DE10163026A1 - Fluidfilter und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Fluidfilter und Verfahren zu seiner Herstellung

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    • B01D2271/00—Sealings for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2271/02—Gaskets, sealings

Abstract

Bei einem Fluidfilter, umfassend ein Filtermedium (2), das zwei permeable Flächen (2a, 2b) aufweist, nämlich eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Fläche, die dazu ausgelegt sind, von dem zu filternden Fluid durchsetzt zu werden, sowie eine flexible ringförmige Dichtung (3) aus Kunststoffmaterial, die dichtend mit dem Filtermedium verbunden ist, wobei sie die eine (2a) der permeablen Flächen des Filtermediums einfasst, wobei diese Dichtung dazu ausgelegt ist, die Dichtigkeit mit einer ringförmigen Auflagefläche herzustellen, um die stromaufwärtige und die stromabwärtige Fläche des Filters voneinander zu trennen, wird vorgeschlagen, dass die flexible Dichtung durch einen nicht geformten Wulst (3) aus flexiblem Kunststoffmaterial gebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidfilter, insbesondere Luftfilter, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fluidfilter, umfassend:
    • - ein Filtermedium, das zwei permeable Flächen aufweist, nämlich eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Fläche, die dazu ausgelegt sind, von dem zu filternden Fluid durchströmt zu werden,
    • - sowie eine flexible ringförmige Dichtung aus Kunststoffmaterial, die dichtend mit dem Filtermedium verbunden ist, wobei sie die eine der permeablen Flächen des Filtermediums einfasst, wobei diese Dichtung dazu ausgelegt ist, die Dichtigkeit mit einer ringförmigen Auflagefläche herzustellen, um die stromaufwärtige und die stromabwärtige Fläche des Filters voneinander zu trennen.
  • Bei den bekannten Filtern dieses Typs, insbesondere bei Luftfiltern für Kraftfahrzeuge (Filter für den Motor oder Filter für den Fahrgastraum), ist die flexible Dichtung im Allgemeinen auf dem Filtermedium geformt, welches Filtermedium meist durch ein gefaltetes Blatt aus Filterpapier oder dergleichen gebildet ist. Dieser Formschritt ist verhältnismäßig teuer und verkompliziert das Verfahren zur Herstellung des Filters. Ferner wandert beim Formprozeß das Kunststoffmaterial der flexiblen Dichtung im Allgemeinen aufgrund von Kapillareffekten entlang der Falten des Papierfilters und bildet dabei Grate, die bis auf eine der permeablen Flächen des Filtermediums vordringen und somit die Filteroberfläche und daher die Effizienz des Filters verringern. Schließlich bilden sich gelegentlich Grate auf den Flächen der Form, was es erforderlich macht manuell abzugraten, um eine gute Dichtigkeit und ein gutes Aussehen des Filters zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen.
  • Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck ein Fluidfilter der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Dichtung durch einen nicht geformten Wulst aus flexiblem Kunststoffmaterial gebildet ist.
  • Hierdurch vereinfacht man das Verfahren zur Filterherstellung beträchtlich, und da man kein Spritzformen einsetzt, vermeidet man Grate des Dichtungsmaterials in Richtung der permeablen Flächen des Filtermediums. Überraschenderweise erhält man somit eine gute Abdichtung der Dichtung mit dem Gehäuse oder dergleichen, in dem der Filter aufgenommen ist, obwohl die äußere Form der Dichtung ggf. weniger genau als bei den geformten Dichtungen des Standes der Technik definiert sein kann.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filters kann man eventuell die eine und/oder die andere der nachfolgenden Maßnahmen vorsehen:
    • - Die Dichtung ist aus zellförmigem Material und weist eine durchgehende und dichte Außenhaut auf;
    • - Die Dichtung weist eine Härte kleiner als 15 Shore A auf;
    • - Der Filter weist die Form einer im Wesentlichen ebenen Platte mit zwei Hauptflächen auf, die jeweils einen Umfangsrand aufweisen, durch eine bestimmte Dicke des Filtermediums voneinander getrennt sind und die stromaufwärtige bzw. die stromabwärtige Fläche bilden, wobei die flexible Dichtung vorstehend auf einer der Hauptflächen des Filters entlang des Umfangsrands dieser Hauptfläche gebildet ist;
    • - Die flexible Dichtung ist vollständig innerhalb des Umfangsrands der Hauptfläche angeordnet, auf der sie gebildet ist;
    • - Die flexible Dichtung ragt auf wenigstens einem Teil der Dicke des Filters seitlich über den Umfangsrand der Hauptfläche hinaus, auf der sie gebildet ist;
    • - Das Filtermedium umfasst ein gefaltetes permeables Blatt, welches eine Mehrzahl von zueinander parallelen Falten bildet, die zwischen sich Lücken begrenzen, wobei das Filtermedium die Form einer Platte mit wenigstens zwei zu den Falten nicht parallelen Rändern aufweist, wobei wenigstens zwei Haltegürtel aus Kunststoffmaterial auf das Filtermedium entlang der zu den Falten nicht parallelen Ränder geklebt sind, wobei sie lokal die Lücken auffüllen, und wobei dieser Haltegürtel durch die flexible Dichtung bedeckt ist.
    • - Die flexible Dichtung ist aus Polyurethanschaum gefertigt;
    • - Der Filter ist ein Luftfilter für ein Kraftfahrzeug.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filters, wie er oben definiert wurde, wobei das Verfahren wenigstens die nachfolgenden Schritte enthält:
    • a) man bringt auf das Filtermedium einen gleichmäßigen Ringgürtel aus einer thixotropen Reaktionsmischung auf, die dazu ausgelegt ist, ein flexibles Kunststoffmaterial zu bilden, wobei diese Reaktionsmischung eine ausreichende Viskosität aufweist, damit der Gürtel aus der Reaktionsmischung wenigstens teilweise auf dem Filtermedium vorstehend bleibt,
    • b) man läßt die Reaktionsmischung ohne Form polymerisieren, um die flexible Dichtung zu bilden.
  • Dank ihrer thixotropen Eigenschaften bildet die Reaktionsmischung einen Gürtel, der sich perfekt an die Oberflächengeometrie des Filtermediums anpasst, ohne aufgrund von Kapillareffekten entlang der Falten oder Lücken dieser Oberfläche zu wandern.
  • In bevorzugten Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man eventuell die eine und/oder die andere der nachfolgenden Maßnahmen vorsehen:
    • - Die Reaktionsmischung weist während ihres Aufbringens auf das Filtermedium eine Viskosität zwischen 16250 und 16750 cP auf;
    • - Die thixotrope Reaktionsmischung ist dazu ausgelegt, einen Polyurethanschaum zu bilden;
    • - Die thixotrope Reaktionsmischung umfasst wenigstens ein polyfunktionales Polyol und ein Isocyanat;
    • - Das polyfunktionale Polyol ist Tiscorin und das Isocyanat ist Methylen-bis-4-phenylisocyanat;
    • - Das Filtermedium umfasst ein gefaltetes permeables Blatt, welches eine Mehrzahl von zueinander parallelen Falten bildet, die zwischen sich Lücken begrenzen, wobei das Filtermedium die Form einer Platte mit wenigstens zwei zu den Falten nicht parallelen Rändern aufweist, wobei dem Schritt (a) ein Vorschritt vorangeht, in dessen Verlauf man wenigstens zwei Haltegürtel aus Kunststoffmaterial auf das Filtermedium entlang der zu den Falten nicht parallelen Ränder klebt, wobei man die Lücken lokal auffüllt, und wobei man im Verlauf des Schritts (a) den Gürtel aus Reaktionsmischung auf diesen Haltegürtel aufbringt;
    • - Der Filter weist die Form einer ebenen Platte mit zwei parallelen Hauptflächen auf, die die stromaufwärtige und die stromabwärtige permeable Fläche bilden, und im Verlauf der Schritte (a) und (b) sind die Hauptflächen des Filters horizontal angeordnet, wobei die die Reaktionsmischung aufnehmende Hauptfläche nach oben orientiert ist.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich werden. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Schemaansicht eines Kraftfahrzeugs, das mit einem erfindungsgemäßen Luftfilter ausgestattet ist;
  • Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Luftfilter gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei der Luftfilter beispielsweise für das Fahrzeug aus Fig. 1 bestimmt sein kann;
  • Fig. 3 eine perspektivische und entlang der Linie III-III in Fig. 2 geschnittene Detailansicht;
  • Fig. 4 eine geschnittene Detailansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3; und
  • Fig. 5 eine geschnittene Detailansicht eines Filters gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei der Filter beispielsweise für das Fahrzeug in Fig. 1 bestimmt sein kann.
  • In den verschiedenen Figuren tragen identische oder ähnliche Elemente die gleichen Bezugszeichen.
  • Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug V, dessen Fahrgastraum mit einem Luftfilter 1 ausgestattet ist. Dieser ist dazu ausgelegt, einen Strom frischer Luft F zu filtern, der in den Fahrgastraum eintritt, und/oder einen Strom wiederaufbereiteter Luft R zu filtern, der aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs stammt und in diesen Fahrgastraum zurückkehren soll.
  • Selbstverständlich könnte der erfindungsgemäße Luftfilter auch einen Luftfilter für einen Motor bilden, oder noch allgemeiner, irgendeinen anderen Filter für ein Fluid bei Fahrzeugen oder anderen Anwendungen.
  • Wie in den Fig. 2-4 dargestellt, weist der Luftfilter 1 allgemein die Form einer ebenen Scheibe aus Filtermedium 2 auf, die zwei permeable parallele Hauptflächen 2a, 2b aufweist, welche durch eine bestimmte Dicke voneinander getrennt sind, wobei eine dieser Flächen (beispielsweise die Fläche 2a) die stromabwärtige Fläche des Filters bildet und die andere Fläche (beispielsweise die Fläche 2b) die stromaufwärtige Fläche des Filters bildet.
  • Das Filtermedium 2 ist im Allgemeinen durch ein gefaltetes Blatt aus Filterpapier oder einem anderen permeablen Material gebildet, welches parallele Falten 2c bildet.
  • Um eine Abdichtung gegenüber einem Rahmen oder dergleichen herzustellen, in dem der Filter im Gebrauch eingesetzt ist, umfasst der Filter ferner eine Dichtung 3, die durch einen Ringwulst aus flexiblem Kunststoffmaterial (zellförmig oder nicht zellförmig) gebildet ist, welcher eine der Hauptflächen 2a, 2b des Filters einfasst (entweder die stromaufwärtige Fläche, oder die stromabwärtige Fläche), im vorliegenden Fall die Fläche 2a. Dieser Wulst steht über die Fläche 2a vor und ragt seitlich über diese Fläche hinaus, und zwar auf der gesamten Dicke oder auf einem Teil der Dicke des Filters. Wenn der Filter in sein Gehäuse eingesetzt ist, ist somit die Dichtung 3 axial und lateral durch Anlage auf einer zur Fläche 2a parallelen Ringauflagefläche und auf einer Ringauflagefläche komprimiert, die parallel zu den die Dicke des Filters bildenden Seitenflächen ist, derart, dass die Flächen 2a, 2b gegeneinander isoliert sind.
  • Um den Ringwulst 3 zu bilden, beginnt man vorzugsweise damit, auf die Fläche 2a des Filters einen Haltegürtel 4 aus synthetischem Thermoplastmaterial ("Hot Melt") entlang der zwei Filterränder zu kleben, die orthogonal zu den Falten 2c sind, um einen präzisen und konstanten Abstand dieser Falten beizubehalten und um die zwischen den Falten 2c freigelassenen Lücken 2d lokal aufzufüllen (Fig. 4).
  • Vorzugsweise wird das Thermoplastmaterial 4 heiß aufgebracht, wenn die Falten 2c in einer verhältnismäßig weit geöffneten Position sind, und dann werden die Falten 2c bis in ihre Endposition zusammengedrückt, was ein gutes Auffüllen der Lücken 2d zwischen den Falten entlang des Gürtels 4 ermöglicht. Da der Gürtel 4 weniger voluminös als die Dichtung 3 ist, wandert das Thermoplastmaterial des Gürtels 4 quasi nicht entlang der Falten 2c, insbesondere da das Thermoplastmaterial im Kontakt mit dem Filtermedium 2 schnell aushärtet.
  • Sobald diese Vorarbeit beendet ist, bringt man einen Ringgürtel aus einer thixotropen Reaktionsmischung, die ein zellförmiges Material bilden kann, entlang des Randes der Filterfläche 2a auf, wobei man den Haltegürtel 4 bedeckt. Während dieses Arbeitsschritts liegt der Filter mit seiner Fläche 2a nach oben orientiert flach auf einer horizontalen Oberfläche. Vorzugsweise weist die thixotrope Reaktionsmischung bei ihrer Ablagerung eine Viskosität zwischen 16250 und 16750 cP (Centipoise) auf, was es ermöglicht, einen auf der Fläche 2a vorstehenden Gürtel aus der Reaktionsmischung zu erhalten. Wegen ihres thixotropen Charakters besitzt die Mischung kurz nach ihrer Ablagerung auf der Fläche 2a des Filters eine ziemlich große Viskosität, so dass sie quasi nicht in die Lücken 2d zwischen den Falten eindringt und nicht aufgrund von Kapillareffekten entlang den Falten 2c wandert, was Grate vermeidet, die die Filteroberfläche des Filters verringern würden.
  • Der Arbeitsschritt der Ablagerung des Gürtels aus thixotropem Material erfolgt vorzugsweise automatisch mittels einer beweglichen Düse, die zu einer Robotervorrichtung gehört, was eine gleichmäßige Ablagerung des Gürtels aus thixotropem Material erlaubt.
  • Die fragliche Reaktionsmischung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, einen Polyurethanschaum zu bilden: Es kann sich insbesondere um eine Reaktionsmischung handeln, die wenigstens ein polyfunktionales Polyol enthält, insbesondere ein trifunktionales (beispielsweise Tiscorin, d. h. hydriertes Rizinusöl) sowie Polyisocyanat (beispielsweise Methylen-bis-4- phenylisocyanat). Dann läßt man die Reaktionsmischung an Luft polymerisieren. Die Reaktionsmischung reagiert mit dem natürlicherweise in der Luft enthaltenen Wasserdampf unter Bildung des Polyurethanschaums des Wulstes 3.
  • Da keine Form verwendet wird, weist der derart gebildete Polyurethanschaum eine glatte, durchgehende und dichte Außenhaut auf, was die Effizienz der Dichtung 3 erhöht. Dank dieser dichten Außenhaut und dank der geringen Härte der Dichtung 3 (vorzugsweise ist diese Härte kleiner als 15 Shore A) erhält man eine perfekte Dichtigkeit gegenüber der Luft im Kontakt zwischen der Dichtung 3 und dem Filtergehäuse, und dies trotz der leichten Unregelmäßigkeiten, die durch die Fertigung der Dichtung 3 ohne Formen auftreten können (lokale Dickenvariationen aufgrund einer mehr oder weniger starken Expansion des Polyurethanschaums bei seiner Polymerisation, leichte Überdicke im Bereich des Verbindungspunkts zwischen dem Anfang und dem Ende des Gürtels der Reaktionsmischung etc.).
  • In einer in Fig. 5 dargestellten Variante kann die Reaktionsmischung weiter innen an der Fläche 2a (oder der Fläche 2b) aufgebracht sein, so dass der Wulst 3 seitlich nicht über die Fläche 2a (bzw. die Fläche 2b) übersteht: In diesem Fall wird die Dichtung 3 beim Einsetzen der Dichtung in ihr Gehäuse nur zwischen der Fläche 2a des Filters und einer zu dieser Fläche 2a parallelen Ringauflage komprimiert.

Claims (16)

1. Fluidfilter, umfassend:
ein Filtermedium (2), das zwei permeable Flächen (2a, 2b) aufweist, nämlich eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Fläche, die dazu ausgelegt sind, von dem zu filternden Fluid durchströmt zu werden,
sowie eine flexible ringförmige Dichtung (3) aus Kunststoffmaterial, die dichtend mit dem Filtermedium verbunden ist, wobei sie die eine (2a) der permeablen Flächen des Filtermediums einfasst, wobei diese Dichtung dazu ausgelegt ist, die Dichtigkeit mit einer ringförmigen Auflagefläche herzustellen, um die stromaufwärtige und die stromabwärtige Fläche des Filters voneinander zu trennen,
dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Dichtung durch einen nicht geformten Wulst (3) aus flexiblem Kunststoffmaterial gebildet ist.
2. Fluidfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus einem zellförmigen Material gebildet ist und eine durchgehende und dichte Außenhaut aufweist.
3. Fluidfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (3) eine Härte von weniger als 15 Shore A aufweist.
4. Fluidfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er die Form einer im Wesentlichen ebenen Platte mit zwei Hauptflächen (2a, 2b) aufweist, die jeweils einen Umfangsrand aufweisen, durch eine bestimmte Dicke des Filtermediums voneinander getrennt sind und die stromaufwärtige bzw. die stromabwärtige Fläche bilden, wobei die flexible Dichtung (3) vorstehend auf einer der Hauptflächen des Filters entlang des Umfangsrands dieser Hauptfläche gebildet ist.
5. Fluidfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Dichtung (3) vollständig innerhalb des Umfangsrands der Hauptfläche (2a) angeordnet ist, auf der sie gebildet ist.
6. Fluidfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Dichtung (3) auf wenigstens einem Teil der Dicke des Filters seitlich über den Umfangsrand der Hauptfläche (2a) hinausragt, auf der sie gebildet ist.
7. Fluidfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (2) ein gefaltetes permeables Blatt umfasst, welches eine Mehrzahl von zueinander parallelen Falten (2c) bildet, die zwischen sich Lücken (2d) begrenzen, wobei das Filtermedium (2) die Form einer Platte mit wenigstens zwei zu den Falten (2c) nicht parallelen Rändern aufweist, wobei wenigstens zwei Haltegürtel (4) aus Kunststoffmaterial auf das Filtermedium (2) entlang der zu den Falten (2c) nicht parallelen Ränder geklebt sind, wobei sie lokal die Lücken (2c) auffüllen, und wobei dieser Haltegürtel (4) durch die flexible Dichtung (3) bedeckt ist.
8. Fluidfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Dichtung (3) aus Polyurethanschaum gebildet ist.
9. Fluidfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Luftfilter für ein Kraftfahrzeug bildet.
10. Verfahren zur Herstellung eines Fluidfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren wenigstens die nachfolgenden Schritte enthält:
a) man bringt auf das Filtermedium (2) einen gleichmäßigen Ringgürtel aus einer thixotropen Reaktionsmischung auf, die dazu ausgelegt ist, ein flexibles Kunststoffmaterial zu bilden, wobei diese Reaktionsmischung eine ausreichende Viskosität aufweist, damit der Gürtel aus der Reaktionsmischung wenigstens teilweise auf dem Filtermedium vorstehend bleibt,
b) man läßt die Reaktionsmischung ohne Form polymerisieren, um die flexible Dichtung (3) zu bilden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmischung während ihres Aufbringens auf das Filtermedium (2) eine Viskosität zwischen 16250 und 16750 cP aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thixotrope Reaktionsmischung dazu ausgelegt ist, einen Polyurethanschaum zu bilden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die thixotrope Reaktionsmischung wenigstens ein polyfunktionales Polyol und ein Isocyanat umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das polyfunktionale Polyol Tiscorin ist, und dass das Isocyanat Methylen-bis-4-phenylisocyanat ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (2) ein gefaltetes permeables Blatt umfasst, welches eine Mehrzahl von zueinander parallelen Falten (2c) bildet, die zwischen sich Lücken (2d) begrenzen, wobei das Filtermedium (2) die Form einer Platte mit wenigstens zwei zu den Falten (2c) nicht parallelen Rändern aufweist, wobei dem Schritt (a) ein Vorschrift vorangeht, in dessen Verlauf man wenigstens zwei Haltegürtel (4) aus Kunststoffmaterial auf das Filtermedium (2) entlang der zu den Falten (2c) nicht parallelen Ränder klebt, wobei man die Lücken (2d) lokal auffüllt, und wobei man im Verlauf des Schritts (a) den Gürtel aus Reaktionsmischung auf diesen Haltegürtel (4) aufbringt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (1) die Form einer ebenen Platte mit zwei parallelen Hauptflächen (2a, 2b) aufweist, die die stromaufwärtige und die stromabwärtige permeable Fläche bilden, und dass im Verlauf der Schritte (a) und (b) die Hauptflächen des Filters horizontal angeordnet sind, wobei die die Reaktionsmischung aufnehmende Hauptfläche (2a) nach oben orientiert ist.
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