CN113825552A - 用于过滤单元的过滤元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于过滤流体的过滤单元(30)的过滤元件(1)，其中为了相对于流体可渗透，所述过滤元件(1)由至少一个结构体(6、7)和支撑体(5)组成，并且具有大量网眼/孔(17)。所述结构体(6、7)和所述支撑体(5)各自借助于3D打印工艺生产，其中所述结构体(6、7)具有重复的三维互连晶格结构(15)，并且所述支撑体(5)具有单元结构(10)。所述晶格结构(15)的所述网眼/孔(17)由内部交联且刚性连接的杆元件(16)形成。由所述过滤元件(1)解决的问题是使用3D打印工艺提供具有良好过滤效果和良好深负载能力的新的最佳和鲁棒的过滤结构。本发明用于过滤技术模块化单元/机器单元或电机中的流体。

Description

用于过滤单元的过滤元件

技术领域

本发明涉及一种用于过滤流体的过滤单元的过滤元件。

背景技术

过滤元件用在用于从液体中过滤出固体颗粒的对应过滤单元中，所述过滤元件具有带有用于颗粒过滤的过滤材料的过滤体。这些过滤材料具有由合适材料制成的过滤结构。例如，使用由机织织物和/或纤维素材料制成的过滤结构，由于材料原因，其过滤性能有限，并且只能在有限的程度上制成复杂的形状。这种类型的过滤元件具有预定且不可改变的过滤特性，这仅允许在有限的程度上优化待过滤的流体。

从DE 43 44 805 C2已知一种用于吸附过滤的过滤材料，所述过滤材料具有由颗粒组成的过滤结构，所述过滤结构由复合纤维的纤维三维框架形成。除了结构部件之外，这些复合纤维还具有熔点比结构部件低大约20℃的第一部件，使得在对应的热处理的情况下，第一部件可以熔化，并因此交叉或接触的结构部件可以彼此连接。

从DE 20 2017 104 240 U1已知用于过滤熔融金属的陶瓷过滤元件。过滤元件具有用于过滤熔融金属的3D打印的均匀平坦结构体和3D打印的均匀支撑体，所述支撑体以封闭的方式周向包围结构体并因此实际上形成用于保持结构体的保持架。

纤维三维框架由各种尺寸特别是不同的纤维厚度的结构纤维组成，所述结构纤维都具有前面提到的另一个第一部件的性质，并且通过提到的热处理彼此连接。因此，复合纤维的纤维三维框架由不同尺寸的结构纤维组成，这些纤维或多或少地相对于彼此自由排列并连接，但不具有任何均匀的重复结构。这里，较厚的结构纤维对过滤结构起一种支撑效应，其中较薄的结构纤维具有实际重要的过滤功能。在这种情况下，较厚和较薄的结构纤维可能由相同的材料组成。为了生产这种过滤结构，较细的结构纤维例如通过水刺缠结或空气缠结被分散到由较粗的结构纤维制成的框架中。可替代地，较细的机织织物可以由热塑性结构纤维形成，以便随后将机织织物与更粗的结构纤维结合，以实现过滤器的稳定性。

此外，由连接的结构纤维产生空腔，用于实现吸附效应的功能颗粒被捕获在所述空腔中，并且所述空腔本身由热塑性复合纤维和第二低熔点部件形成。因此，在结构纤维的热连接过程中，由于不同熔化的部件，在空腔中不仅产生结构纤维的不规则和自由连接，而且还产生功能沉积物。类似于长链分子，类似于无机织织物，以这种方式生产非常粗糙的纤维框架。为了实现特定效应，结构纤维可以由卷曲纤维组成，其可以以类似于前述方法进行加工。这种纤维结构可以具有较高的密度，但也具有较高的内部可移动性，并因此影响框架的可变形性。在热处理过程中产生的功能性颗粒可以例如由活性炭组成，其中也可以产生并嵌入其他功能性颗粒，例如像二氧化硅、沸石粘土、氧化铝等。

WO 2015/069619 A1描述了一种打印具有嵌入式脉管系统的组织构建体的方法。这里，借助于3D打印方法生产的组织构建体包括一个或多个组织图案，其中每个组织图案包括一种或多种预定单元类型的多个单元。血管通道的网络穿透一个或其他组织图案，其中这些通道可以被引入到在那里使用的细丝中，即使在打印的生产方法过程中亦是如此。

单元外基质成分至少部分地包围一个或多个组织图案和血管通道网络。在这里使用的3D打印方法中，关于材料，可以使用相同的以及不同的细丝，其中当使用特殊喷嘴时，可以在3D打印过程中混合这些细丝。另外，这里可以添加填充材料，诸如硬化剂、粘合剂等。在某种程度上，特定的填充材料已经作为均匀的混合物或者作为细丝内的持续可用的混合物被引入并存储。

发明内容

本发明涉及提供用于颗粒过滤的过滤元件的改进实施例的问题，所述过滤元件由于高鲁棒性和高过滤效果并且由于令人满意的稳定性的高深度负载能力而特别突出。

根据本发明，该问题借助于独立权利要求的主题解决。有利的设计是从属权利要求的主题。

根据本发明，为此使用通过三维互连的晶格结构的过滤结构，其优选地完全通过3D打印方法生产。在这种3D打印方法中，熔化细丝并且通过喷嘴将细丝分层施加到支撑件上或沿着支撑件物堆积，其中打印的过滤元件可以由各种细丝和各种细丝材料组成。这里，细丝例如可以是具有特定添加剂的线状环状材料，其中代替线状细丝，粉末、颗粒或液体材料也可以用于打印喷嘴中的处理。这种3D打印方法还可以为过滤元件产生复杂的形状，其中底切形状以及其他形状也是可能的。同样，此过滤元件可以具有彼此接合的非常复杂的形状，这意味着最大地使用过滤元件的可用安装空间。

此外，过滤单元的设计因此可以在最佳地利用过滤单元可用的安装空间的情况下进行，并且能够实现迄今为止无法生产的过滤单元的几何设计。

根据本发明，支撑体借助于这种3D打印方法打印成支撑件或支撑框架，其支撑一个或多个结构体，所述结构体用作实际的过滤器，并因此赋予整个过滤元件尺寸稳定性。至少一个结构体可以在此支撑体的外侧和内侧接触所述支撑体，其中与支撑体相比，结构体可以被设计成细丝状并且尺寸不太稳定，由于与支撑体的接触，所述结构体在其位置和形状方面由支撑体保持稳定。

这里，结构体和支撑体可以方便地均由一件粘结地生产，其中由单独部分制成用于以后的构建的设计也是可能的。这里，结构体具有三维互连的晶格结构，其由规则重复排列的杆元件组成。在这种情况下，杆元件以预定的三维角度布置，使得产生晶格结构，并且同样地形成三维重复的净空间，即所谓的网眼/孔。这些网眼/孔可以具有专门用于过滤液体流体的0.05mm-15mm，特别是0.1mmm-10mm的边缘长度，其中实际的边缘长度以及因此确定的网眼和孔的尺寸最佳地适合于待过滤的流体。这里，流体的通流率和从进入过滤元件的流体到流出的流体的合成压差具有特定的值，使得过滤效果最大化，并且通流流体的可能加热保持较低。在过滤气态流体的过程中，网眼/孔的边缘长度优选地设计为处于0.1mm-40mm，特别是4mm-20mm的范围内。由于选择了适合于待过滤流体的网眼和孔尺寸，借助于3D打印方法生产的过滤元件可以具有与目前常用的过滤插件相比加倍的过滤面积。

在3D打印结构体的过程中使用的细丝可以包含填充材料，诸如稳定剂、粘合剂或者在产生晶格结构过程中嵌入细丝中的催化活性材料。在这些特殊嵌入的材料中，在杆元件的打印过程中，催化活性材料可以例如沉积使得催化活性材料聚集在网眼/孔的净空间中，并且能够在与待过滤的流体接触时执行它们的特定催化功能。当然，其他合适的方法，例如像熔化某些材料或其他可能用于将这些材料引入网眼/孔中。

这里，待过滤的流体常常表现出聚结效应(疏水/疏油)，其中待沉淀/过滤掉的流体部分和/或颗粒作为污染物部分聚集在一起，并成形为较大的颗粒/液滴，然后通过过滤元件的实际过滤效果沉淀出来。

特别有利的是一个实施例，其中各个结构体和支撑体由各种材料和/或各种材料成分3D打印而成。因此，材料可以适于两个部件的不同功能，以便提高相应的功能。

各个结构体和支撑体均可以方便地由塑料和/或塑料材料3D打印而成。在这种情况下可以实现特别精细的结构。另外，过滤元件因此相对便宜。

一个实施例是有利的，其中支撑体的结构具有单元结构或由此形成，其中此单元结构具有由单元形成的通道。换句话说，单元被构造为开放的或可渗透的。另外，可以很好地规定各个结构体的网眼/孔小于支撑体的单元或通道。因此，结构体和支撑体的功能得到改善。较小的网眼/孔改善了过滤效果。较大的单元增加了稳定性，特别是如果伴随着所涉及的晶格杆厚度的增加。因此，可以特别规定，用于构建单元结构的单元杆具有比用于构建晶格结构的晶格杆大的横截面。

根据进一步的方案，支撑体的单元或通道比各个结构体的网眼/孔大至少两倍或五倍或十倍。另外或可替换地，单元结构的单元杆可以具有比晶格结构的晶格杆大两倍或五倍或十倍的横横截面。因此，结构体和支撑体的功能可以得到改善。

特别有利的是一个实施例，其中支撑体的结构具有单元结构，所述单元结构具有由单元形成的通道，其中晶格结构的晶格杆的一部分穿入或穿过单元结构的通道。因此，晶格结构和单元结构的元件相互作用。一方面，这使得设计非常紧凑，因为结构体和支撑体或多或少地彼此穿透。另一方面，因此可以实现结构体在支撑体上的一定固定，这改善了其支撑效果。

根据进一步的方案，可以规定晶格结构的晶格杆的一部分穿入或穿过单元结构的通道，使得晶格结构形状配合(formschlüssig)地固定在单元结构上。在这种情况下，可以特别规定晶格杆不接触或仅松散地接触单元结构。因此，晶格杆保持相对于单元结构可移动。可替代地，根据打印方法，在接触点也可以存在材料结合的连接，特别是熔接。由于形状配合，各个结构体可以容易地由支撑体稳定。

如前所述，具有晶格结构的同轴同心布置的结构体可以例如用在支撑体的外部和/或内部。为了增加结构体的尺寸稳定性，在3D打印方法过程中，这些结构体可以通过包含在细丝中的粘合剂或另外供应的粘合剂连接到支撑体并连接到其他结构体。另外，3D打印方法提供了将连接杆元件相对于彼此放置在支撑体与结构体之间或各个结构体之间的可能性，使得这些杆元件至少在一定程度上穿透所述结构体。因此，实现了特别高的强度和主体彼此之间的连接。这些连接杆元件可以由与结构体或支撑体相同的材料组成，其中为了增加强度，连接杆元件优选地由强度更高的合适材料组成。另外，这些连接杆元件可以具有不同于结构体的晶格结构的用于结构体的形状、厚度和/或几何连接结构。因此，一个或多个结构体可以布置在支撑体的外部区域，其中连接杆元件在结构体内部和结构体的外部区域上行进。

根据本发明的另一个实施例可以在于三维互连的晶格结构，所述晶格结构具有不同尺寸的晶格结构的突变或连续过渡，并因此渗透性和过滤功能可以改变或修改。这例如作为流函数和/或待过滤颗粒尺寸的分布的函数而发生，这导致过滤元件的效率相当大地增加。在行为发生相同变化的情况下，互连的晶格结构的材料也会发生突变和/或连续变化。这些先前描述的变化的可能性不仅涉及结构体的晶格结构和材料的特定分布，而且还可以在相邻结构体的情况下发生，使得围绕支撑体布置的多个外部和/或内部结构体可以具有晶格结构和材料的多种变化。所有这些变化当然可以以连续流动的方式或者分段突然地发生。

对于所有这些变化，同样可能的是，在例如基本平行或同轴同心布置的相邻结构体的情况下，具有改变的晶格结构和/或材料的流体连接过渡相对于其接触区域发生。因此，例如，布置在外部的结构体的内部区域与布置在内部的结构体的外部区域直接接触。两个结构体的前述连接可以发生在这个区域。类似地，对于布置在支撑体的内部区域中的结构体也是如此。另外，包括前述变化的内部和外部结构体可以与支撑体一起实现为一体部件。

支撑体承担整个过滤元件的支撑功能，并因此设计得特别稳定。为此，在支撑体的3D打印方法过程中，可以使用强度更高的细丝。此外，通过更强尺寸的几何设计特别是通过单元结构支撑体的尺寸和形状适于这种支撑功能。因此，根据本发明，在支撑体的成形过程中，可以使用例如像多边形单元结构的形状，优选地为具有相当增强壁强度的六边形蜂窝结构。所使用的晶格结构可以具有由它们的尺寸及其网眼密度引起的相当大的静载荷，在多个平行相邻晶格结构的情况下，所述静载荷不能由它们自身及其相互作用支撑。因此，对支撑体的要求将根据该负载来规定，并且另外适于流通流体的作用力，这将借助于支撑体的成形和尺寸及其几何形状发生。为此，支撑体和结构体可以已经连接在一起并一起打印。单独打印的支撑体和结构体随后接合在一起并且在这种情况下例如粘结起来，可能作为另一生产方法。

根据本发明，流动引导元件，即所谓的引导体或挡板，可以用作另一设计。在生产支撑体和结构体中使用的3D打印方法首先能够使这种类型的引导体以任何期望的数量和形状处于结构体的外部区域和结构体的内部。这里，引导体可以具有宽范围的几何形状，然而，其中这些几何形状总是以目标方式完成在流体流动方向上使流体转向的任务。因此，这种类型的引导体可以以铲形方式、阶梯方式或作为缠绕表面使用，其中还可以设想到立方体形状的设计，用于产生用于旋转流体或改变动态压力的流阻。这里，引导体可以布置在结构体的晶格结构内部，使得晶格结构的杆元件可以以任何期望的三维布置和数量穿透所述引导体。另外，在共同打印结构体和/或支撑体的情况下，这些引导体可以被布置并实现为重叠通过多个结构体。由于结构体/支撑体的这种重叠连接，实现了整个打印的过滤单元的另外加固。以这种方式，过滤元件的迄今为止表现出不利的通流并且过滤效果有限的区域也可以最佳地用于过滤流体。对于相同尺寸的过滤元件，同样表现出过滤效率的相当大的提高。此外，由于使用引导体，由于流体的目标转向，在对应污染物的情况下，还可以将流体供应到过滤元件的具有特别合适的过滤效果的预定区域。在引导体对应地布置在过滤元件的供应区域中，也就是说，在流体流入结构体的上游的情况下，引导体可以生成旋风效应，在这种情况下，流体在结构体的上游循环涡旋。由于此效应，较粗和较重的污染物颗粒收集在壳体壁上，使得这些颗粒甚至不能穿入过滤器中。这些较粗的污染物颗粒沿着壳体壁被引导到合适的收集点，在那里也可以移除所述较粗的污染物颗粒。对可能的较粗污染物颗粒的这种预先分类使得过滤元件的操作时间显著延长。以这种方式，流体因此可以以目标方式被转向通过过滤器的多个部段/区域，并因此被最佳地过滤。

根据有利的应用，过滤元件可以被构造为环过滤元件，其中各个结构体和支撑体形成环形的环过滤体或其至少环形部分，其中过滤元件或环过滤元件另外具有两个端板，所述端板分别布置在环过滤体的轴向端部。

换句话说，根据本发明的环过滤元件具有环形的环过滤体，所述环形的环过滤体至少部分地由前述类型的过滤元件形成。因此，各个结构体和支撑体被构造为环形，特别是圆柱形。另外，环过滤元件在环过滤体的轴向端部处均具有一个端板。优选地，环过滤体仅由环形构造的过滤元件组成，因为对于某些应用，环过滤元件主体由于支撑结构而具有足够的稳定性，在所述应用中，例如在原始侧与清洁侧之间出现低至中等的压差。在其他应用中，例如在原始侧与清洁侧之间出现高压差，环过滤体可以另外配备有内框架和/或外框架，环过滤元件或其环过滤元件主体径向支撑在所述内框架和/或外框架上。

在这种情况下，端板中的至少一个可以方便地构造为开口端板并具有中心通道开口。取决于环过滤元件的应用类型，另一端板同样可以构造为开口端板或封闭端板，其轴向封闭由环过滤体封闭的内部。借助于3D打印，端板可以方便地打印到环过滤体上。在这种情况下，端板可以由不同的材料组成，特别是由与各个结构体和支撑体不同的塑料组成。此外，可以设想到用相同的材料生产端板和支撑体。

根据本发明的一种设计被视为单个结构体功能的进一步的方案。这里，例如，最外面和/或最里面的结构体不能再被构建为晶格结构，而是被打印为实心体，并因此作为壳体壁构成过滤单元本身的几何边界。由于对壳体提出了更高的强度要求，在普通结构体和壳体或单独打印的壳体的情况下，合适的材料可以用作细丝。同样，可以设想到，为了实现这种更高的强度，在3D打印过程中在打印时，特定的材料被另外供应给细丝。

在这个壳体壁内，可以以传统的、先前描述的布置来设计过滤元件，其中在内部结构体的晶格结构与打印的壳体壁的内部之间可以存在固定连接。当然，壳体壁可以与内部相邻结构体分开实现和打印，其中实际的过滤元件随后必须被引入壳体并固定在那里。这可以例如借助于用作插入边界的限位挡块来发生，其中过滤元件被推入直到这些限位挡块，并且随后通过合适的方法(例如热熔法或粘接)以位置固定的方式牢固地连接到壳体。当然，也可以使用能够再次分离的紧固方法，例如像螺纹连接、夹紧环、夹子或其他。

以这种方式打印并配备有过滤元件的壳体可以具有紧固凸缘形式的限定元件，以用于产生完整的过滤单元。在这些紧固凸缘的情况下，例如在打印过程中的相同时间也引入紧固孔以及进出开口。为了也能够在此更换过滤元件，可以设想到紧固凸缘以可拆卸的方式连接到壳体。因此，可以更换以可移除方式引入的过滤元件，同时可以重复使用壳体。当然，完全更换过滤单元也是可能的。

在可更换可移除的过滤单元的情况下，可以组合使用3D打印的部件和以标准方式生产的当代部件。

从从属权利要求、附图以及基于附图的附图相关描述中获得本发明的其他重要特征和优点。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，前述特征以及下面仍待说明的特征不仅可以用于相应指定的组合，而且可以用于其他组合或单独使用。

附图说明

在附图中示出本发明的优选示例实施例，并在以下描述中更详细解释，其中相同的附图标记表示相同或类似或功能上相同的部件。

在附图中均示意性地示出：

图1示出由支撑体和结构体构建的中空圆柱形过滤元件，

图2示出具有单元结构的中空圆柱形支撑体，

图3示出具有由杆元件制成的三维互连晶格结构的中空圆柱形结构体，

图4示出由支撑体和结构体构建的中空圆柱形过滤元件，其具有不同晶格结构的多个部段，

图5示出由支撑体和结构体构建的中空圆柱形过滤元件，其具有布置在晶格结构的内部和外部的流动引导元件/引导体，

图6示出由壳体、凸缘和过滤元件组成的3D打印的过滤单元。

具体实施方式

图1示出圆柱形过滤元件1，其过滤元件主体3由支撑体5和结构体6、7构成。在过滤元件1的情况下，对应的同轴且同心定位的中空圆柱形结构体6、7布置在支撑体5的内部区域14和外部区域13上。这里，流体通过过滤元件1的通流8发生，例如从中空圆柱形过滤元件1的外部进入中空圆柱形过滤元件1的内部区域，由此然后进一步基本平行于中心轴线2引导流体。当然，可以使用任何期望几何构型的具有结构体6和支撑体5的过滤元件1来代替中空圆柱形过滤元件1。这里，优选使用扁平和/或立方体过滤元件1。

外部结构体6被构建为三维互连的晶格结构15，并且借助于3D打印方法生产，并且基本平行于支撑体5对准定向。外部结构体6的内部区域19在某些区域中与支撑体5的外部区域13直接接触，并且在该接触区域中牢固地连接到支撑体5。这种连接可以借助于接触区域的粘接或者通过接触区域的材料连接方法来发生。图中未示出的两个主体5、6的另一种连接可能性在于三维互连的晶格结构15，所述晶格结构由杆元件16组成，使用杆元件16通过支撑体5的结构接合，并且以这种方式生产两个主体5、6的连接。

由于外部结构体6的内部区域19与支撑体5的外部区域13接触，类似的考虑应用于内部结构体7的晶格结构15的外部区域18和支撑体5的内部区域14，其至少在某些区域中进行接触。同样，杆元件16通过支撑体5的单元结构10的三维互连以连接两个主体5、7是可能的，其中单元结构10具有三维蜂窝结构11，但是也可以具有任何类型的其他形状。

在图2中，两个主体6、7的互连和相互尺寸稳定的连接通过晶格结构15的杆元件16通过支撑体5的单元结构10的单元的接合来发生，其中在支撑体5处的接合通过单元结构10的净空间或通过单元结构10的壁发生。由于支撑体5必须保持并支撑多个晶格结构15例如作为支撑体，并且另外必须也吸收由于流动的流体产生的力，所以支撑体5以非常稳定的形状实现。在所示的实例中，支撑体5具有蜂窝结构，即单元结构10，为了支撑力的目的，其具有蜂窝结构10的更大的材料强度和壁强度11。这意味着单元结构10的杆状单元杆具有比晶格结构15的晶格杆16大的横截面。还可能的是，在打印支撑体5时使用具有更高强度的细丝材料，和/或在单元结构10的3D打印过程中，特定的强度增强材料成分被引入细丝的熔体中。选择可能的单元结构10，这里是六边形蜂窝结构10，特别有利地支撑力并且同时产生通道12，所述通道对于流通流体和行进通过这些通道12的杆元件16来说足够大并且是规则的，所述通道用作支撑体5与外部结构体6之间的连接，或者用作内部结构体7通过支撑体5到外部结构体6的连接。穿过支撑体5的通道开口12突出的杆元件16可以直接行进穿过通道开口12和/或穿透蜂窝结构10的区域，并因此牢固地连接到所述蜂窝结构。杆元件16和单元结构10的这种穿透另外加强了连接。

图3中描绘了具有晶格结构15的中空圆柱形结构体6、7，所述晶格结构由杆元件或晶格杆16以三维互连的方式构建。这里，杆元件16以这种方式重复的多种布置方式组合并星形地和径向地互连。这里描绘的中空圆柱体在其纵向长度21方面和其宽度20方面示出这种互连结构，使得产生了三维互连的中空圆柱形结构体6、7。

由于三维互连的晶格结构15，星形布置的杆元件16产生净空间，所述净空间以网眼17或孔17的方式布置和定向，使得待过滤的流体能够最佳地流过结构体6、7。在这种情况下，污染物被留在网眼/孔17中或者留在杆元件16处，其中填充有污染物的结构体6、7由于大量的网眼/孔17而长时间确保结构体6、7的令人满意的通流8，而当通过结构体6、7的流动8达到临界值时没有增加的动态压力。在结构体6、7的内部区域14或外部区域13上，晶格结构15设置有粘合剂，以用于连接到同轴内外布置、优选地同心布置的其他结构体6、7。例如，在打印过程中，这种粘合剂可以作为细丝的填充材料位于这些区域中，其中该内部区域14和外部区域13的随后粘合层也是可能的。同样，在3D打印方法过程中，物质可以与细丝一起或作为另外供应的材料被引入到晶格结构15中，所述物质以集中方式收集在网眼/孔17中，以便在那里产生待过滤的流体的特定反应和/或催化效果。这些尤其适用于将一些污染物永久地粘附到杆元件16上和/或将流体中存在的物质彼此结合/连接，并因此这些可以作为污染物被晶格结构15过滤掉。

图4中示出中空圆柱形过滤元件1，其由支撑体5和结构体6、7构建，其中结构体6、7具有不同晶格结构15的多个部段22、23、24。这里，结构体6、7同轴布置，特别是同心地内外布置，其中支撑体5位于两个结构体6、7之间。

结构体6、7可以例如在其纵向长度21方面分成多个部段，这里分成三个部段22、23、24。在这些划分中，部段22、23、24例如由不同的材料组成，和/或晶格结构15在其实现的杆元件16的数量或网眼/孔17的数量方面不同。因此，可以在第一部段22中描绘了由几个杆元件16组成的粗网眼晶格结构15，并且邻接该部段22的部段23具有更精细的晶格结构15，具有比部段22中存在的杆元件短的多个杆元件16。

类似地，随后的部段分24可以具有另外的明显不同的晶格结构15。

这里，各个部段22、23、24与不同晶格结构15之间的过渡可以突然或连续平稳地发生。如前所述，将结构体6、7分成多个部段可以进一步分成同心布置的结构体6、7和/或这里未描绘的径向部段。这里，随后也可以出现粗糙到不太粗糙的晶格结构15，并且这些当然也可以具有突变和/或连续平稳的过渡。在这种情况下，结构体6、7作为单独的晶格结构15存在还是由连接在一起的晶格结构15组成并因此由连接的多个结构元件6、7组成并不重要。

分成不同的部段22、23、24对于流体的最佳过滤是重要的，其中部段22、23、24可以彼此独立并且尺寸不同。因此，例如，流体可以最佳地流过结构体6、7的区域，由于借助于更粗或更小的网眼/孔17和更少或更多的杆元件16的动态压力的变化，流体不太集中地流过所述区域，并因此所述区域有效地过滤流体。

图5示出由支撑体5和结构体6、7构建的中空圆柱形过滤元件1，其中结构体6、7同轴布置，优选地相对于彼此同心布置。在支撑体5的区域中，流动引导元件28(被称为引导体/挡板28)被集成到结构体6、7的晶格结构15中。在3D打印过程中，这些引导体28被打印在结构体6、7的晶格结构15的内部或外部。

定位在晶格体15的边缘区域上的这种引导体28可以由于其几何形状和定位以目标方式引导待过滤的流体，或者引导至晶格体15的某些区域，使得实现过滤元件1的前述最佳通流8和过滤效果。例如，以旋风形式或方式的流体的圆形涡旋在这里可以构成一种可能的效果。在结构体6、7的通流8过程中，流体的目标转向也可以借助于引导体28实现，所述引导体布置在晶格体15内部并对应地成形。另外，这些内部引导体28也在晶格体15的3D打印过程中被直接引入或打印到所述晶格体中。

此外，引导体28也可以布置在晶格体15内部和两个或更多个晶格体15之间。因此，流入在晶格体15中的流体可以非常有效且快速地被引导到另外的晶格体15中，或者通过重叠布置的引导体28分配到所述晶格体中。另外，流体可以通过分配给彼此的多个引导体28在交替方向上转向并因此进入不同的过滤区域。为此，引导体28被设计为弯曲表面、具有增大或减小尺寸的缠绕表面，其中在引导体28上可以存在另外的突出或凹陷的模制件以支持流体的引导功能。

代替平坦的引导体28，几何实心体，例如立方体形状，可以被引入晶格体15中，并且流体可以作为流动阻力在它们周围流动。这里，产生了涡流，其进而影响流体的流动行为，使得其因此以目标方式被转向到过滤元件1的某些区域中并进入晶格体15中。

图6中示出具有壳体31、凸缘33和过滤元件1的3D打印的过滤单元30。这里，在3D打印过程中，例如，最外面的结构体6不被打印为晶格体15，而是打印为壳体壁31形式的实体。图6中描绘的壳体31基本上对应于过滤元件1的几何形状，并且因此被牢固地构建。另外，壳体31可以与过滤元件1同时打印并且作为一体部件。紧固凸缘33模制在壳体31的端部，其例如用于将过滤单元30安装在机器上。凸缘33为此实现有紧固孔35，所述紧固孔用于借助于合适的紧固装置进行安装，并且具有对应的进出开口34，所述开口用于流体的供应或排放。在3D打印方法过程中，紧固孔35以及进出开口34都对应地进行模制。以这种方式，具有过滤元件1、壳体31和紧固凸缘33的完整过滤单元30可以作为完全打印的设计来使用和替换。这里，壳体31有利地由强度更大的材料组成，在打印过程中借助于对应合适的细丝产生所述材料。此外，可以设想到，对应的填充材料被供应给这里使用的细丝以增强强度。

一个可能的另外的实施例在于借助于3D打印方法将壳体31生产为没有过滤元件1的单独部件。在这种情况下，过滤元件1稍后被引入并定位在壳体31中。

为了定位，在3D打印过程中，限位挡块32或插入边界32可以模制在壳体31中或其上。被推入的过滤元件1可以固定在壳体31中，其中凸缘33在这里也可以用作从插入侧的固定件。紧固凸缘33在这里也再次附接到壳体31，其中用于安装过滤元件1的凸缘被设计为可拆卸的。代替打印的壳体31，先前生产的过滤元件1当然可以被推入现有的常规壳体31中，其中代替壳体31，也可以使用管道中的合适位置。因此，例如可以在机器/电机的管道系统中的几乎任何期望的位置使用这种过滤元件1。

此可拆卸的凸缘33随后借助于合适的连接方式连接到壳体31，使得其可以再次拆卸或固定。过滤单元30的这种3D打印壳体31的特殊优点在于壳体31在其形状和尺寸方面可以偏离对称形状，并且可以实现具有频繁变化的形状渐变的复杂壳体31。这里使用的过滤元件1相应地对应于这种壳体形状。具体地，在具有多次改变的形状的这些过滤元件1的情况下，图5中描述的引导体28特别有意义，使得过滤元件1的所有重要区域可以有效地流过。

原则上，各个结构体6、7和支撑体5可以由各种材料和/或材料成分3D打印而成。在这种情况下，各个结构体6、7和支撑体5可以均由塑料和/或塑料材料3D打印而成。

优选的是一个实施例，其中支撑体5的结构具有单元结构10，所述单元结构具有由单元形成的通道12。在这种情况下，使用电池结构10的条形电池杆形成电池。优选地，各个结构体6、7的网眼/孔17比支撑体5的单元或通道12小。例如，支撑体5的单元或通道12可以比各个结构体6、7的网眼/孔17大至少两倍或五倍或十倍。

此外，可以规定，各个结构体6、7的晶格结构15的晶格杆16具有比支撑体5的单元结构10的单元杆小的横截面。例如，支撑体5的单元结构10的单元杆的横截面可以比各个结构体6、7的晶格结构15的晶格杆16的横截面大至少两倍或五倍或十倍。

如上所述，晶格结构15的晶格杆16的一部分穿入或穿过单元结构10的通道12。优选地，晶格结构15的晶格杆16的一部分穿入或穿过单元结构10的通道12，使得晶格结构15形状配合地紧固在单元结构10上。随后可以省去通过熔接连接的另一另外固定。

根据图7，过滤元件1可以构造为环过滤元件40，其中各个结构体6、7和支撑体5形成环形的环过滤体41。换句话说，在这种情况下，过滤元件主体3被环形地构造并且形成所述环过滤体41。过滤元件1或环过滤元件40另外具有两个端板42、43，所述端板分别布置在环过滤体41的轴向端部。图7中的上端板42被构造为开口端板并且相应地具有中心通道开口44，所述开口朝向被环过滤体41包围的内部45敞开。图7中的下端板43同样可以构造为开口端板。可替代地，下端板43也可以构造为轴向封闭内部45的封闭端板。借助于3D打印，端板42、43中的至少一个可以打印到环过滤体41上。

因此，图7示出环过滤元件40，特别是用于过滤流体的过滤单元30，其中环过滤元件40配备有由前述类型的过滤元件1形成的环形的环过滤体41，以及分别布置在环过滤体41的轴向端的两个端板42、43。在环过滤元件40的操作过程中，径向流过环过滤体41。取决于通流的方向，通过通流开口44可以排出已清洁的流体或者可以供给未清洁的流体。环过滤元件40的轴向方向由其中心纵向轴线46限定。

Claims (25)

1.一种用于过滤流体的过滤单元(30)的过滤元件(1)，

-其中所述过滤元件(1)具有流体能够流过的过滤元件主体(3)，所述过滤元件主体具有至少一个结构体(6、7)和支撑体(5)，

-其中各个结构体(6、7)具有相对于所述流体可渗透的过滤结构，所述过滤结构具有多个网眼/孔(17)，

-其中所述过滤结构被构建为三维互连的晶格结构(15)，并且所述三维互连的晶格结构(15)具有重复的规则性，

-其中所述网眼/孔(17)由彼此牢固连接的晶格杆(16)形成为净空间，

-其中所述支撑体(5)具有对所述流体可渗透的支撑结构，

-其中所述各个结构体(6、7)和所述支撑体(5)均借助于3D打印方法生产。

2.根据权利要求1所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述各个结构体(6、7)和支撑体(5)由各种材料和/或材料成分以3D打印而成。

3.根据权利要求1或2所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述各个结构体(6、7)和支撑体(5)均由塑料和/或塑料材料以3D打印而成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-所述支撑体(5)的结构具有单元结构(10)，所述单元结构具有由单元形成的通道(12)，

-所述各个结构体(6、7)的所述网眼/孔(17)比所述支撑体(5)的所述单元或所述通道(12)更小。

5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-所述支撑体(5)的结构具有单元结构(10)，所述单元结构具有由单元形成的通道(12)，

-所述各个结构体(6、7)的所述晶格结构(15)的晶格杆(16)具有比所述支撑体(5)的所述单元结构的单元杆更小的横截面。

6.根据权利要求4或5所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述支撑体(5)的所述单元或所述通道(12)比所述各个结构体(6、7)的所述网眼/孔(17)大至少两倍或五倍或十倍。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述支撑体(5)的所述单元结构的所述单元杆的横截面比所述各个结构体(6、7)的所述晶格结构(15)的所述晶格杆( 16)的横截面大至少两倍或五倍或十倍。

8.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-所述支撑体(5)的结构具有单元结构(10)，所述单元结构具有由单元形成的通道(12)，

-所述晶格结构(15)的所述晶格杆(16)的一部分穿入或穿过所述单元结构(10)的所述通道(12)。

9.根据权利要求8所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述晶格结构(15)的所述晶格杆(16)的一部分穿入或穿过所述单元结构(10)的所述通道(12)，使得所述晶格结构(15)形状配合地紧固在所述单元结构(10)上。

10.根据权利要求4至9中任一项的过滤元件，

其特征在于，

仅设置一个单个的结构体(6、7)，其中所述支撑体(5)的所述单元结构布置在此结构体(6、7)的所述晶格结构(15)的内部，其中少量的所述晶格杆(16)穿透所述单元。

11.根据权利要求4至9中任一项的过滤元件，

其特征在于，

-设置同轴地内外布置的两个结构体(6、7)，并且所述支撑体(5)布置在所述两个结构体(6、7)之间，

-少量的所述晶格杆(16)穿透所述支撑体(5)的所述单元结构(10)的所述单元，并且将所述两个结构体(6、7)彼此连接。

12.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-所述各个结构体(6、7)和所述支撑体(5)是中空圆柱形构型，并且同轴地内外布置，优选地彼此同心地布置，

-所述各个结构体(6、7)和所述支撑体(5)至少大致彼此平行地布置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-所述各个结构体(6、7)牢固地连接到所述支撑体(5)，

-所述各个结构体(6、7)与所述支撑体(5)之间的牢固连接由材料粘结连接形成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-另外的结构体(6、7)设置在同轴地内外布置的两个结构体(6、7)上，

-另外的结构体(6)的内部区域(19)与所述结构体(7)的外部区域(18)直接接触并且牢固地连接到所述外部区域，

-另外的结构体(7)的外部区域(18)与所述结构体(7)的内部区域(19)直接接触并且牢固地连接到所述内部区域。

15.根据权利要求14所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述结构体(6、7)至少在特定区域中在其所述外部区域(18)和内部区域(19)上以重叠的方式彼此穿透。

16.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述晶格结构(15)的晶格杆(16)的尺寸和数量沿着和/或横向于所述结构体(6、7)的中心轴线(2)突然地或连续地改变。

17.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述晶格结构(15)的所述晶格杆(16)的材料成分沿着或横向于所述结构体(6、7)的所述中心轴线(2)突然地或连续地改变。

18.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-对所述流体起反应或催化作用的材料/物质嵌入由互连且牢固连接的晶格杆(16)形成的所述网眼/孔(17)的内部，

-待过滤的流体具有聚结效应以形成能够沉淀的颗粒。

19.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-由连接的晶格杆(16)形成的所述支撑体(5)的所述网眼/孔(17)均具有0.05mm至15mm，优选地0.1mm至10mm的边缘长度，以用于过滤液体流体，或者

-由所述连接的晶格杆(16)形成的所述支撑体(5)的所述网眼/孔(17)均具有0.1mm至40mm，优选地4mm至20mm的边缘长度，以用于过滤气态流体。

20.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-多个相邻的结构体(6、7)具有彼此不同的互连的晶格结构(15)，

-多个相邻的结构体(6、7)具有互连的晶格结构(15)的彼此不同的材料特性，

-彼此不同的互连的晶格结构(15)和互连的晶格结构(15)的彼此不同的材料特性突然地或连续地改变。

21.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

所述各个结构体(6、7)和所述支撑体(5)均由一件制成。

22.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-流动引导元件/引导体(28)构建在所述结构体(6、7)和所述支撑体(5)上和/或在所述结构体(6、7)和所述支撑体(5)的内部，

-所述流动引导元件/引导体(28)以重叠方式构建在另外的结构体(6、7)和/或所述支撑体(5)上，

-所述流动引导元件/引导体(28)具有平面和/或弯曲和/或缠绕的形状，

-所述流动引导元件/引导体(28)在其形状方面突然地或连续地改变。

23.根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)，

其特征在于，

-所述过滤元件(1)被构造为环过滤元件(40)，其中所述各个结构体(6、7)和所述支撑体(5)形成环形的环过滤体(41)或环过滤体的至少一个环形部分，

-所述过滤元件(1)额外地具有两个端板(42、43)，所述端板分别布置在所述环过滤体(41)的轴向端部。

24.一种用于过滤流体的过滤单元(30)的环过滤元件(40)，

-具有环形的环过滤体(41)，所述环形的环过滤体具有根据前述权利要求中任一项所述的过滤元件(1)或者由所述过滤元件形成，

-具有两个端板(42、43)，所述端板分别布置在所述环过滤体(41)的轴向端部。

25.一种过滤单元(30)，其具有壳体(31)，并且具有根据前述权利要求中的一项或多项所述的过滤元件(1)，所述过滤元件插入到所述壳体(31)中。

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