Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filtereinsätzen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filtereinsätzen, insbesondere zum Filtern von Gasen, bei dem ein Band des Filtermaterials in Abständen quer zu seiner Längsrichtung gefaltet wird.
Solche Filtereinsätze werden nach bekannten Verfahren mit Hilfe von Plissiermaschinen hergestellt. Dazu wird das Filterpapier in die Plissiermaschine eingegeben und von den sich bewegenden Plissiermessern quer zur Bewegungsrichtung gefaltet.
Gewöhnlich enthalten solche Maschinen zwei Plissiermesser, von denen sich eines über und eines unter der Bahn des Filterpapiers befindet. Die Bewegung der Messer wird so geführt, dass diese das Papier nicht nur falten, sondern zugleich dessen Vorschub bewirken.
Ein Nachteil solcher Maschinen liegt darin, dass die Plissiermesser bei ihrer Bewegung zuerst auf das Filterpapier aufschlagen und danach darüber gleiten. Durch das Aufschlagen der Messer und das dadurch bewirkte scharfe Umbiegen können besonders bei dickerem Filterpapier einzelne Papierschichten brechen oder es können sich durch die gesamte Papierdicke verlaufende kleine Löcher bilden. Beim Gleiten der Messer über die Papieroberfläche wird diese aufgerauht und es werden sogar Papierfasern abgelöst. Ein anderer Nachteil des Plissierens besteht darin, dass die von den bewegten Plissiermessern hergestellten Falten nicht immer parallel zueinander liegen, was zur Folge hat, dass der zusammengefaltete Filter, dessen Seiten geradlinig begrenzt sein sollen, stark gewellte Seiten besitzt, die, bevor der Filtereinsatz in einen Rahmen eingelegt werden kann, gerade geschnitten werden müssen.
Das bedeutet nicht nur zusätzliche Arbeitsgänge, sondern auch einen Verlust an teurem Filterpapier.
Die Filter sind meist eng gefaltet, um eine grosse Filterfläche in einem relativ kleinen Volumen unterzubringen. Damit sich die einzelnen Filterflächen unter der Wirkung des zu filtrierenden Mediums nicht aneinander legen, werden sie durch Abstandshalter voneinander getrennt. Diese Abstandshalter sind im einfachsten Falle auf den Filter aufgeleimte Schnüre, die das Aneinanderlegen der Filterflächen verhindern. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen anstelle der geleimten Schnüre nur eine Leimschicht oder ein Kunststoff aufgetragen und ausgehärtet werden, oder eine vorgefaltete Metallfolie verwendet wird.
Bei der Herstellung von Filtern nach diesen bekannten Verfahren wird das Filterpapier, das wegen dem nach dem Plissieren notwendigen Verschneiden breiter sein muss als der herzustellende Filter, in auf Länge geschnittenen Stücken in die Plissiermaschine gegeben, nach dem Plissieren zusammengefaltet, an den Seiten gerade geschnitten, wieder gestreckt, mit den Abstandshaltern versehen und danach in die endgültige Form gelegt, damit die Abstandshalter erhärten können.
Das bedeutet, dass ausser der unbefriedigenden Arbeitsweise der Plissiermaschine das Filterpapier mindestens zweimal zusammengelegt und dazwischen gestreckt wird, was eine zusätzliche Beanspmchung der Faltstellen und dadurch bedingtes AufbIechen von Papierschichten und Ablösen von Fasern bedeutet. Das beschriebene Herstellverfahren ist ausserdem nicht für einen kontinuierlichen Arbeitsablauf geeignet, weil jeder einzelne plissierte Filtereinsatz von Hand zusammengelegt, provisorisch verpackt und auf Breite geschnitten werden muss, ehe er mit den Abstandshaltern versehen werden kann.
Deshalb ist die erreichbare Qualität besonders bei modernen Ultrafiltern, bei denen Abschneidungsgrade von 99,98% und besser gefordert werden, wenig befriedigend.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung soll diese Nachteile vermeiden und ist dadurch gekennzeichnet, dass in das poröse Filtermaterialband an den vorgesehenen Faltstellen durch Verdichten des Filtermaterials Faltlinien geprägt werden.
Vorzugsweise sind die geprägten Faltlinien geradlinig und verlaufen quer zur Bewegungsrichtung und über die gesamte Breite des Filtermaterialbandes.
Die Vorrichtung zur Ausfühmng des Verfahrens nach der Erfindung enthält eine Einrichtung für die Zuführung des Filtermaterialbandes und ein drehbar angeordnetes Prägezylinderpaar, dessen Zylinder mit in axialer Richtung verlaufenden und mit Vertiefungen alternierenden Erhebungen versehen sind, wobei die synchrone Drehverbindung (Fig.
5) der Zylinder so abgestimmt ist, dass an der Stelle des geringsten Abstandes zwischen den Zylindern eine Erhebung des einen Zylinders mit einer Vertiefung des anderen Zylinders zusammentrifft und ist dadurch gekennzeichnet, dass zur unbehinderten Bewegung des Filtermaterialbands zwischen den Mantelflächen der Prägezylinder und zum Verdichten des Filtermaterials an den vorgesehenen Faltstellen die Tiefe der Vertiefungen kleiner als die Höhe der Erhebungen ist und dadurch der Abstand zwischen den Mantelflächen der beiden Prägezylinder grösser als der Abstand zwischen dem Grund einer Vertiefung und der Spitze einer damit im Eingriff befindlichen Erhebung ist.
Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, nach dem neuen Verfahren Filtereinsätze herzustellen, die nach dem Zusammenfalten des Filtermaterials in den geprägten Faltlinien gerade Seitenflächen aufweisen und nicht nachträglich beschnitten werden müssen. Dadurch ist es möglich, die gesamte Herstellung von Filtereinsätzen in einer kontinuierlichen Folge von Arbeitsgängen durchzuführen, wobei infolge der schonenden Behandlung des empfindlichen Filtermaterials durch das Prägen und nur einmalige Zusammenfalten die Fabrikationsausbeute und die Qualität der Filtereinsätze ganz wesentlich verbessert werden kann.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der drei Maschinen A, B und C mit denen das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Maschine A,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Maschine A entlang der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Teilansicht der Maschine A in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 2,
Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Maschine A entlang der Linie V-V in Fig. 2,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Maschine C,
Fig. 7 einen Schnitt durch die Maschine C entlang der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch den Faltkanal entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Herstellen von Filterpapiereinsätzen weist drei Maschinen auf, die zu einem kontinuierlichen Arbeitsablauf miteinander verbunden sind. Die Maschine A empfängt das Filterpapier ab Rolle, prägt die Falze und speist es in die Maschine B ein, in welcher die Abstandshalter aufgebracht werden. Anschliessend gelangt das Filterpapierband in die Maschine C, in der die Falten gelegt und auf das richtige Abstandsmass gebracht werden. Nach dem Abschneiden auf die geforderte Länge ist dann der Filtereinsatz fertig.
Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Falzprägemaschine besitzt einen auf dem Fussboden 101 befestigten Sockel 103. Auf dessen einer Seite befindet sich eine Papierzuführvorrichtung 102 und auf der anderen Seite die Maschine B. Die Papierzuführvorrichtung 102 besitzt einen Lagerbock 107 für die Papierrolle 109. Auf der der Papierzuführvorrichtung zugewandten Seite ist an dem Sockel 103 ein Zuführtisch 13 angebracht, an dessen äusserem Ende ein Umlenkrollenpaar 11 drehbar gelagert ist. Auf der dem Zuführtisch 13 gegenüberliegenden Seite des Sockels 103 ist ein Ablauftisch 15 befestigt. Die obere Umlenkrolle des Rollenpaares 11, ist in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert und kann sich der wechselnden Dicke des zwischen den Umlenkwalzen durchgeführten Filterpapieres anpassen.
Der Lagerbock 107 ist mit einer (nicht dargestellten) Einrichtung zum Abbremsen der Papierrolle 109 ausgerüstet.
Die Falzprägemaschine besitzt zwei Zuführwalzen 23 und 25, die quer zur Bewegungsrichtung des Filterpapierbandes angeordnet sind. Die Walze 25 ist im Sockel 103 drehbar gelagert und trägt an einer Seite eine Riemenscheibe 53. Die darüber angeordnete Zuführwalze 23 ist ebenfalls im Sockel 103 drehbar gelagert und kann ausserdem in vertikaler Richtung verschoben werden.
Die Feder 26 drückt die Walze 23 in Richtung der Walze 25, wodurch sich der Abstand der beiden Zufühmngswalzen 23 und 25 selbsttätig der Dicke des dazwischen durchgeführten Filterpapierbandes 10 anpasst. Neben den Zuführungswalzen 23 und 25 sind, ebenfalls rechtwinklig zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene des Filterpapierbandes 10 zwei Prägewalzen 27 und 28 angebracht, zwischen denen das Filterpapierband 10 durchgeführt wird. Die beiden Prägewalzen 27 und 28 weisen in regelmässigen Abständen auf ihrem Umfang verteilt abwechslungsweise Erhebungen 29, 30 und Vertiefungen 31, 32 auf, welche parallel zur Achse der Prägewalzen verlaufen. Auf jeder Walze liegen zwischen den Erhebungen und den Vertiefungen Mantelsegmente 24.
Die Erhebungen stehen aus diesen so weit vor, bzw. die Vertiefungen sind so weit eingearbeitet, dass sich die Mantelsegmente nicht berühren können und auch ein zwischen den Walzen hindurchgeführtes Band aus Filtermaterial von den Mantelsegmenten nicht geklemmt wird.
Da das Filtermaterial normalerweise nicht sehr gleichmässig in seiner Dicke ist, würde das Einklemmen zwischen den Mantelsegmenten der Walzen ein teilweises Verdichten des Materials bewirken, was zu einer unterschiedlichen Gasdurchlässigkeit der einzelnen Flächenelemente führen würde und darum zu vermeiden ist.
Die Erhöhungen der einen Prägewalze wirken mit den Vertiefungen der anderen Prägewalze ähnlich wie Zahnräder zusammen, d.h. es stehen sich jeweils in der durch die Drehachsen der Prägewalze definierten Ebenen eine Erhöhung der einen und eine Vertiefung der anderen Prägewalze gegenüber. Die Prägewalzen 27 und 28 sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt, können aber auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen. Am einfachsten werden die Vertiefungen 31 aus dem Vollen gearbeitet, während die Erhebungen 29 aus Einsatzstükken bestehen, welche in Nuten der Prägewalzen eingesetzt und durch geeignete Mittel befestigt werden.
Wie aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, sind beide Prägewalzen im Sockel 103 drehbar gelagert. Die Lagerschale 35 der unteren Prägewalze 28 ist mit dem Grundblock fest verschraubt Die Lagerschale 49 der oberen Prägewalze 27 ist in der Führung 36 senkrecht d.h. quer zur Bewegungsrichtung des Filterpapierbandes verschiebbar.
Der Abstand zwischen den beiden Prägewalzen kann durch Drehen der Schraube 50 entsprechend der Dicke des Filterpapierbandes eingestellt werden. Die Prägewalzen und die Zuführwalzen 25 stehen über ein Wechselgetriebe miteinander in Antriebsverbindung. Dies kann durch bekannte Zahnradgetriebe erfolgen, beispielsweise durch ein Zahnrad 40, das über ein Zwischenrad 44 mit einem auf der Welle der Zuführungswalze 25 montierten Zahnrad 46 in Eingriff steht. Die auf der gleichen Welle wie das Zahnrad 46 befestigte Riemenscheibe 53 wird über einen Riemen 54 vom Antriebspulli 55 eines Motors 56, welcher am Sockel 103 befestigt ist, angetrieben. Auf der Welle 37 der Prägewalze 27 und auf der Welle 39 der Prägewalze 28, sind auf der dem Antrieb gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung je ein Zahnrad 41 und 43 gleicher Grösse aufgesetzt, welche miteinander in Eingriff stehen.
Die Verzahnung dieser Zahnräder ist so korrigiert, dass auch bei einer Veränderung des Abstandes zwischen der Prägewalzen die Präzision des Eingriffes erhalten bleibt. Auf der Länge der ganzen Maschine sind zur seitlichen Führung des Filterpapierbandes beidseitig Führungsleisten 14 angebracht.
Der Ausgang aus der Falzprägemaschine A ist direkt mit dem Eingang der Bearbeitungsmaschine B verbunden, in der die Abstandshalter aufgebracht werden. Dazu werden mit einem Klebemittel getränkte Schnüre auf einer Seite des Filterpapierbandes und parallel zu dessen Längskante in mehreren Reihen aufgeklebt. Dieser Arbeitsgang ist hinreichend bekannt, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Am Ausgang der Maschine B zum Aufbringen der Abstandshalter ist eine Saug- und Blasvorrichtung vorgesehen, um restliche, auf dem Filtermaterial befindliche Staub- oder freie Materialfasern zu entfernen.
Die Maschine B ist direkt an die in den Fig. 6 und 7 gezeigte Maschine C, in der das Filterpapierband zusammengefaltet wird, angeschlossen. An dem der Maschine B zugekehrten Ende der Maschine C ist ein Walzenpaar 79, 83 rechtwinklig zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene des Filterpapierbandes an einem nicht gezeigten Sockel gelagert. Die untere Walze 79 ist in einem ortsfesten Lager drehbar und wird von einem stufenlos regulierbaren Motor 81 angetrieben.
Die über der Walze 79 befindliche Gegenwalze 83, ist ebenfalls drehbar und dazu in senkrechter Richtung, d.h. im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der Filterpapierbahn verschiebbar. Die Gegenwalze 83 weist radiale Nuten 84 auf, durch die die Schnüre 87 ohne die Walze zu berühren, hindurchgleiten können. Der Durchmesser der Walzen 79 und 83 liegt bevorzugt zwischen 50% und 150% des Abstandes zweier Prägungen. Unmittelbar anschliessend an die Walzen 79, 83 wird durch zwei Führungsstücke 85, 86 ein sich verengender Einlauf 89 gebildet. Der Abstand zwischen den Kanten der Führungsstücke 85, 86 und den benachbarten Walzen 79, 83 ist vorteilhafterweise kleiner als die herzustellende Teilung 93, der Falten des Filtereinsatzes.
Die Führungsstücke 85, 86 sind in ihrer Neigung zwischen 0 und 450 gegen die Horizontale verschwenk- und arretierbar und als Ganzes in Bewegungsrichtung des Filterpapierbandes verschiebbar.
An die Führungsstücke ist ein Faltkanal 77 angeschlossen, der aus vier parallel zur Bewegungsrichtung des Filterpapieres angeordneten Winkeleisen 73. 74, 75 und 76 in Fig. 8 gebildet ist. Die Lage dieser Winkeleisen zueinander kann eingestellt und damit an Filter verschiedener Breite und unterschiedlichen Faltabstandes angepasst werden.
Durch nicht dargestellte, bekannte Mittel wird die Geschwindigkeit des stufenlos regulierbaren Motors 81 so geregelt, dass die Vorschubgeschwindigkeit des gestreckten Filterpapierbandes in den einzelnen Maschinen übereinstimmt.
Beim Betrieb der Vorrichtung treibt der Motor 56 über das Antriebspulli 55, den Riemen 54 und die Riemenscheibe 53 die Zuführwalze 25 an und gleichzeitig über das Zahnrad 46, das als Vorgelege wirkende Zwischenrad 44 und die Zahnräder 40, 43 und 41 die beiden Prägewalzen 28 und 27. Das zwischen den Zuführwalzen 23 und 25 liegenden Filterpapierband 10 wird dadurch über die Umlenkwalze 11 von der Papierrolle 109 abgerollt und in Richtung des Pfeiles 22 transportiert. Gleichzeitig mit dem Motor 56 wird auch der Antriebsmotor 81 der Maschine C eingeschaltet, der das Filterpapierband durch die Maschine B in die Maschine C hineinzieht.
Die Prägewalzen 27 und 28 klemmen solange sich nur die Mantelsegmente 24 gegenüberstehen das Filterpapierband 10 nicht. Wie bereits oben ausgeführt, ist der Abstand der sich gegenüberliegenden Mantelsegmente grösser als die nominelle Dicke des Filterpapierbandes. Sobald jedoch durch die Rotation der Prägewalzen eine Erhebung 29 und eine Vertiefung 31 einander gegenüberstehen, greifen diese in die Ebene des Filterpapierbandes 10 ein und prägen einen Falz in das Filterpapierband 10, der in Richtung der Vertiefung 31 aus der Filterpapierbandebene hervorsteht. Dabei stehen aufeinanderfolgende Falze jeweils nach entgegengesetzten Richtungen aus der Ebene des Filtermaterialbandes hervor.
Nach dem Durchlauf durch die Maschine A wird das Filterpapierband in die Maschine B eingeführt, in der nach bekannten Verfahren die Abstandshalter angebracht werden. Vor dem Verlassen dieser Maschine wird das Filterpapierband noch beidseitig abgesaugt um eine optimal gereinigte Oberfläche zu gewährleisten. Die Maschine B benötigt keinen eigenen Antrieb für den Transport des Filterpapierbandes, sondern dieses wird durch die vom Antriebsmotor 81 angetriebene Transportwalze 79 der Maschine C gezogen.
Das mit den quer zur Bewegungsrichtung liegenden Prägungen versehene Filterpapierband wird aus den Transportwalzen 79, 83 in den Einlauf 89 des Faltkanals 77 geschoben. Beim Anlauf der Maschine werden mehrere Falten von Hand in das ausgezogene Filterpapierband gelegt. Der Reibungswiderstand dieser ersten Falten im Faltkanal erzeugt eine Stauung des Filterpapierbandes, die dann die automatische Faltung einleitet. Das Abbremsen des Filterstreifens kann dann durch einfache Hilfsvorrichtung so geregelt werden, dass die Herstellung verschieden dichter Faltenlagen, d.h. verschiedener Faltenteilungen möglich ist.
Die Einstellung des Neigungswinkels der Führungs- stücke 85 und 86 am Einlauf des Faltkanals kann dazu verwendet werden, eine schräge Falzlage, d.h. eine in Bewegungsrichtung der Filtermaterialbahn nach vorne oder hinten geneigte Lage der Falten zu korrigieren.
Am Ausgang des Faltkanals wird das gefaltete Filterpapierband zu Filtereinsätzen der gewünschten Länge zerschnitten.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung besteht darin, dass eine kontinuierliche Herstellung von der Materialrolle bis zum fertigen Filtereinsatz möglich ist. Da das Prägen mit wesentlich grösserer Geschwindigkeit als das Plissieren erfolgen kann und die vor dem Falten geprägten Filter geradlinig begrenzte Seiten besitzen also nicht mehr nachgeschnitten werden müssen, ergeben sich ausserdem beachtliche Einsparungen, sowohl in der Herstellzeit als auch an Filtermaterial.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung von Papierfiltern beschränkt, sondern kann für jedes andere Filtermaterial verwendet werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Filtereinsätze zeichnen sich durch eine hohe Regelmässigkeit in der Teilung der Falten und durch eine nicht beschädigte, glatte Oberfläche des Filterpapierbandes aus.
Die Mittel zum Herstellen der Prägungen sind nicht auf das in dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung beschriebene Walzenpaar beschränkt, dessen Walzen an sich gegenüberliegenden Stellen des Umfangs mit Erhebungen bzw. mit Vertiefungen versehen sind. Es ist ebensogut möglich mit Walzen zu prägen, deren Oberflächen nur Erhebungen besitzen, wobei das Filtermaterial bei der Prägung zwischen zwei Erhebungen, von denen jede zu einer der parallel zueinander liegenden Walzen gehört, verdichtet wird. Es ist auch möglich, nur eine rotierende Prägewalze zu verwenden, die einer ebenen Fläche gegenüber steht, über die das Filtermaterial gleitet. Die Höhe der Prägewalze über dem Arbeitstisch wird dann so eingestellt, dass der kleinste Abstand der Erhöhungen über dem Tisch geringer ist als die Dicke des Filtermaterials.
Das Prägen muss auch nicht wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben, mit rotierenden Prägewalzen erfolgen, sondern kann ebensogut durch einen oder sich gegenüberstehende zwei Prägestempel erfolgen, die nur in einer Ebene, vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Filtermaterials bewegbar sind. Ein solcher Prägestempel kann aus einem gehärteten Stahlblech bestehen, das über dem horizontalen Arbeitstisch auf dem das Filtermaterial gleitet und quer zu dessen Gleitrichtung angeordnet ist, und auf- und abbewegt wird. Die Bewegung ist dabei so eingestellt, dass der kleinste Abstand den der Prägestempel bei jedem Arbeitszyklus vom Arbeitstisch erreicht, geringer ist als die Dicke des Filtermaterials. Werden zwei Prägestempel verwendet, so können diese vorzugsweise senkrecht zur Gleitebene des Filtermaterials und gegenläufig in ihrer Bewegung geführt werden.
Der Abstand der einzelnen Prägungen auf dem Filtermaterial voneinander ist massgeblich für die Dicke, die der fertige Filter nach dem Zusammenfalten besitzt.
Der Abstand kann auf verschiedene Arten eingestellt werden. Es ist möglich, die Vorschubgeschwindigkeit des Filtermaterialbandes und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Prägewalzen starr miteinander zu koppeln und austauschbare Prägewalzen zu verwenden, die alle den gleichen Umfang besitzen und deren auf diesem Umfang in regelmässigen Abständen befindliche Erhöhungen bzw. Vertiefungen unterschiedlichen Abstand voneinander haben. Es ist aber auch möglich, immer mit dem gleichen Prägewalzenpaar zu arbeiten und das Verhältnis der Transportgeschwindigkeit des Filtermaterialbandes zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen zu ändern.
In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn vor und nach den Prägewalzen Einrichtungen vorgesehen sind, die den Ausgleich zwischen der Transportgeschwindigkeit des Bandes und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen während des Prägens ermöglichen. Werden anstelle der Prägewalzen Prägestempel verwendet, so kann die Einstellung des Abstandes zwischen zwei Prägungen analog zu den beiden oben im Zusammenhang mit Prägewalzen beschriebenen Verfahren erfolgen.
Die beispielsweise beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von Filtereinsätzen besitzt zwei Antriebswalzen für das Filtermaterialband. Auf diese Weise wird erreicht, dass die für den Transport gesamthaft aufzuwendende Kraft an zwei Orten angreifen kann, wodurch die Zugbelastung des Bandes verringert wird. Je nach der Art des Filtermaterials und der aufzuwendenden Zug- kräfte kann aber auch nur eine einzige oder es können mehrere Transportwalzen verwendet werden.
Die beschriebene Anordnung der Maschine zum Aufbringen der Abstandshalter zwischen der Prägemaschine und der Faltmaschine kann den speziellen Anfordemngen der gesamten Vorrichtung angepasst werden.
Es ist ebensogut möglich, die Abstandhalter vor dem Prägen auf das Filtermaterial aufzubringen.
Method and device for the manufacture of filter inserts
The present invention relates to a method for producing filter inserts, in particular for filtering gases, in which a band of the filter material is folded at intervals transversely to its longitudinal direction.
Such filter inserts are produced by known methods with the aid of pleating machines. To do this, the filter paper is fed into the pleating machine and folded by the moving pleating knives at right angles to the direction of movement.
Usually such machines contain two pleating knives, one above and one below the path of the filter paper. The movement of the knives is guided in such a way that they not only fold the paper, but also cause it to advance.
A disadvantage of such machines is that the pleating knives hit the filter paper first when they move and then slide over it. By striking the knife and the resulting sharp bending, individual layers of paper can break, particularly with thicker filter paper, or small holes can form through the entire thickness of the paper. When the knife glides over the paper surface, it is roughened and even paper fibers are peeled off. Another disadvantage of pleating is that the folds produced by the moving pleating knives are not always parallel to one another, with the result that the folded filter, the sides of which should be limited in a straight line, has strongly corrugated sides which, before the filter insert is in a frame can be inserted, must be cut straight.
This not only means additional work steps, but also a loss of expensive filter paper.
The filters are usually tightly folded in order to accommodate a large filter area in a relatively small volume. So that the individual filter surfaces do not touch each other under the effect of the medium to be filtered, they are separated from one another by spacers. In the simplest case, these spacers are strings that are glued onto the filter and prevent the filter surfaces from touching one another. Methods are also known in which, instead of the glued cords, only a layer of glue or a plastic is applied and cured, or a pre-folded metal foil is used.
In the production of filters according to these known processes, the filter paper, which has to be wider than the filter to be produced because of the blending required after pleating, is put into the pleating machine in pieces cut to length, folded up after pleating, cut straight on the sides, stretched again, provided with the spacers and then placed in the final shape so that the spacers can harden.
This means that, in addition to the unsatisfactory operation of the pleating machine, the filter paper is folded at least twice and stretched in between, which means additional stress on the folds and the resulting break-up of paper layers and separation of fibers. The manufacturing process described is also not suitable for a continuous workflow, because each individual pleated filter insert has to be folded by hand, temporarily packed and cut to width before it can be provided with the spacers.
Therefore, the quality that can be achieved is not very satisfactory, especially with modern ultrafilters, where cutoff levels of 99.98% and better are required.
The method according to the present invention is intended to avoid these disadvantages and is characterized in that fold lines are embossed in the porous filter material band at the intended fold points by compressing the filter material.
The embossed fold lines are preferably straight and run transversely to the direction of movement and over the entire width of the filter material band.
The device for executing the method according to the invention contains a device for feeding the filter material band and a rotatably arranged pair of embossing cylinders, the cylinders of which are provided with elevations extending in the axial direction and alternating with depressions, the synchronous rotary connection (Fig.
5) the cylinder is tuned so that at the point of the smallest distance between the cylinders an elevation of one cylinder meets a recess of the other cylinder and is characterized in that for unhindered movement of the filter material band between the outer surfaces of the embossing cylinder and for compressing the Filter material at the intended folds, the depth of the depressions is smaller than the height of the elevations and thereby the distance between the outer surfaces of the two embossing cylinders is greater than the distance between the bottom of a depression and the tip of an elevation engaged therewith.
It has been shown that it is possible using the new method to manufacture filter inserts which, after the filter material has been folded together, have straight side surfaces in the embossed fold lines and do not have to be trimmed afterwards. This makes it possible to carry out the entire production of filter inserts in a continuous sequence of operations, whereby the production yield and the quality of the filter inserts can be significantly improved as a result of the gentle treatment of the sensitive filter material by embossing and only folding it once.
The invention will now be explained in more detail with the aid of an exemplary embodiment. Show it:
1 shows a schematic representation of the three machines A, B and C with which the method according to the invention can be carried out.
Fig. 2 is a plan view of the machine A,
3 shows a longitudinal section through the machine A along the line III-III in FIG. 2,
FIG. 4 shows a partial view of the machine A in the direction of the arrow IV in FIG. 2,
Fig. 5 is a partial section through the machine A along the line V-V in Fig. 2,
6 is a plan view of the machine C,
7 shows a section through the machine C along the line VII-VII in FIG. 6,
8 shows a section through the folding channel along the line VIII-VIII in FIG. 7.
The device shown in FIG. 1 for producing filter paper inserts has three machines which are connected to one another to form a continuous work flow. Machine A receives the filter paper from a roll, embosses the folds and feeds it into machine B, in which the spacers are applied. The filter paper band then goes into machine C, in which the folds are laid and brought to the correct distance. After cutting to the required length, the filter insert is ready.
The folding embossing machine shown in FIGS. 2 and 3 has a base 103 fastened to the floor 101. A paper feed device 102 is located on one side and the machine B on the other. The paper feed device 102 has a bearing block 107 for the paper roll 109. On the side facing the paper feed device, a feed table 13 is attached to the base 103, at the outer end of which a pair of deflection rollers 11 is rotatably mounted. A discharge table 15 is fastened on the side of the base 103 opposite the feed table 13. The upper deflection roller of the pair of rollers 11 is mounted displaceably in the vertical direction and can adapt to the changing thickness of the filter paper passed between the deflection rollers.
The bearing block 107 is equipped with a device (not shown) for braking the paper roll 109.
The folding embossing machine has two feed rollers 23 and 25 which are arranged transversely to the direction of movement of the filter paper strip. The roller 25 is rotatably mounted in the base 103 and carries a belt pulley 53 on one side. The feed roller 23 arranged above is also rotatably mounted in the base 103 and can also be displaced in the vertical direction.
The spring 26 presses the roller 23 in the direction of the roller 25, as a result of which the distance between the two feed rollers 23 and 25 automatically adapts to the thickness of the filter paper tape 10 passed between them. In addition to the feed rollers 23 and 25, two embossing rollers 27 and 28 are attached, also at right angles to the direction of movement and parallel to the plane of the filter paper tape 10, between which the filter paper tape 10 is passed. The two embossing rollers 27 and 28 have, distributed at regular intervals on their circumference, alternating elevations 29, 30 and depressions 31, 32 which run parallel to the axis of the embossing rollers. Shell segments 24 are located on each roller between the elevations and the depressions.
The elevations protrude from these so far, or the depressions are incorporated so far, that the jacket segments cannot touch one another and a band of filter material passed between the rollers is not clamped by the jacket segments.
Since the filter material is normally not very even in its thickness, the jamming between the shell segments of the rollers would cause a partial compression of the material, which would lead to a different gas permeability of the individual surface elements and should therefore be avoided.
The elevations of one embossing roller interact with the depressions of the other embossing roller in a similar way to gear wheels, i.e. in each case, in the plane defined by the axes of rotation of the embossing roller, there is an increase in one and a depression in the other embossing roller. The embossing rollers 27 and 28 are preferably made of steel, but can also consist of another suitable material. The easiest way is to work the depressions 31 from the solid, while the elevations 29 consist of insert pieces which are inserted into grooves in the embossing rollers and fastened by suitable means.
As can be seen from FIGS. 4 and 5, both embossing rollers are rotatably mounted in the base 103. The bearing shell 35 of the lower embossing roller 28 is firmly screwed to the base block. The bearing shell 49 of the upper embossing roller 27 is perpendicular in the guide 36, i.e. Can be moved transversely to the direction of movement of the filter paper belt.
The distance between the two embossing rollers can be adjusted by turning the screw 50 according to the thickness of the filter paper tape. The embossing rollers and the feed rollers 25 are in drive connection with one another via a change gear. This can take place by means of known gear drives, for example by means of a gear 40 which, via an intermediate gear 44, meshes with a gear 46 mounted on the shaft of the feed roller 25. The belt pulley 53, which is fastened on the same shaft as the gearwheel 46, is driven via a belt 54 from the drive sweater 55 of a motor 56 which is fastened to the base 103. On the shaft 37 of the embossing roller 27 and on the shaft 39 of the embossing roller 28, on the side of the device opposite the drive, a gear wheel 41 and 43 of the same size are placed, which mesh with one another.
The toothing of these gears is corrected in such a way that the precision of the engagement is maintained even if the distance between the embossing rollers is changed. Along the length of the entire machine, guide strips 14 are attached on both sides for lateral guidance of the filter paper tape.
The output from the folding embossing machine A is directly connected to the input of the processing machine B, in which the spacers are applied. For this purpose, cords soaked with an adhesive are glued onto one side of the filter paper tape and parallel to its longitudinal edge in several rows. This operation is well known, which is why a detailed description is not necessary.
At the exit of the machine B for applying the spacers, a suction and blowing device is provided to remove any remaining dust or free material fibers on the filter material.
The machine B is directly connected to the machine C shown in FIGS. 6 and 7, in which the filter paper band is folded up. At the end of the machine C facing the machine B, a pair of rollers 79, 83 is mounted at right angles to the direction of movement and parallel to the plane of the filter paper band on a base, not shown. The lower roller 79 can be rotated in a stationary bearing and is driven by a continuously variable motor 81.
The counter-roll 83, located above the roll 79, is also rotatable and is perpendicular thereto, i.e. slidable at right angles to the direction of movement of the filter paper web. The counter roller 83 has radial grooves 84 through which the cords 87 can slide without touching the roller. The diameter of the rollers 79 and 83 is preferably between 50% and 150% of the distance between two embossments. Immediately following the rollers 79, 83, a narrowing inlet 89 is formed by two guide pieces 85, 86. The distance between the edges of the guide pieces 85, 86 and the adjacent rollers 79, 83 is advantageously smaller than the division 93 to be produced, the folds of the filter insert.
The inclination of the guide pieces 85, 86 can be pivoted and locked between 0 and 450 relative to the horizontal and can be displaced as a whole in the direction of movement of the filter paper band.
A folding channel 77 is connected to the guide pieces and is formed from four angle irons 73, 74, 75 and 76 in FIG. 8 arranged parallel to the direction of movement of the filter paper. The position of these angle irons to one another can be adjusted and thus adapted to filters of different widths and different folding distances.
By known means not shown, the speed of the continuously adjustable motor 81 is regulated so that the feed speed of the stretched filter paper tape in the individual machines is the same.
During operation of the device, the motor 56 drives the feed roller 25 via the drive sweater 55, the belt 54 and the belt pulley 53 and at the same time drives the two embossing rollers 28 and via the gearwheel 46, the intermediate gear 44, which acts as an intermediate gear, and the gearwheels 40, 43 and 41 27. The filter paper tape 10 lying between the feed rollers 23 and 25 is thereby unrolled from the paper roll 109 over the deflection roller 11 and transported in the direction of the arrow 22. Simultaneously with the motor 56, the drive motor 81 of the machine C is also switched on, which pulls the filter paper band through the machine B into the machine C.
The embossing rollers 27 and 28 do not clamp the filter paper band 10 as long as only the jacket segments 24 face one another. As already stated above, the distance between the opposing shell segments is greater than the nominal thickness of the filter paper tape. However, as soon as an elevation 29 and a depression 31 face each other due to the rotation of the embossing rollers, they engage in the plane of the filter paper tape 10 and emboss a fold in the filter paper tape 10, which protrudes in the direction of the depression 31 from the plane of the filter paper tape. Successive folds protrude from the plane of the filter material strip in opposite directions.
After passing through machine A, the filter paper tape is introduced into machine B, in which the spacers are attached using known methods. Before leaving this machine, the filter paper tape is vacuumed on both sides to ensure an optimally cleaned surface. The machine B does not need its own drive for the transport of the filter paper tape, but this is pulled by the transport roller 79 of the machine C driven by the drive motor 81.
The filter paper strip provided with the embossings lying transversely to the direction of movement is pushed out of the transport rollers 79, 83 into the inlet 89 of the folding channel 77. When the machine starts up, several folds are placed by hand in the drawn out filter paper tape. The frictional resistance of these first folds in the folding channel creates a congestion of the filter paper tape, which then initiates the automatic folding. The braking of the filter strip can then be regulated by simple auxiliary devices so that the production of pleated layers of different densities, i.e. different fold divisions is possible.
The setting of the angle of inclination of the guide pieces 85 and 86 at the inlet of the folding channel can be used to create an inclined fold position, i.e. to correct a position of the folds inclined forwards or backwards in the direction of movement of the filter material web.
At the exit of the folding channel, the folded filter paper tape is cut into filter inserts of the desired length.
A particular advantage of the method and the device according to the invention is that continuous production from the roll of material to the finished filter insert is possible. Since the embossing can take place at a much higher speed than the pleating and the filters embossed before the folding have straight edges that no longer have to be trimmed, there are also considerable savings, both in manufacturing time and in filter material.
The method according to the invention is also not limited to the production of paper filters, but can be used for any other filter material.
The filter inserts produced by the process according to the invention are distinguished by a high degree of regularity in the division of the folds and by an undamaged, smooth surface of the filter paper tape.
The means for producing the embossments are not limited to the pair of rollers described in the exemplary embodiment of the device, the rollers of which are provided with elevations or depressions at opposite points on the circumference. It is just as well possible to emboss with rollers whose surfaces only have elevations, the filter material being compressed during the embossing between two elevations, each of which belongs to one of the rollers lying parallel to one another. It is also possible to use only one rotating embossing roller which is opposite a flat surface over which the filter material slides. The height of the embossing roller above the work table is then adjusted so that the smallest distance between the elevations above the table is less than the thickness of the filter material.
Embossing does not have to be done with rotating embossing rollers, as described in the exemplary embodiment, but can just as well be done by one or two opposing embossing stamps that can only be moved in one plane, preferably perpendicular to the direction of movement of the filter material. Such an embossing stamp can consist of a hardened steel sheet that is moved up and down over the horizontal work table on which the filter material slides and is arranged transversely to its sliding direction. The movement is set so that the smallest distance that the die reaches from the work table in each work cycle is less than the thickness of the filter material. If two stamps are used, they can preferably be guided perpendicular to the sliding plane of the filter material and in opposite directions in their movement.
The distance between the individual embossings on the filter material is decisive for the thickness of the finished filter after it has been folded.
The distance can be adjusted in different ways. It is possible to rigidly couple the feed speed of the filter material band and the speed of rotation of the embossing rollers and to use exchangeable embossing rollers which all have the same circumference and whose elevations or depressions on this circumference are at different distances from one another. But it is also possible to always work with the same pair of embossing rollers and to change the ratio of the transport speed of the filter material strip to the speed of rotation of the rollers.
In this case it is advantageous if devices are provided upstream and downstream of the embossing rollers which enable the balance between the transport speed of the strip and the speed of rotation of the rollers during embossing. If embossing dies are used instead of the embossing rollers, the setting of the distance between two embossings can be carried out analogously to the two methods described above in connection with embossing rollers.
The device described for example for the production of filter inserts has two drive rollers for the filter material band. In this way it is achieved that the total force to be used for the transport can act at two locations, whereby the tensile load on the belt is reduced. However, depending on the type of filter material and the tensile forces to be used, only a single or several transport rollers can be used.
The described arrangement of the machine for applying the spacers between the embossing machine and the folding machine can be adapted to the special requirements of the entire device.
It is just as possible to apply the spacers to the filter material before embossing.