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Die
Erfindung befaßt
sich mit der Verwendung eines Filters mit einem Tiefenfiltermaterial
als Flüssigkeitsfilter.
Das Filtermaterial enthält
einen Vliesstoff als Primärseite
und Sekundärseite.
Als Primärseite
ist eine Seite des Vliesstoffs anzusehen, welche mit dem Filtereinlaß verbunden
ist, während die
Sekundärseite
mit dem Filterauslaß verbunden ist.
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Aus
DE 693 05 096 T2 ist
ein Vliesstoff bekannt, der u.a. als Filtermedium eines Hochtemperatur-Flüssigkeitsfilters
eingesetzt werden kann. Dieser Vliesstoff kann unter Verwendung
einer herkömmlichen
Wasserverschlingungseinheit hydroverschlungen werden.
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Aus
DE 44 27 817 C1 ist
ein Tiefenfiltermaterial bekannt, das aus adhäsiv und/oder kohäsiv verbundenen
Fasern gebildet ist, und als Luftfilter dient. Bei diesem Luftfilter
mit Tiefenfiltermaterial werden die abzuscheidenden Teilchen überwiegend
in dem Filtermaterial abgeschieden. Bei Oberflächenfiltern hingegen werden
die Teilchen überwiegend
an der Oberfläche
des Filtermaterials als Filterkuchen gesammelt.
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Aus
DE 41 25 250 A1 ist
ein weiteres Luftfiltermaterial bekannt, welches aus einem Laminat
aus zwei Vliesstoffschichten besteht. Die der Sekundärseite zugewandte
Schicht ist durch Wasserstrahlen verfestigt und weist Fasern einer
durchschnittlichen Feinheit kleiner als 2,2 dtex auf. Die Vliesstoffschicht, die
der Primärseite
zugewandt liegt, weist hierzu im Vergleich gröbere Fasern auf.
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Beide
Vliesstoffschichten sind durch mechanisches Vernadeln miteinander
verbunden. Ein solches Filtermaterial hat eine verbesserte Wirksamkeit im
Vergleich zu einem rein mechanisch genadelten Vliesstoff. Beim Laminieren
jedoch bilden sich durch das Vernadeln auch in der sekundärseitigen
Schicht Nadellöcher
aus, die sich negativ auf die Filtereffizienz bezüglich kleiner
Partikel auswirken.
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Generell
haben sich Vliesstoffe als Filtermaterial für Filter bewährt und
garantieren hervorragende Filterationseigenschaften. Die bekannten
Filtermaterialien jedoch sind nicht in jeglicher Hinsicht bezüglich Stabilität und Steifigkeit
zufriedenstellend. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von
Flüssigkeitsfiltern
wesentlich, um einen plissierten bzw. gefalteten Filter mit einer
entsprechend großen
Filteroberfläche
bereitzustellen. Die Steifigkeit ist bei Flüssigkeitsfiltern auch dahingehend
von wesentlicher Bedeutung, daß eine übermäßige Deformation des
Filtermaterials während
des Betriebs verhindert wird. Die Deformation würde zu einem Anliegen des Filtermaterials
führen,
was eine sehr hohe Druckdifferenz und eine niedrige Lebensdauer
des Flüssigkeitsfilters
zur Folge hätte.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines
Filters als Flüssigkeitsfilter
mit einem besonders steifen Filtermaterial bereitzustellen.
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Nach
der Erfindung wird hierzu die Verwendung eines Filters mit einem
Tiefenfiltermaterial als Flüssigkeitsfilter
bereitgestellt, bei dem die Merkmale des Patentsanspruchs 1 verwirklicht
sind.
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Insbesondere
wird bei der erfindungsgemäßen Verwendung
eines Filters mit einem Tiefenfiltermaterial als Flüssigkeitsfilter
zur Behandlung mittels Flüssigkeitsstrahlen
ein Hochdruckwasserstrahl eingesetzt, was an sich auf dem Gebiet
der Herstellung von Vliesstoffen bekannt ist. Durch die scharf gebündelten
Hochdruckwasserstrahlen, welche den Vliesstoff durchdringen und
auf eine flüssigkeitsdurchlässige Unterlage
treffen, werden die Fasern verwirbelt. Die durch die Flüssigkeitsstrahlen
erfaßten
Fasern nehmen dadurch eine schlingenförmige Anordnung ein. Dabei
ist die Strahlenergie, welche durch die Flüssigkeitsmasse pro Zeiteinheit
und den Flüssigkeitsdruck
bestimmt ist, derart bemessen, daß die Fasern von der Primärseite zur
Sekundärseite
hin zunehmend verdichtet sind. Dadurch entstehen verdichtete Bereiche,
in denen Teilchen unterschiedlicher Größe abscheidbar sind. Die in
Verbindung mit der adhäsiven
und/oder kohäsiven
Faserbindung durchgeführte
Flüssigkeitsstrahlbehandlung
von der Sekundärseite
führt zu
einem Vliesstoff, der eine überraschend
hohe Steifigkeit aufweist, und gleichzeitig hervorragende Filtereigenschaften
hat. Bei der Herstellung von Vliesstoffen hingegen wird das Hochdruckflüssigkeitsstrahlen
eingesetzt, um Vliesstoffe mit weichem, textilen Griff zu erzeugen.
Durch die Flüssigkeitsstrahlbehandlung
wird als weiterer Vorteil des Filtermaterials eine Dicke von 5 mm
und kleiner erzielt, was bei einem Flüssigkeitsfilter gemäß der erfindungsgemäßen Verwendung äußerst geeignet
ist. Zusätzliche
Kalandrierungsvorgänge
können hierbei
entfallen. Die Herstellungskosten lassen sich ferner dadurch reduzieren,
daß auch
bei einem einlagigen Vliesstoff unterschiedlich verdichtete Bereiche in
einem einzigen Verfahrensschritt erzeugt werden können.
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Bei
einer vorteilhaften Verwendung ist vorgesehen, dass die Fasern Verschlingungen
aufweisen, die vor dem adhäsiven
und/oder kohäsiven
Verbinden durch Flüssigkeitsstrahlen
von der Primärseite her
erzeugt sind. Durch das zusätzliche
Flüssigkeitsstrahlen
von der Primärseite
her, welches vorzugsweise mit einer anderen Strahlenenergie erfolgt,
als das Flüssigkeitsstrahlen
von der Sekundärseite
her, kann ein besonders festes Tiefenfiltermaterial erhalten werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Verwendung weisen die Fasern einen Titer von 0,05 bis
50 dtex auf.
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Eine
weitere Verbesserung der Filtereigenschaften wird dadurch erzielt,
dass die Fasern Grobfasern und Feinfasern enthalten, wobei der Titer
der Grobfasern mindestens um den Faktor 6 über dem Titer der Feinfasern
liegt. Der Flüssigkeitsfilter
kann somit beispielsweise Feinfasern mit einem Titer von etwa 1
dtex und Grobfasern mit einem Titer von etwa 6 dtx oder mehr aufweisen.
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Bei
der Verwendung als Flüssigkeitsfilter können dann
besonders kleine Teilchen abgeschieden werden, wenn die Feinfasern
wenigstens teilweise aus gesplitteten Splittfasern bestehen. Splittfasern sind
relativ grobe Mehrkomponentenfasern in üblichen krempelfähigen Fasertitern,
welche einfach verarbeitet werden können. Durch das Aufspalten
der Splittfasern entstehen vergleichsweise feine Fasern. Auf diese
Weise können
mit herkömmlichen
Verfahren auch Flächengebilde
mit Mikrofaserstrukturen hergestellt werden.
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Die
Herstellung des verwendeten Flüssigkeitsfilters
wird dadurch besonders vereinfacht, dass die Splittfasern durch
die Flüssigkeitsstrahlbehandlung
gesplittet sind.
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Eine
besonders gute Teilchenspeicherfähigkeit
in dem Filterelement bei der Verwendung als Flüssigkeitsfilter wird dadurch
erzielt, dass die Mediendichte des Vliesstoffes in Durchströmrichtung progressiv
zunimmt. Der Flüssigkeitsfilter
weist infolge dessen an der Primärseite
eine geringe Faserdichte und große Filterporen auf. In diesem
Bereich werden die größeren abzuschneidenden
Teilchen aufgefangen. Zur Sekundärseite
des Flüssigkeitsfilters
hin nimmt die Faserdichte progressiv zu; entsprechend kleiner sind
dort die durch die Fasern gebildeten Poren. Kleinere abzuschneidende
Teilchen durchtreten zunächst
den auf der Primärseite
liegenden Bereich mit geringer Faserdichte und werden dann in einen
Bereich mit höherer
Faserdichte abgeschnitten. Hierdurch wird erreicht, dass der Flüssigkeitsfilter über die
gesamte Dicke des Filtermaterials mit den abzuschneidenden Teilchen
beladen werden kann. Infolge dessen können hohe Filterstandzeiten und
ein gleich bleibend geringer Druckverlust über die gesamte Filterlebensdauer
des Flüssigkeitsfilters erreicht
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Verwendung weist der Vliesstoff wenigstens eine erste
der Primärseite
zugewandte Faserschicht und eine zweite der Sekundärseite zugewandte
Faserschicht auf.
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Die
Herstellung des Flüssigkeitsfilters
wird dadurch besonders vereinfacht, dass wenigstens eine der Faserschichten
im Wesentlichen aus einer vorab verfestigten Vliesstofflage besteht
und dass wenigstens eine andere der Faserlagen im Wesentlichen durch
einen auf die Vliesstofflage aufgebrachten Faserflor gebildet ist,
wobei der Faserflor und die Vliesstofflage durch das Flüssigkeitsstrahlen
miteinander verbunden sind.
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Besonders
gute Filtereigenschaften bei dem Flüssigkeitsfilter werden dadurch
erreicht, dass die durch den Faserflor gebildete Faserschicht an
der Sekundärseite
der Vliesstoffschicht angeordnet ist.
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Besonders
kleine Teilchen können
in dem Flüssigkeitsfilter
abgeschieden werden, wenn die durch den Faserflor gebildete Faserschicht
die Splittfaser enthält.
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Gemäß einer
bevorzugten Verwendung enthält
die der Primärseite
zugewandte Faserschicht einen höheren
Anteil an Grobfasern als die der Sekundärseite zugewandte Faserschicht.
Durch den höheren
Anteil an Grobfasern in der der Primärseite zugewandten Faserschicht
werden dort größere Poren gebildet.
Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Großfasern ausschließlich in
der der Primärseite
zugewandten Faserschicht enthalten sind.
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Die
kohäsive
Verbindung der Fasern kann zweckmäßiger Weise durch eine Verschmelzung
eines Teils der Fasern erfolgen.
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Die
adhäsive
Verbindung bei dem Flüssigkeitsfilter
kann besonders einfach durch eine Verklebung der Fasern durch ein
Bindemittel erfolgen. Bevorzugt werden bikomponente Bindefasern
eingesetzt.
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Insbesondere
die Herstellungskosten des Flüssigkeitsfilters
werden dadurch gesenkt, dass das Filtermaterial über seinen ganzen Querschnitt
flüssigkeitsgestrahlt
ist.
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Eine
besonders große
Filteroberfläche
des Flüssigkeitsfilters
wird dadurch erzielt, dass das Tiefenfiltermaterial plissiert ist.
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Der
Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen
weiter verdeutlicht. Es zeigen:
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1 einen
Flüssigkeitsfilter,
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2 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Filtermaterial
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
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3 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Filtermaterial
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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4 einen
Querschnitt durch eine Splittfaser.
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1 zeigt
einen Flüssigkeitsfilter 1,
der als Filterkassette ausgebildet ist. Er weist ein Filtermaterial 2 auf,
welches parallel zu einer Seitenkante plissiert ist. Das Filtermaterial 2 ist
ringsum durch einen Dichtstreifen 3 eingefaßt.
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Das
Filtermaterial 2 besteht aus dem in 2 dargestellten
Vliesstoff 5. Dieser ist aus synthetischen Fasern 6 mit
einem Titer von 0,05 bis 50 dtex gebildet und kann mit Hilfe von
Kardiermaschinen (z.B. Krempeln) hergestellt werden.
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Durch
eine Hochdruckwasserstrahlbehandlung sind in dem Vliesstoff 5 Verschlinungen
der Faser 6 erzeugt.
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Der
Vliesstoff 5 weist in Durchströmrichtung R gesehen, Bereiche
A, B, C mit unterschiedlichen Eigenschaften auf, die es ermöglichen,
Teilchen unterschiedlicher Größe in den
unterschiedlichen Bereichen A, B, C abzuscheiden. Die unterschiedlichen
Eigenschaften A, B, C werden dadurch erzielt, dass die Faserdichte
in Durchströmrichtung
R von der Primärseite 7 zur
Sekundärseite 8 progressiv
zunimmt.
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Die
Zunahme der Faserdichte wird dadurch erhalten, dass der Vliesstoff 5 von
der Sekundärseite 8 her
einer Wasserstrahlbehandlung unterzogen wird. Durch eine solche
einseitige Wasserstrahlbehandlung werden die Fasern 6 des
Vliesstoffes 5 auf der Sekundärseite 8 stärker verdichtet
als auf der dem Wasserstrahl abgewandten Primärseite 7. Somit ist
die Faserdichte in dem der Primärseite 7 zugewandte
Bereich A geringer als in dem mittleren Bereich B und dort wiederum
geringer als in dem der Sekundärseite 8 zugewandten
Bereich C. Entsprechend nimmt die Größe der durch die Fasern 6 begrenzten
Zwischenräume
oder Poren des Vliesstoffes 5 vom Bereich A zum Bereich
C hin zu. Infolge dessen können
im Betrieb des Flüssigkeitsfilter
größere Teilchen
in dem Bereich A, kleinere Teilchen in dem Bereich B und Feinstpartikel
im Bereich C abgeschieden werden.
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Die
Fasern 6 des Vliesstoffes 5 werden nach der Flüssigkeitsstrahlbehandlung
adhäsiv
und/oder kohäsiv
verbunden. eine kohäsive
Verbindung kann durch Verschweißen
erfolgen, wobei die Fasern 6 bei erhöhter Temperatur zweitweilig
erweichen und sich benachbarte Fasern 6 an ihren Berührungspunkten, gegebenenfalls
unter Druck, verbinden. Eine adhäsive
Verbindung kann durch Verklebung der Fasern 6 durch ein
Bindemittel erfolgen. Dieses kann in Form von so genannten Bindefasern
schon vor der Herstellung des Vlieses 5 beigemischt werden.
Die Bindung erfolgt dann beispielsweise durch eine thermische Behandlung,
wobei der Mantel der Bindefaser erweicht und benachbarte Fasern 6 untereinander örtlich verbindet.
Eine adhäsive
Verbindung kann auch durch Applizieren eines flüssigen Polymerbindemittels
erfolgen, das durch eine anschließende Wärmebehandlung ausgehärtet wird.
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Die
Fasern 6 des Vliesstoffes 5 in 3 weisen
Grobfasern 6' und
Feinfasern 6'' auf, wobei
der Titer die Grobfasern um den Faktor 6 über dem der Feinfasern liegt.
Die Bereiche A',
B' des Vliesstoffes 5 mit
unterschiedlichen Eigenschaften in der Durchströmrichtung R werden da durch
erhalten, dass wenigstens zwei Faserlagen mit unterschiedlichen
Faserzusammensetzungen vorgesehen sind. Die der Primärseite 7 zugewandte
Faserlage, welche in dem Bereich A' angeordnet ist, weist einen höheren Anteil an
Grobfasern 6' auf
als die der Sekundärseite 8 zugewandte
Faserlage, welche im Bereich B' angeordnet
ist. Gewichtsverhältnis
der Feinfasern zu den Grobfasern in dem Vliesstoff 5 beträgt dabei
5 zu 95 bis 40 zu 60. Durch das Flüssigkeitsstrahlen werden Verschlingungen
der Fasern 6', 6'' erzeugt, welche die Faserlagen
verbinden.
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Die
Feinfasern 6'' können wenigstens
teilweise aus gesplitteten Splittfasern 9 bestehen. Ein schematischer
Querschnitt durch eine solche Splittfaser 9 ist in 4 dargestellt.
Die schematische Splittfaser 9 weist eine erste aus einem
ersten Polymer gebildete Komponente 10 und eine zweite
aus einem zweiten Polymer gebildete Komponente 11 auf.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind acht Segmente mit der Komponente 10 ausgebildet, wobei
zwischen den Segmenten jeweils schichtförmig die Komponente 11 angeordnet
ist. Beim Splitten oder Spalten der Splittfaser 9 bilden
die acht Komponenten 10 jeweils einen der in den 2 und 3 dargestellten
Fasern 6 beziehungsweise 6''.
Der Titer der durch das Spalten der Splittfaser 9 erzeugten
Feinfasern 6'' kann hinunter
bis zu 0,05 dtex betragen. Die ungesplittete Splittfaser 9 hingegen
ist deutlich gröber
und kann infolge dessen einfach verarbeitet werden, indem sie dem
Vliesstoff 5 beigemengt wird. Das Aufspalten der Splittfaser 9 erfolgt
durch den auf die Splittfaser 9 ausgeübten Druck mittels der Wasserstrahlbehandlung.
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Die
Vorteile des Flüssigkeitsfilters
und seines Herstellungsverfahrens werden im Folgenden anhand von
zwei Beispielen dargelegt.
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Beispiel 1
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Der
Vliesstoff in Beispiel 1 weist ein Massengewicht von 300 g/m2 und ein Dicke (gemessen nach DIN 53855)
von 3 mm auf. Er wird aus gekrempelter Stapelfaser hergestellt.
Die Faserzusammensetzung beträgt
40% 0,9 dtex, 10% 6,7 dtex Polyesterfaser und 50% 2,2 dtex Polyester
Bikomponentenfaser. Verschlingungen der Fasem werden durch einseitiges
Wasserstrahlen mit einem Wasserdruck zwischen 50 und 100 bar erzeugt.
Sodann wird der Vliesstoff in einem Thermofusionsofen getrocknet und
durch Aktivierung der Bindefaser gebunden.
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Dieser
Vliesstoff hat eine Steifigkeit in Längsrichtung von 120 N·m2 (gemessen bei 20° Biegewinkel nach DIN 53350).
Dies ist etwa 3 mal so hoch wie bei einem Vliesstoff mit identischen
Faserzusammensetzung, Gewicht und Dicke, der aber ohne Flüssigkeitsstrahlbehandlung
erzeugt worden ist.
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Beispiel 2:
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Der
Vliesstoff in Beispiel 2 hat ein Massengewicht von 170 g/m2 und
eine Dicke (gemessen nach DIN 53855) von 0,9 mm. Dieser Vliesstoff
wird aus zwei Floren aus gekrempelten Stapelfaser hergestellt. Die
Faserzusammensetzung des ersten Flors, der 17 % des Gesamtgewichtes
ausmacht, beinhaltet 50% einer Polyolefin Splittfaser mit 2,2 dtex
(ungesplittet) und 50% einer Polypropylenfaser mit 6,7 dtex. Die
Faserzusammensetzung des zweiten Flors beinhaltet 100% einer 36
dtex Polyolefin Bikomponentenfaser. Eine Verbindung der Flore durch
Verschlingung der darin enthaltenen Fasem wird durch Wasserstrahlen,
mit ein Wasserdruck zwischen 50 und 150 bar, erzeugt und unmittelbar
danach in einem Thermofusionsofen getrocknet und durch Aktivierung
der Bindefaser gebunden. Die daraus resultierende Vliesstoffstruktur
weißt
eine stetige Abnahme an feinen Fasern von der Feinfaserseite zur Grobfaserseite
hin auf.
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Die
Vliesstoffstruktur hat eine Biegesteifigkeit, in Fertigungsrichtung,
von 38,0 N·mm2 (gemessen bei 20° Biegewinkel, nach DIN 53350).
Dies ist dreimal so hoch ist wie ein Vergleichsfiltermaterial, welches
sich aus drei in verschiedenen Arbeitsschritten hergestellten Lagen
zusammensetzt, die ohne Flüssigkeitsstrahlen
im Kalanderverfahren hergestellt sind, bei gleichem Gewicht und
gleicher Dicke.