mittelgroßen Luftblasen 11 und/oder die vergrößerten Luftblasen 1 an den Zellenstegen 36 anhaften.

Die kleinen Luftblasen 29 strömen entlang eines oder mehrerer Strömungswege 15 labyrinthartig durch den Volumenkörper 12. Die Strömungswege 15 sind, wie in Fig. 2 beschrieben, im Volumenkörper 12 ausgebildet. Durch die versetzte Anordnung der Zellen 14 bzw. der Zellenstege 36 wird die Verweilzeit der kleinen Luftblasen 29 im Volumenkörper 12 verlängert, um auf der Oberfläche der Materialstruktur 13 bzw. der Zellenstege 36 anzuhaften. Die kleinen Luftblasen 29 sammeln sich an den Zellenstegen 36 an. Aus der makroskopischen Sichtweise werden die kleinen Luftblasen 29 vom Volumenkörper 12 bzw. vom

Abscheideelement 10 absorbiert und somit aus dem Öl abgeschieden.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung 30, die einen Filterkopf 38, ein Filtergehäuse 22 und ein Abscheideelement 10 gemäß den Fig.

1 bis 4 umfasst. Ferner weist die Filtervorrichtung 30 ein Filterelement 21 gemäß Fig. 6 auf, das durch das Filtergehäuse 22 verdeckt ist. Das Filtergehäuse 22 und das Abscheideelement 10 sind zylinderförmig ausgebildet. Das Filtergehäuse 22 ist am Filterkopf 38 angeordnet. Ferner ist das Abscheideelement 10 am

Filtergehäuse 22 angeordnet.

Die Filtervorrichtung 30 weist eine Eintrittsseite 24 auf, wobei im Betrieb das Öl durch eine Eintrittsöffnung 39 in den Filterkopf 38 einströmt. Die

Strömungsrichtung des Öls ist durch die eingezeichneten Pfeile dargestellt. Des Weiteren weist die Filtervorrichtung 30 eine Austrittsseite 25 auf, an der das Abscheideelement 10 angeordnet ist. Auf der Austrittsseite 25 strömt in Betrieb das Öl beispielsweise in einen Vorratstank, insbesondere einen Hydrauliktank. Konkret ist das Abscheideelement 10 mit dem Filtergehäuse 22 verbunden. Das Filtergehäuse 22 bildet ein Filteraustrittsrohr 23. Gemäß Fig. 5 sind das

Filtergehäuse 22 und das Abscheideelement 10 als Einheit vorgesehen. Das Abscheideelement 10 kann Teil einer Abscheideeinrichtung sein, die lösbar mit dem Filtergehäuse 22 verbunden ist.

Fig. 6 zeigt ein Filterelement 21, das in das Filtergehäuse 22 der Filtervorrichtung 30 gemäß Fig. 5 eingesetzt angeordnet ist. Das Filterelement 21 ist austauschbar ausgebildet. Wie in Fig. 6 ersichtlich ist, wird das Filterelement 21 im Betrieb durch das Öl von innen nach außen durchströmt. Gemäß Fig. 5 ist zwischen dem Filterelement 21 und dem Filtergehäuse 22 ein nicht dargestellter Ringraum ausgebildet, in dem das Öl zum Abscheideelement 10 strömt. Im Öl

eingeschlossenen Luftblasen 11, 28, 29 werden im Abscheideelement 10 aus dem Öl abgeschieden. Das Öl wird somit durch das Abscheideelement 10 gereinigt. In Fig. 7 ist ein Filterelement 21 nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei im Betrieb das Filterelement 21 von außen nach innen durchströmt wird. Am Filterelement 21 ist ein Abscheideelement 10 gemäß Fig. 1 bis 4 vorgesehen. Das Abscheideelement 10 ist am Filterelement 21 in Längsrichtung abströmseitig angeordnet. Das Abscheideelement 10 ist zylinderförmig ausgebildet. Das Abscheideelement 10 kann Teil einer

Abscheideeinrichtung sein, die lösbar mit dem Filterelement 21 verbunden ist. Im eingebauten Zustand des Filterelement 21 ist das Abscheideelement 10 vollständig im Öl angeordnet. Dies ist am eingezeichneten Flüssigkeitsniveau 41 erkennbar. Es ist auch denkbar, dass das Abscheideelement 10 im eingebauten Zustand des Filterelement 21 teilweise im Öl angeordnet ist. Dies gilt ebenso für die Abscheideelemente 10 gemäß den Fig. 8 bis 10.

Bei einem Filterelement 21 gemäß Fig. 8 ist ein Abscheideelement 10 gemäß den Fig. 1 bis 4 vorgesehen, das seitlich am Filterelement 21 abströmseitig

angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Abscheideelement 10 am

Filterelement 21 quer zur Längsrichtung des Filterelements 21 radial außen angeordnet. Wie durch die eingezeichneten Pfeile erkennbar ist, wird das

Filterelement 21 im Betrieb von innen nach außen durchströmt.

Das Filterelement 21 ist beispielsweise in einer Filtervorrichtung 30 gemäß Fig. 9 angeordnet. Konkret ist in Fig. 9 das Filterelement 21 gemäß Fig. 8 derart angeordnet, dass das Abscheideelement 10 radial zwischen einer Innenwand des Filtergehäuse 22 und einer radialen Außenseite des Filterelement 21 angeordnet ist. Das Filtergehäuse 22 der Filtervorrichtung 30 weist mehrere

Austrittsöffnungen 26 auf, durch die im Betrieb das Öl aus dem Filtergehäuse 20 ausströmt. Die Austrittsöffnungen 26 sind am Filtergehäuse 22 radial umlaufend gleichmäßig verteilt ausgebildet. Die Austrittsöffnungen 26 sind kreisförmig ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass die Austrittsöffnungen 26 schlitzförmig ausgebildet sind oder eine andere Form aufweisen.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung 30 nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Wie bei den

Filtervorrichtungen 30 gemäß der Fig. 5 und 9 weist die Filtervorrichtung 30 gemäß Fig. 10 ein eingesetztes Filterelement 21 und ein Abscheideelement 10 gemäß den Fig. 1 bis 4 auf. Bei der Filtervorrichtung 30 gemäß Fig. 10 ist das Abscheideelement 10 in einem unteren Bereich des Filtergehäuse 22 angeordnet. Mit anderen Worten das Abscheideelement 10 im Filtergehäuse 20 angeordnet. Das Abscheideelement 10 ist zwischen der Innenwand des Filtergehäuse 22 und dem Außenmantel des Filterelements 21 vorgesehen. Im Betrieb wird das Filterelement 21 durch das Öl von innen nach außen durchströmt, wobei das Öl durch das Filtergehäuse 22 seitlich ausströmt.

Bezuaszeichenliste

10 Abscheideelement

11, 11' Gasblase

12 Volumenkörper

13 offenporige Materialstruktur

14 Zellen

15 Strömungsweg

16 Kontaktbereich

17 Zellenraum

18 Zellenöffnung

19 Mikrostruktur

20 Abscheideeinrichtung

21 Filterelement

22 Filtergehäuse

23 Filteraustrittsrohr

24 Eintrittsseite

25 Austrittsseite

26 Austrittsöffnungen

27 Auftriebskraft

28 große Gasblase

29 kleine Gasblase

30 Filtervorrichtung

31 Eintrittsseite

32 Austrittsseite

33 unterer Bereich

34 mittlerer Bereich

35 oberer Bereich

36 Zellensteg

37 Austrittsbereich

38 Filterkopf

39 Eintrittsöffnung

41 Flüssigkeitsniveau

VI Eintrittsgeschwindigkeit

V2 Austrittsgeschwindigkeit