DE102005008686B4

DE102005008686B4 - Verfahren zur Herstellung von Fluid- oder Luftfiltern und damit hergestellte Filter

Info

Publication number: DE102005008686B4
Application number: DE200510008686
Authority: DE
Inventors: Anton Kreiner; Matthäus HUBER
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2025-02-26
Also published as: DE102005008686A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Fluid- oder Luftfiltern, mit einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Filterelement, insbesondere aus einem sternförmig gefalteten Filtermaterial oder einem zickzack-förmig gefalteten flachen, fluid- oder luftdurchlässigen Filtermaterial, und mindestens einer, das Filterelement dicht abschließenden Endscheibe aus Kunststoff, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Eingießen einer Gussmasse aus einem Lactam, einem Aktivator und einem Katalysator in eine Form oder Gießschale;
b) Einsetzen des Filterelements in die Gussmasse; und
c) anionisches Polymerisieren der Gussmasse.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fluid- oder Luftfiltern nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch nach diesem Verfahren hergestellte Filter.
Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik
Filtereinsätze für Kraftstofffilter mit Folienendscheiben als Abschluß sind z. B. aus der DE 44 28 139 A1 bekannt. Die Endscheiben an den Stirnseiten der Filterpatrone sind elastisch ausgeführt und bestehen aus Folien, die zur Verbindung mit dem Filtermedium erwärmt werden. Durch die Erwärmung dehnen sich die Folien zum Filtermittel hin aus, wodurch dieses durch die Folien teilweise durchdrungen wird und somit eine Abdichtung der stirnseitigen Filterfalten entsteht. Durch die Erwärmung härtet das Folienmaterial gleichzeitig aus, wodurch eine feste Verbindung durch Verkleben mit dem Filtermaterial zustande kommt.
Die DE 199 30 614 A1 offenbart einen Filtereinsatz, insbesondere für den Luftfilter einer Brennkraftmaschine, der aus einem zickzackförmig gefalteten Filterpapier besteht, welches zu einem zylindrischen Mantel der Filterpatrone ringförmig zusammengeschlossen ist. Die Stirnseiten des Filtermediums sind in eine Bodenscheibe und eine Deckelscheibe eingegossen. Im zylindrischen Innenraum der Filterpatrone befindet sich ein Stützrohr, das an seinem auslaßseitigen Ende eine elastische Zone aufweist, die durch axiale Schlitze im Rohrende gebildet wird. Durch die elastische Zone ist das Ende des Stützrohres in radialer Richtung elastisch. Da es in die Deckelscheibe mit eingegossen ist, weitet es sich mit dieser zusammen bei der Montage der Filterpatrone auf den Rohrstutzen auf, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen Stützrohr und Deckelscheibe erhalten bleibt.
Aus der DE 100 03 993 A1 ist ein Filtereinsatz mit zwei unterschiedlich ausgebildeten Endscheiben für ein Flüssigkeitsfilter für Kraftstoffe bekannt, bei dem ein nach außen ragender, rohrförmiger Stutzen so ausgebildet ist, dass er neben der Funktion der Halterung auch die Funktion der Abdichtung übernimmt. Der Stutzen weist dabei an seinem Außenumfang ein die Funktionen der Anschlussmittel und der Dichtmittel übernehmendes, tannenbaumartiges Profil auf. Eine der Endscheiben besteht dabei vorzugsweise aus Polyamid.
Schließlich offenbart die DE 196 04 371 A1 einen Filtereinsatz für einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, bei dem ein hohlzylindrisch ausgebildetes, sternförmig gefaltetes Filterelement mit seinem oberen und unteren Ende in dichtend umfassenden Endscheiben aus Kunststoff befestigt ist. Die einen zentralen Durchgang aufweisende eine Endscheibe ist zweiteilig ausgeführt uns besteht aus einem Außenring, in dem das Filterelement mit seinem Rand beim Gießvorgang der Endscheiben mit eingegossen wird.
Ein Problem bei den vorstehend beschriebenen Filterelementen liegt in der mangelnden Dichtheit der Filterelemente, was zu einem hohen Ausschuss führen kann.
Weiterhin ist nachteilig, dass die aus Kunststoff bestehenden Endscheiben zum Einsumpfen des aus Filterpapier bestehenden Sternelements mittels einer Heizeinrichtung aufgeschmolzen werden, müssen. Beim Aufschmelzen solcher Kunststoffe, die gegen Kraftstoff wiederstandsfähig sein müssen, wird bedingt durch deren hohen Schmelzpunkt ein entsprechend hoher Energieaufwand notwendig, was einer kostengünstigen Herstellung entgegensteht.
Zudem ist es wünschenswert, die Herstellung solcher Filterelemente mit weniger Arbeitsschritten und Maschineneinsatz durchführen zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kraftstufffiltern bereit zu stellen, das die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine höhere Dichtigkeit er Filterelemente sowie eine Kostenersparnis bei der Herstellung erlaubt.
Weiterhin soll es möglich sein, die Weichheit durch entsprechende Auswahl der Ausgangsprodukte individuell einstellen zu können.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das Verfahren zur. Herstellung von Filtern nach Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bisher wurden die für die Herstellung der Filterelemente notwendigen Kunststoffendscheiben mit Hilfe des Spritzgussverfahrens hergestellt. Vielfach werden heute diese Endscheiben separat hergestellt und anschließend zum Herstellungsort der eigentlichen Filterlemente verbracht, um dort mit einer IR-Schweißmaschine augeschmolzen und zu einem Filterelement verschweißt zu werden. Da die Polyamid(PA)-Scheiben feuchteempfindlich sind, nehmen sie auf dem Transportweg Feuchtigkeit auf, die vor dem Aufschmelzen wieder ausgetrieben werden muss. Dies ist arbeitsaufwendig und kostenintensiv, da die Trocknung einen zusätzlichen Zwischenschritt bei der Herstellung von Filterelementen darstellt.
Es ist bekannt, dass sich durch das Polyamidgussverfahren Bauteile aus Polyamid herstellen lassen. Die erfindungsgemäße Herstellung von Filtern erfolgt durch anionische Polymerisation eines Lactams, bspw. Caprolactam, Laurinlactam oder dgl. und durch Zugabe von Aktivatoren und Katalysatoren.
Die Polymerisation erfolgt drucklos bei ca. 120–150°C und läuft innerhalb weniger Minuten als exotherme Reaktion ab. Als Endprodukt erhält man ein extrem hochmolekulares und hochkristallines Polyamid, dessen Materialeigenschaften durch Zugabe von Additiven variiert werden kann. Das nach der Polymerisation entstandene Polyamid zeichnet sich durch eine sehr hohe chemische Beständigkiet aus. Es ist thermoplastisch und lässt sich bohren, fräsen, drehen, schleifen, polieren, schweißen und bedrucken.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Filtern aus Gusspolyamid, welche besipielsweise zu PA6 reagieren sollen, wird Caprolactam (C₆H11NO), das einen Schmelzpunkt von ca. 70°C aufweist, auf die Verabeitungstemperatur, die erfahrungsgemäß zwischen 70 und 150°C liegt, erhitzt und mit Aktivator und Katalysator vermischt. Der Aktivator ist üblicherweise Isocyanat, der Katalysator ist üblicherweise Natrium-Lactamat. Je nach gewünschter Materialeigenschaft, wie z. B. Härte und Schlagzähigkeit, wird ein Schlagzähmodifikator, der üblicherweise ein Amin ist, verwendet.
Das Gusspolyamid kann nach Belieben eingefärbt werden, vorzugsweise schwarz.
Das Gemisch der chemischen Ausgangsprodukte wird in eine Gießschale eindosiert und der Balg des Filterelements eingesetzt. Die Ausgangsstoffe reagieren aus, so dass der Filterbalg einpolymerisiert wird. Es entsteht eine thermoplastische Polyamidendscheibe, die nach der Entformung von der Gießschale fest mit dem Filterbalg verbunden ist, und deren Formgebung durch die Gießschale erfolgt ist.
Soll die gegenüberliegende Seite des Filterelements ebenfalls mit einer Endscheibe aus Kunststoff versehen werden, so können die einzelnen Schritte des Verfahrens mit dem umgedrehten Element entsprechend wiederholt werden.
Im Gegensatz zu den bislang bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Vefahren nicht Polyamid dosiert, extrudiert oder aufgeschmolzen, sondern es wird eine Polymerisation der chemischen Ausgangsprodukte durchgeführt.
Im Gegensatz zum bisherigen Spritzgussverfahren liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Spritzuss vor.
Bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filtern verbindet sich das Filterpapier sehr gut mit dem Polyamid und es kann eine sehr gute Oberfläche erzielt werden. Die Schwindung des Deckeldurchmessers beträgt lediglich 0,8%.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kraftstofffilter weisen eine deutlich höhere Dichtigkeit auf. Da keine weiteren Zwischensachritte erforderlich sind, resultiert eine signifikante Kostenersparnis. Durch die Variation der Ausgangskomponenten (Elastomeranteil) kann die Weichheit individuell eingestellt werden.
Durch den Gießprozess lassen sich im Vergleich zu spritzgegossenen Teilen absolut spannungsfreie Teile herstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zum Anpolimeriieren von Endscheiben an ein Filtermaterial verwendet werden, sondern eignet sich auch für die folgenden Verfahrensschritte:

– Verkleben von Papier mit Kunststoff- oder Blechdeckeln
– Anpolymerisieren diverser Dichtungsgeometrien und Dichtlippen
– Einpolymerisieren von Dichtungen aus EPDM und anderen Dichtstoffen
– Einpolymerisieren von Kunststoffanbauteilen
– Angießen diverser Funktionselemente (Führungen, Schnapper usw.)
– Eingießen rechteckiger Elemente oder Elemente anderer Geometrien
– Anpolymerisieren von Rahmen oder Gehäusen an Elemente

Claims

Verfahren zur Herstellung von Fluid- oder Luftfiltern, mit einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Filterelement, insbesondere aus einem sternförmig gefalteten Filtermaterial oder einem zickzack-förmig gefalteten flachen, fluid- oder luftdurchlässigen Filtermaterial, und mindestens einer, das Filterelement dicht abschließenden Endscheibe aus Kunststoff, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Eingießen einer Gussmasse aus einem Lactam, einem Aktivator und einem Katalysator in eine Form oder Gießschale; b) Einsetzen des Filterelements in die Gussmasse; und c) anionisches Polymerisieren der Gussmasse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Styrol, Butadien, Isopren und dgl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lactam ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Caprolactam, Laurinlactam und dgl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator Isocyanat ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator Natrium-Lactamat ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungstemperatur des Lactams im Bereich zwischen 70°C und 150°C liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation drucklos in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 150°C stattfindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussmasse zusätzlich ein Schlagzähmodifikator zugegeben wird.
Fluid- oder Luftfilter, mit einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Filterelement, insbesondere einem sternförmig gefalteten Filtermaterial oder einem zickzack-förmig gefalteten flachen, fluid- oder luftdurchlässigen Filtermaterial, und mindestens einer, das Filterelement dicht abschließenden Endscheibe aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Endscheibe an das Filtermaterial anpolymerisiert ist.