Darstellung
der Erfindung
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Gewirke zu schaffen,
welches bei problemloser Herstellung eine hohe Gebrauchstauglichkeit
aufweist.
Die
vorliegende Erfindung löst
die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs
1. Danach ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet,
dass die Stoffe während
des Verspinnens in mehrere Phasen entmischt werden oder zerfallen.
Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass Phasengrenzflächen
zwischen mindestens zwei Stoffen A und B vorzugsweise längs zur
Faserrichtung auftreten. Beim Verspinnen tritt der Phasentrennungsprozess
bzw. die Entmischung und Grenzflächenbildung
erfindungsgemäß simultan
auf. Beispielsweise beinhaltet dann ein Volumen versponnenes Material
zwei Teilvolumina zweier getrennter oder zu trennender oder trennbarer
Stoffe A und B. Hierdurch wird die Produktivität erheblich gesteigert.
Erfindungsgemäß ist insbesondere
erkannt worden, dass durch diesen Verfahrensschritt auf überraschende
Weise eine höhere
Produktivität
zugänglich
wird. Indem dieser Verfahrensschritt durchgeführt wird, ist es möglich, mehr
Fasern pro Zeiteinheit zu erzeugen. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass
die aus diesen Fasern hergestellten Gewirke eine besonders hohe
mechanische Stabilität
aufweisen, da die so erzeugten Fasern eine mechanische Bindung untereinander
eingehen. Insoweit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ein
Gewirke mit hoher Gebrauchstauglichkeit problemlos herzustellen.
Folglich
ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Die
für die
Herstellung der Fasern verwendeten Stoffe könnten durch Verringern der
Lösungsmittelkonzentration
phasensepariert werden. Dieser Verfahrensschritt erlaubt es, den Übergang
von einem einphasigen Zustand in einen mehrphasigen Zustand allein
durch Verringern der Konzentration eines kostengünstigen Lösungsmittels zu bewirken. Die
meisten Lösungsmittel
zeichnen sich dadurch aus, dass sie besonders problemlos durch Wärme und/oder
Druckänderung
aus der Lösung
verbracht werden können.
Das Lösungsmittel
kann nach Entfernen aus der Lösung
wieder verwendet werden. Insoweit ist ein Kreisprozess durchführbar, bei
dem das Lösungsmittel
durch ein Recyclingverfahren wieder aufbereitet wird. Hierdurch
ist ein kostengünstiges Verfahren
zur Herstellung von Nanofasern realisierbar.
Die
Stoffe könnten
durch Verringern der Konzentration zumindest eines Stoffs in der
einphasigen Lösung
phasensepariert werden. Dieser Verfahrensschritt erlaubt vorteilhaft
die Verwendung eines Stoffes, welcher auf Grund seiner physikalischen und/oder
chemischen Eigenschaften leicht aus der Lösung entfernt oder modifiziert
werden kann. Darüber
hinaus erlaubt dieser Verfahrensschritt, einen kostengünstigen
Stoff zusammen mit einem relativ teuren Stoff zu verwenden und lediglich
den teuren Stoff zu Fasern zu verspinnen. Hierdurch wird der erste
Stoff quasi als Hilfsstoff verwendet, der beispielsweise in einem
Recyclingprozess erneut einer Lösung
zugeführt
werden kann.
Das
Lösungsmittel
könnte
beim Verspinnen verdampft werden. Ein Verdampfungsprozess ist technisch
problemlos realisierbar, da die meisten Lösungsmittel bei Normaldruck
schon bei Temperaturen von weit unter 100°C in ausreichendem Maße verdampfen.
Hierbei ist auch denkbar, dass das Lösungsmittel durch Infrarotstrahlung
oder Heißluftgebläse erwärmt wird.
Zumindest
ein Stoff könnte
nach oder beim Verspinnen zumindest teilweise aus dem Lösungsmittel
oder aus den Fasern heraus gelöst
werden. Durch diesen Verfahrensschritt können Fasern erzeugt werden,
die vorwiegend oder ausschließlich aus
einem Stoff bestehen. Nach dem Verspinnen der Fasern und Ablegen
zu einem Fasergewirke, kann selektiv ein Stoff herausgelöst werden,
um die Porosität
des Gewirkes einzustellen. Denkbar ist auch, einen Stoff herauszulösen, der
die Bindung der Fasern untereinander verhindert oder deren Stabilität beeinflusst.
Nach dem Herauslösen
des Stoffes können die
Fasern eine stabile mechanische oder chemische Verbindung miteinander
eingehen. Das Herauslösen kann
durch Verwendung eines der in dieser Beschreibung genannten Lösungsmittel
erfolgen.
Vor
diesem Hintergrund könnte
zumindest ein Stoff nach oder beim Verspinnen zumindest teilweise
aus dem Lösungsmittel
oder aus den Fasern heraus geschmolzen werden. Hierbei könnte die
Glastemperatur eines amorphen Stoffes überschritten werden, um diesen
Stoff quasi herauszuschmelzen.
Amorphe
Stoffe wie Polymere, die gerade nicht kristallin oder teilkristallin
vorliegen, können nicht
im eigentlichen Sinne schmelzen.
Den
Fasern könnte
ein als Biozid wirkender Stoff beigemengt werden. Hierdurch sind
Gewirke erzeugbar, welche intrinsisch ein Biozid umfassen. Vor diesem
Hintergrund ist beispielsweise denkbar, dass ein Gewirke ein Biozid
oder ein Desinfektionsmittel umfasst. Diese konkrete Ausgestaltung
erlaubt die Verwendung des Gewirkes als Filterelement im medizinischen
Bereich, da aus einer Gas-Luft- oder Flüssigkeitsströmung nicht
nur Feinstpartikel, sondern auch Bakterien und Krankheitserreger
wirksam heraus gefiltert und im Idealfall abgetötet werden können. Die
desinfizierende Wirkung ermöglicht
auch die Verwendung eines solchen Gewirkes als Reinigungstuch.
Insbesondere
könnten
die für
die Faserbildung verwendeten Stoffe so gewählt werden und/oder chemisch
oder physikalisch modifiziert werden, dass eine Sterilisation eines
aus diesen Fasern hergestellten Gewirkes möglich ist. Dies eröffnet eine Verwendung
des Gewirkes im medizinischen Bereich oder in der Lebensmitteltechnik,
da dort nur nahezu keimfreie Gewirke eingesetzt werden dürfen. Die Sterilisation
erfordert häufig
eine Erhitzung des Gewirkes. Daher ist es von Vorteil, wenn das
Fasermaterial vernetzt ist, um der thermischen Belastung standzuhalten.
Den
Fasern könnten
Füllstoffe
beigemengt werden. Dabei ist denkbar, dass organische und/oder anorganische
Füllstoffe
als Additive beigemengt sind. Hierbei ist denkbar, dass als anorganische
Stoffe Silikate, insbesondere Schichtsilikate verwendet werden.
Silikate verleihen den Fasern und damit dem Gewirke einen stabilen
Aufbau. Schichtsilikate erlauben die Einlagerung von Feuchtigkeit,
so dass die Poren des Gewirkes von Feuchtigkeit befreit werden und
das Gewirke seine Filterleistung auch in Feuchträumen erfüllen kann. Als organische Füllstoffe
könnten
Aktivkohlepartikel, insbesondere funktionalisierte Aktivkohlepartikel,
fungieren, die Gerüche
aus einer Fluidströmung
heraus filtern können.
Die Funktionalisierung von Teilen des Filtermaterials kann eine
Erhöhung
der Adsorptionsfähigkeit
bewirken. Im Besonderen ist so auch eine selektive Moleküladsorption
möglich,
was beispielsweise für
geruchsaktive Substanzen von Relevanz ist.
Des
Weiteren könnten
der Spinnlösung
und damit den Fasern Carbon-Nanofasern
beigemengt sein. Diese können
Verstrebungen zwischen den einzelnen Fasern ausbilden und diese
in Form einer Gitterstruktur untereinander verbinden. Die Carbon-Nanofasern
könnten
sich auch längs
einer Faser ausrichten und diese stabilisieren.
Additive
können
in der Fasermatrix oder auf deren Oberfläche angeordnet sein. Eine Einbindung der
Additive in die Fasermatrix könnte
beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Additive bereits in der während des
Spinnprozess zu verspinnenden Lösung
zugesetzt sind. Hierdurch ist eine besonders homogene Verteilung
und feste Anbindung der Additive in der Fasermatrix gewährleistet.
Bei einer Verwendung des Gewirkes als Filterelement bewirkt die Anordnung
der Additive auf der Oberfläche
der Fasern eine besonders große
Reaktionsfähigkeit
der Additive mit dem Strömungsmedium,
dem das Filterelement ausgesetzt ist. Dies hängt damit zusammen, dass die
Additive nicht durch das Fasermatrixmaterial abgeschirmt werden.
Die
Fasern könnten
bestrahlt werden. Die Fasern könnten
mit Elektronenstrahlen behandelt werden. Denkbar ist vor diesem
Hintergrund auch, dass ionisierende Strahlung, insbesondere Gammastrahlung,
oder Ultraviolettstrahlung eingesetzt wird. Alle Strahlungstypen
könnten
der Vernetzung in den Fasern vorliegender Stoffe dienen. Durch die
gezielte Zugabe von Additiven könnte
die Vernetzung unterstützt
sein. Hierdurch wird dem Fasermaterial eine hohe Lösungsmittelbeständigkeit
und/oder eine hohe Temperaturbeständigkeit verliehen. Vor diesem
Hintergrund ist auch denkbar, dass ein aus solchen Fasern hergestelltes
Fasergewirke bestrahlt wird.
Zumindest
ein Stoff könnte
in seiner chemischen und/oder physikalischen Struktur nach oder beim
Verspinnen verändert
werden. Vor diesem Hintergrund könnte
zumindest ein Stoff durch geeignete Verfahren wie Elektronenbestrahlung,
Ultraviolettbestrahlung oder thermische Bestrahlung vernetzt werden.
Dieser Verfahrensschritt kann sowohl während als auch nach dem Verspinnen
der Fasern durchgeführt
werden. Bei einer Durchführung
während
des Verspinnens wird die Fasermatrix stabilisiert und die Fasern
lassen sich zerstörungsfrei
ablegen und weiterverarbeiten. Bei einer Durchführung dieses Verfahrensschritts
nach dem Verspinnen kann ein Gewirke, welches aus den Fasern gefertigt
ist, in seiner Gesamtstruktur stabilisiert werden, wenn nämlich die Fasern
miteinander durch Vernetzung verbunden werden.
Durch
das Verfahren könnten
cokontinuierliche Strukturen erzeugt werden. Es könnte eine
cokontinuierliche Struktur als Faser ausgebildet sein. Cokontinuierliche
Strukturen zeichnen sich durch erhöhte Festigkeit und gezielt
einstellbare Strukturgrößen aus.
Insbesondere kann eine cokontinuierliche Struktur als „interpenetrating
network" ausgestaltet sein.
Eine solche Struktur zeichnet sich durch Durchdringungen und gleichzeitige
Verbindungen der im Spinnprozess entstehenden Fasern aus. Cokontinuierliche
Strukturen erlauben die Fertigung von faserhaltigen Gewirken mit
stabiler Porengröße. Gewirke dieser
Art zeigen des Weiteren eine hohe Druck- und Stoßbelastungsfähigkeit.
Entmischungsstrukturen
stellen cokontinuierliche Strukturen dar und können in Ihrer Geometrie durch
die Wahl der Polymerarchitektur beeinflusst werden. Bei Verwendung
von Blockcopolymeren tritt beispielsweise eine Mikrophasenseparation
auf, deren charakteristische Strukturgrößen durch die Länge der
Blöcke
bzw. der Molekulargewichte der Blockcopolymere vorgegeben sind.
Insbesondere ist es möglich,
fadenförmige
Entmischungsstrukturen zu generieren, wobei die fadenförmigen Strukturen
einer Stoffkomponente A sich mit den fadenförmigen Stoffkomponenten eines
Stoffes B verschlingen, die zuvor im einphasigen Zustand vorlagen.
Dabei bilden die fadenförmigen
Gebilde die Entmischungsstrukturen („The Physics of Block Copolymers" von Ian W. Hamley,
Oxford University Press, ISBN 0 19 850218 4; „Introduction to Physical
Polymer Science" von L.H.
Sperling, John Wiley & Sons,
Inc, ISBN 0 471 53035 2; „Textbook
of Polymer Science" von
Fred W. Billmeyer, John Wiley & Sons,
Inc, ISBN 0 471 03196 8).
Die
Stoffe könnten
Polymere umfassen. Die Verwendung von Polymeren ist dahingehend
vorteilhaft, dass diese problemlos in eine Lösung oder Polymerschmelze verbracht
werden können.
Dabei können
bevorzugt Polymere verwendet werden, welche aus der Polyvinylalkohol,
Polyvinylpyrrolidol, Polyethylenoxid und Copolymere, Zellulosederivate, Stärke und
Mischungen dieser Polymere umfassenden Gruppe aus wässriger
Lösung
versponnen werden. Die Verwendung einer wässrigen Lösung ist besonders umweltverträglich.
Beim
Verspinnen aus einem organischen Lösungsmittel könnten die
Polymere bevorzugt aus der Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinylchlorid,
Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyvinylacetat, Polyvinylacetal,
Polyvinylether, Polyurethan, Polyamid, Polysulfon, Polyethersulfon,
Polyacrylnitril, Zellulosederivate sowie Mischungen dieser Polymere
umfassenden Gruppe versponnen werden. Das organische Lösungsmittel
könnte
aus der Aldehyde, Alkohole, Chloride, Kohlenwasserstoffe und Aromaten,
Esther, Ether, Ketone, Kohlenwasserstoffe und Aromaten, Aceton,
Ameisensäure,
Benzylalkohol, Butanol, Chloroform, Cyclohexan, Dichlorethan, Dichlormethan,
Dichlorpropan, Dioxan, Essigsäureesther, Ethanol,
Ether, Propanol, Tetrahydrofuran und Toluol umfassenden Gruppe entstammen.
All diese Lösungsmittel
eignen sich besonders zur Auflösung
der oben genannten Polymeren und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
da diese Lösungsmittel
leicht verdampft werden können.
Bei
der Verwendung zweier verschiedener Polymere könnten die Polymere derart ausgewählt sein,
dass die Spinodale eines ternären
Phasendiagramms überschritten
wird und eine Phasenseparation bzw. eine Mikrophasenseparation,
auftritt. Die Polymere könnten
derart ausgewählt
sein, dass während
der Phasenseparation cokontinuierliche Strukturen auftreten.
Die
eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 13 gelöst.
Die
Fasern, welche mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden
oder cokontinuierliche Strukturen umfassen, könnten auf einem Trägervlies abgelegt
werden. Das Trägervlies
verleiht der Faserbeschichtung eine ausreichende Stabilität. Vor diesem
Hintergrund ist denkbar, Mehrschichtsysteme aufzubauen, welche aus
einer schichtweisen Anordnung aus Trägervliesen und Faserlagen besteht.
Gewirke,
welche aus Fasern bestehen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden oder cokontinuierliche Strukturen umfassen, eignen
sich besonders für
die Verwendung als Reinigungstücher.
Das erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt nämlich
die Herstellung von Nanofasern, welche mittlere Faserdurchmesser
zwischen 0,01 und 1 μm
aufweisen. Die spezielle mikroporöse Struktur des aus diesen
Fasern erzeugten Gewirkes erlaubt die Ausbildung von sehr großen Kapillarkräften. Zugleich
zeigt ein solches Gewirke eine hohe mechanische Stabilität, da die
Fasern untereinander ein mechanische Verbindung eingehen.
Gewirke,
welche aus Fasern bestehen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden oder cokontinuierliche Strukturen umfassen könnten in
Hygieneartikeln oder zur Herstellung von Hygieneartikeln, insbesondere
Damenhygieneartikeln, verwendet werden. Vor diesem Hintergrund ist denkbar,
dass die Artikel Binden, Tampons, Windeln oder Inkontinenzartikel
umfassen. Die Gewirke eignen sich aufgrund ihrer hohen Stabilität, Saugfähigkeit
und ihres hohen Rückhaltevermögens für Flüssigkeiten
in besonderem Maße
für diese
Verwendungen.
Gewirke,
welche aus Fasern bestehen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden, könnten
als Filterelemente verwendet werden. Die Verwendung von Nanofasern
erlaubt die Realisierung sehr feiner Porenstrukturen und den schichtweisen
Aufbau eines Filterelements mit Bereichen unterschiedlicher Porosität.
Die
aus den hier beschriebenen Fasern gefertigten Gewirke könnten eine
Verfestigung durch eine Wasserstrahlbehandlung erfahren. Hierdurch
ist es möglich,
die abgelegten Fasern miteinander zu vernadeln und eine stabile
Struktur zu erzeugen. Des Weiteren ist denkbar, durch eine Wasserstrahlbehandlung
einen bestimmten Stoff heraus zu lösen, die im fertigen Gewirke
unerwünscht
ist.
Des
Weiteren könnten
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Fasern oder Fasern die cokontinuierliche Strukturen
umfassen, wie bei Mikrofasern üblich,
aufgesplittet werden. Durch diesen Verfahrensschritt könnte der
mittlere Faserdurchmesser noch werter verringert werden. Die Aufsplittung
wird dadurch problemlos realisierbar, dass eine einzelne Faser aus
mehreren durch Grenzflächen
getrennte Stoffkomponenten besteht, die untereinander eine geringe
Adhäsion
zeigen.
Die
Fasern der Gewirke könnten
elektrisch geladen sein. Hierdurch ist es möglich, Partikel aus der Luft
durch elektrostatische Kräfte
an den Gewirken anzulagern. Vor diesem Hintergrund könnten die Fasern
auch Elektrete umfassen oder durch eine Coronaaufladung behandelt
werden. Diese Ausgestaltung eröffnet
eine Verwendung der Gewirke als Luftfilter.
Die
Fasern könnten
hydrophil ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung begünstigt die
Anlagerung von wasserhaltigen Partikeln.
Die
Fasern könnten
hydrophob ausgestaltet sein. Diese konkrete Ausgestaltung verhindert,
dass am Gewirke Wasser angelagert wird und dessen Poren verschlossen
werden. Das Verschließen
der Poren vermindert die Filterleistung des Gewirkes und schränkt dessen
Gebrauchstauglichkeit als Filterelement erheblich ein. Vor diesem
Hintergrund ist denkbar, dass ein Bereich des Gewirkes hydrophob,
ein anderer hydrophil ausgestaltet ist. Dabei könnte die Ausdehnung der hydrophoben
bzw. der hydrophilen Bereiche so gewählt werden, dass einerseits
Partikel gefiltert werden können,
an welchen Wasser angelagert ist und andererseits verhindert wird,
dass solche Partikel die Poren des Gewirkes dauerhaft verschließen. Des
Weiteren ist durch diese Ausgestaltung ein gezieltes Abtrennen von
Wasser aus dem zu filternden Medium denkbar.
Ein
Gewirke könnte
ferner einen Grundkörper
umfassen, dem die hier beschriebenen Fasern zugeordnet sind, wobei
der Grundkörper
zumindest ein Material umfasst und wobei das Material durch Durchgangs-
und/oder Ausnehmungsbereiche in seiner Materialstruktur unterbrochen
ist. Das Material könnte
porös ausgebildet
sein und die Porengröße bereichsweise
in zumindest einer Richtung zu- oder abnehmen. Wenn das Gewirke
als Filter ausgestaltet ist und angeströmt wird, bewirken diese Ausnehmungen,
dass ein Teil des Strömungsmediums
in tiefere Filterlagen vordringen kann während ein anderer Teil bereits
oberflächennah
gefiltert wird. Hierdurch werden Partikel stufenweise aus dem zu
filternden Fluid herausgefiltert und die Gesamtpartikelbelastung
jeder einzelnen Lage wird reduziert. Dies verlängert die Lebensdauer des Gewirkes
bzw. des Filters.
Durch
die Schaltung von porösen
Bereichen mit unterschiedlichen Porengrößen ist eine Filterung von
Partikeln unterschiedlicher Größen möglich. Die Kombination
definiert angeordneter Durchgangs- und/oder Ausnehmungsbereiche
im Material zusammen mit Bereichen unterschiedlicher Porenstruktur erlaubt
die Filterung von Partikeln unterschiedlicher Dimensionen sowohl
oberflächennah
als auch in tieferen Lagen. Daher ist es möglich, eine hohe Abscheideleistung
bei effizienter Tiefenwirkung zu erzielen.
Zumindest
ein Material des Grundkörpers könnte die
hier beschriebenen Fasern umfassen, wobei deren mittlere Faserdurchmesser
in zumindest einer Richtung einen Gradienten definieren. Dabei ist denkbar,
dass zumindest einzelne Bereiche des Gewirkes einen progressiven
oder graduellen Aufbau aufweisen. Der mittlere Faserdurchmesser
könnte dabei
in einer oder mehreren beliebigen Raumrichtungen entweder zunehmen
oder abnehmen. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die Realisierung
von Filterbereichen, welche in unterschiedlichen Raumrichtungen
in unterschiedlichen Eindringtiefen selektiv Partikel herausfiltern.
Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass ein Gradient nicht nur in Anströmrichtung,
sondern zugleich auch in anderen Richtungen definiert wird. Hierdurch
kann eine bauraumbedingt abgelenkte oder verwirbelte Strömung ebenfalls
effektiv gefiltert werden. Diese Ausgestaltung ist nicht auf faserhaltiges
Material beschränkt,
sondern auch bei jeglichem anderen Material denkbar.
Der
mittlere Faserdurchmesser einer Lage oder eines Bereichs des Materials
könnte
höchstens 1 μm, insbesondere
0,01 bis 0,9 μm
betragen. Die Verwendung von Fasern dieses Durchmessers erlaubt
das Filtern von Feinstpartikeln. Insbesondere ist hierbei denkbar,
dass Partikel gefiltert werden, an welchen auch Geruchsmoleküle angelagert
sein könnten.
Insoweit könnte
das Gewirke nicht nur als Partikelfilter sondern auch als Geruchsfilter
einsetzbar sein. Es ist nämlich
bekannt, dass z.B. Geruchsmoleküle
von Dieselkraftstoffen an feinsten Partikeln angelagert werden.
Solche Partikel können
wirksam mit Fasern sehr geringen Durchmessers herausgefiltert werden.
Das Material könnte
zusätzlich
Carbonfasern, Carbon-Nanofasern oder Aktivkohlepartikel umfassen.
Dies erlaubt einen effizienten Einsatz des Gewirkes als Geruchs-
und/oder Partikelfilter.
Einem
Bereich oder einer Lage des Materials könnten Fasern zugeordnet sein,
deren mittlere Faserdurchmesser im Intervall von 1 bis 30 μm liegen. Die
Schaffung eines solchen Bereichs erlaubt das Herausfiltern relativ
grober Partikel und die Schaffung einer Stabilisierungszone des
Gewirkes. Fasern dieses Durchmessers verleihen dem Gewirke eine große Stabilität.
Alle
bisher genannten Fasern könnten
zur Geruchsfilterung auch funktionalisiert sein. Die Fasern könnten eine
Beschichtung aufweisen, die eine Adsorption geruchsaktiver Substanzen
an der Oberfläche
der Fasern bewirkt. Die Beschichtung könnte dabei in Form einzeln
angeordneter Moleküle
oder Nanopartikel ausgestaltet sein. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche
Moleküle
oder Partikel auf einer Oberfläche
anzuordnen, die selektiv unterschiedliche Geruchsmoleküle oder
Partikel aus dem Strömungsmedium
herausfiltern und adsorbieren. Die Beschichtung könnte auch
als zusammenhängende
Schicht ausgestaltet sein, dies erhöht wirksam die effektiv wirkende
Adsorptionsfläche.
Zumindest
ein Teil der Fasern könnte
eine elektrische Ladung tragen. Die elektrische Ladung begünstigt die
Anlagerung von Feinstpartikeln an dem Material, da diese durch elektrostatische
Kräfte aus
der Luft angezogen werden.
Zumindest
ein Teil des Materials, insbesondere der Fasern, könnte hydrophil
ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung begünstigt z.B. die Anlagerung von
Partikeln, an denen Wasser angelagert ist.
Zumindest
ein Teil des Materials, insbesondere der Fasern, könnte hydrophob
ausgestaltet sein. Diese konkrete Ausgestaltung verhindert, dass am
Gewirke Wasser angelagert wird und dessen Poren verschlossen werden.
Das Verschließen
der Poren vermindert die Filterleistung und schränkt die Gebrauchstauglichkeit
des Gewirkes erheblich ein. Vor diesem Hintergrund ist denkbar,
dass ein Bereich des Gewirkes hydrophob, ein anderer hydrophil ausgestaltet
ist. Dabei könnte
die Ausdehnung der hydrophoben bzw. der hydrophilen Bereiche so
gewählt werden,
dass einerseits Partikel gefiltert werden können, an welchen Wasser angelagert
ist und andererseits verhindert wird, dass solche Partikel die Poren des
Gewirkes dauerhaft verschließen.
Des Weiteren ist durch diese Ausgestaltung ein gezieltes Abtrennen
von Wasser aus dem zu filternden Medium denkbar.
Der
Grundkörper
könnte
mehrere werkstoffunterschiedliche Materialien umfassen. Dies ermöglicht die
Schaffung eines Gewirkes mit einer Kombistruktur. Durch diese Ausgestaltung
ist realisierbar, dass ein Material geringer Stabilität durch
ein Material hoher Stabilität
abgestützt
oder ergänzt
werden kann und die Gesamtstabilität des Gewirkes erhöht wird.
Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass als Material ein offenzelliger
Schaumstoff verwendet wird. Schaumstoff kann problemlos in engen
Bauräumen
angeordnet werden, da er leicht reversibel deformierbar ist. Des
Weiteren ist die Porengröße eines Schaumstoffs
fertigungstechnisch problemlos einstellbar. Das Gewirke könnte Schaumstoff
in Alleinstellung oder zusammen mit anderen Materialien umfassen.
Dem
Material könnten
organische und/oder anorganische Füllstoffe als Additive beigemengt
sein. Hierbei ist denkbar, dass als anorganische Füllstoffe Silikate,
insbesondere Schichtsilikate verwendet werden. Silikate verleihen
dem Gewirke einen stabilen Aufbau. Schichtsilikate erlauben die
Einlagerung von Feuchtigkeit, so dass die Poren des Materials von Feuchtigkeit
befreit werden und das Gewirke seine Filterleistung auch in Feuchträumen erfüllen kann. Als
organische Füllstoffe
könnten
Aktivkohlepartikel, insbesondere funktionalisierte Aktivkohlepartikel, fungieren,
die Gerüche
aus einer Fluidströmung
herausfiltern können.
Die Funktionalisierung von Teilen des Materials kann eine Erhöhung der
Adsorptionsfähigkeit
bewirken. Im besonderen ist so auch eine selektive Adsorption zugänglich,
was beispielsweise für geruchsaktive
Substanzen relevant ist. Additive könnten in der Fasermatrix oder
auf deren Oberfläche
angeordnet sein. Eine Einbindung der Additive in die Fasermatrix
könnte
beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Additive bereits im Faserspinnprozesses
zugesetzt sind. Hierdurch ist eine besonders homogene Verteilung
und feste Anbindung der Additive in der Fasermatrix gewährleistet.
Die Anordnung der Additive auf der Oberfläche der Fasern bewirkt eine besonders
große
Reaktionsfähigkeit
der Additive mit dem Strömungsmedium,
da sie nicht durch das Fasermatrixmaterial zu stark abgeschirmt
werden.
Dem
Material könnte
ein Biozid zugeordnet sein. Vor diesem Hintergrund ist beispielsweise denkbar,
dass dem Material ein Fungizid oder ein Desinfektionsmittel zugeordnet
ist. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die
Verwendung
des Gewirkes z.B. im medizinischen Bereich, da aus einer Gas-, Luft-
oder Flüssigkeitsströmung nicht
nur Feinstpartikel, sondern auch Bakterien und Krankheitserreger
wirksam herausgefiltert und im Idealfall abgetötet werden können.
Dem
Grundkörper
und/oder dem Material könnte
zumindest eine Partikelschicht zugeordnet sein. Die Partikelschicht
kann als Zwischenfilter oder Vorfilter für das nachfolgende Material
fungieren und eine Vorabscheidung von Gerüchen oder Partikeln bewirken.
Dem
Grundkörper
und/oder dem Material könnte
zumindest eine Lage zugeordnet sein. Die Vorkehrung einer Lage erlaubt
die Stabilisierung des Gewirkes. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
Fasern eines sehr geringen Durchmessers verwendet werden, deren
Fasermatrix eine nur geringe Eigenstabilität zeigt.
Die
Lage könnte
einen Vliesstoff umfassen. Vliesstoffe sind leicht verarbeitbar
und können
in ihrer Porosität
derart gewählt
werden, dass sie als Vorfilter für
das eigentliche Material fungieren. Darüber hinaus zeichnen sich Vliesstoffe
dadurch aus, dass sie problemlos mit einer anderen Fasermatrix aus thermoplastischen
Polymeren verklebbar oder verschweißbar sind. Insbesondere wenn
die Lage aus dem gleichen Polymer gefertigt ist wie die Nanofasern,
lassen sich die Nanofasern während
des Elektrospinnprozesses problemlos auf der Lage ablegen und gehen
mit dieser eine feste Verbindung ein. Die feste Verbindung wird
durch den Einfluss des beim Elektrospinnprozess verwendeten Lösungsmittels bewirkt.
Die
Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche könnten materialfrei sein und/oder
Ausnehmungen und/oder Durchgänge
umfassen. Aufgrund dieser konkreten Ausgestaltung kann eine Fluidströmung teilweise
ungehindert in tiefere Schichten des Gewirkes eindringen. Diese
Ausgestaltung ist dann von Vorteil, wenn ein großer Massenstrom von dem Gewirke
rasch aufgenommen werden soll. Dabei ist unter einem Fluid ein Gas,
eine Flüssigkeit
oder eine Mischung aus diesen Medien zu verstehen.
Denkbar
ist auch, dass die Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche mit
einem Material ausgefüllt
sind, welches deutlich größere Poren
aufweist als das eigentliche, die Bereiche umgebende Material. Das
Material mit den größeren Poren
könnte
ein Fasermaterial oder einen porösen
Werkstoff umfassen. Die Ausfüllung
der Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche kann eine Vorfilterung der
Fluidströmung
bewirken.
Die
Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche könnten runde Querschnittsflächen umfassen. Runde
Querschnittsflächen
sind fertigungstechnisch problemlos vorsehbar, da sie beispielsweise
durch Stanzen oder Bohren eingebracht werden können. Die Ausnehmungs- und/oder
Durchgangsbereiche könnten
längliche
oder ovale Querschnittsflächen umfassen.
Die Vorkehrung von Bereichen einer solchen Geometrie verleiht dem
Gewirke eine geeignete Deformierbarkeit. Insbesondere kann bei Vorkehrung von
Schlitzen ein Gewirke geschaffen werden, welches leichter verbiegbar
ist, ohne dass das Material Schaden nimmt und zerreißt. Ferner
können
die genannten Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche durch Deformieren
(z.B. Knicken) des Materials erzeugt werden.
Die
Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche könnten dreidimensionale Erhebungen
umfassen. Diese könnten
als sägezahnförmige oder
rechteckförmige
Erhebungen ausgestaltet sein, die Materialfreie Flanken aufweisen.
Ein Gewirke dieser Struktur ist besonders einfach zu fertigen, da
nämlich die
Ausnehmungsbereiche bei einer Beschichtung automatisch nahezu materialfrei
bleiben. Die Erhebungen könnten
in einer Lage eingeprägt
sein.
Die
Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche könnten durch eine dem Gewirke
zugeordnete Einrichtung im Hinblick auf ihre Dimensionen variabel einstellbar
sein. Hierdurch ist es möglich,
die Filtercharakteristik in Abhängigkeit
von den Betriebsparametern zu steuern oder zu regeln und das Gewirke
an sich ändernde
Betriebsbedingungen anzupassen. Hierbei ist denkbar, das Gewirke
mit einer Rahmenstruktur zu versehen, welche die Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche
durch Zusammenpressen einzelner Filterbereiche verjüngen kann. Denkbar
ist auch, jedem einzelnen Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereich
eine solche Einrichtung zuzuordnen, um diese Bereiche unabhängig voneinander
zu verändern.
Die
Querschnittsflächen
der Ausnehmungs- und/oder der Durchgangsbereiche könnten so
bemessen sein, dass der Massenstrom durch diese dem halben Gesamtmassenstrom
durch die Querschnittsfläche
des Gewirkes entspricht. Diese konkrete Ausgestaltung stellt sicher,
das ein Teil des zu filternden Fluidstroms in einer ersten Schicht
des Gewirkes gefiltert wird und der andere Teil in einer zweiten
Schicht. Hierdurch ist realisierbar, dass die zu filternden Partikel
längs der
Anströmrichtung
homogener abgeschieden werden und die einzelnen Schichten gleichmäßig beladen
werden. Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, andere Bemessungen
der Bereiche bzw. Aufteilungen des Fluidstroms zu wählen, um über die
Tiefe eine gleichmäßige Verteilung der
Partikel zu bewirken. Andere Bemessungen könnten beispielsweise durch
die Einbausituation des Gewirkes oder spezielle Strömungsverhältnisse bedingt
werden.
Die
Ausnehmungs- und/oder Durchgangsbereiche könnten hinsichtlich ihrer Positionierung
und Anzahl statistisch im Material verteilt sein. Diese Ausgestaltung
erlaubt eine einfache Fertigung des Gewirkes, da der Werkstoff unter
Einbau zufälliger
Unregelmäßigkeiten
maschinell aufgebaut werden kann.
Das
Gewirke könnte
einen sich zumindest in einer Richtung bereichsweise wiederholenden
Aufbau aufweisen. Dabei ist denkbar, dass der Aufbau periodisch
ist. Diese Ausgestaltung erlaubt eine Hintereinanderschaltung von
Bereichen gleichen Porositätsverlaufs
und/oder Materialabfolge. Ganz in Abhängigkeit von der gewünschten
Reinheit des gefilterten Fluidstroms kann die Anzahl der einander
abfolgenden identischen oder nahezu identischen Bereiche des Gewirkes
gewählt
werden. Hierdurch kann ein Gewirke geschaffen werden, das den Anforderungen
aller Filterklassen gerecht wird.
Denkbar
ist auch, dass ein Gewirke Bereiche unterschiedlichen Porositätsverlaufs
und/oder unterschiedlicher Materialabfolge aufweist, die hintereinander
angeordnet sind und in ihrer Gesamtheit den Grundkörper des
Gewirkes bilden. Hierbei könnte
jedoch mindestens ein Bereich im Hinblick auf dessen Porositätsverlauf
einen Gradienten aufweisen, wobei die Porengröße in zumindest einer Richtung
zu- oder abnimmt. Diese Anordnung erlaubt einen Filteraufbau, bei
dem in einem ersten Bereich grobe Partikel und in den folgenden
Bereichen stufenweise feinere Partikel abgeschieden werden. Hierdurch
kann ein Siebeffekt derart erzielt werden, dass erst ein grobes Sieb
angeordnet und diesem sodann immer feinere Siebe nachgeschaltet
werden.
Überraschenderweise
kann das zuvor beschriebene Gewirke auch als Reinigungstuch verwendet
werden. Das Gewirke zeichnet sich als Reinigungstuch aus, da Flüssigkeiten
auf Grund von Kapillarkräften
im Material aufgesogen werden können. Insbesondere
tragen offenbar die Ausnehmungs- und
Durchgangsbereiche zur raschen Aufnahme von Flüssigkeiten und Schmutz vorteilhaft
bei.
Ein
Material könnte
polymere Werkstoffe umfassen, die durch Elektronenstrahlung, Gammastrahlung,
allgemein ionisierende Strahlung oder Ultraviolettstrahlung vernetzt
worden sind. Durch die gezielte Zugabe von Additiven könnte die
Vernetzung unterstützt
sein. Hierdurch wird dem Gewirke eine hohe Lösungsmittelbeständigkeit
und/oder eine hohe Temperaturbeständigkeit verliehen.
Ein
Material könnte
auch Polymere umfassen, die zur Klasse der Elektretpolymere gehören, um
Ladungen auf das Gewirke aufzubringen. Hierdurch wird die Anlagerung
von Partikeln aufgrund elektrostatischer Kräfte an das Material begünstigt.
Des
Weiteren könnte
durch geeignete Verfahrensschritte zumindest bereichsweise eine
Ladung nachträglich
auf das Material aufgebracht sein. Ein solcher Verfahrensschritt
zur Nachbehandlung könnte
eine Corona-Aufladung sein. Hierdurch kann die Anlagerung von Partikeln
aufgrund elektrostatischer Kräfte
begünstigt
werden.
Die
in dieser Anmeldung beschriebenen Gewirke könnten in Turbomaschinen oder
Gasturbinen verwendet werden. Gerade bei diesen Anwendungen ist
die Partikelfiltration aus der Zuluft notwendig, um die Lebensdauer
der Maschinen und Turbinen zu erhöhen.
Die
Gewirke könnten
in Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Vor diesem Hintergrund könnte ein Gewirke
die Zuluft von Verbrennungsmotoren filtern. Hierdurch kann die Lebensdauer
der Motoren verlängert
werden.
Die
Gewirke könnten
auch in Klimaanlagen, insbesondere im Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen verwendet,
werden. Dabei könnte
neben einer Partikelfiltration auch eine Abscheidung von Schadgasen vorgesehen
sein, um Geruchsbelästigungen
zu vermeiden. Die Gewirke könnten
die Zuluft oder Umluft reinigen.
Die
hier beschriebenen Gewirke könnten auch
in der Zuluft-, Abluft- oder Umluftreinigung von Produktionsstätten Verwendung
finden. Hierdurch könnte
die Atemluft gereinigt werden. Die Schadstoffbelastung der Atemluft
an Arbeitsplätzen
sowie Schadstoffemissionen könnten
hierdurch wirksam verringert werden. Diese Anwendung ist insbesondere
bei Produktionsprozessen von Vorteil, bei denen die Mitarbeiter
mit Stäuben,
flüssigen
Aerosolen, Schadgasen, Erdgas sowie Pressluft arbeiten, da die genannten
Stoffe allein oder in Mischung miteinander die menschliche Gesundheit
negativ beeinträchtigen können. Vor
diesem Hintergrund ist auch eine Verwendung der Gewirke in Reinräumen denkbar,
um eine hochreine Atmosphäre
zu gewährleisten.
Die
Gewirke könnten
des Weiteren im Haushaltsbereich, insbesondere in Staubsaugern oder Kehrsaugmaschinen,
verwendet werden. Hierdurch kann die Schadstoffbelastung im Wohnbereich
vermindert werden.
Die
hier beschriebenen Gewirke könnten eine
Taschen- oder Beutelform aufweisen, um in bestehende Gehäuse problemlos
einsetzbar zu sein. Dabei könnten
die Taschen oder Beutel mit einer Rahmung versehen sein, um dem
Gewirke Stabilität zu
verleihen. Die Rahmung könnte
Dichtmittel umfassen, um eine gasdichte Anlage des Gewirkes in einem
Gehäuse
sicher zu stellen.
Denkbar
ist auch, dass die Gewirke mit einer Faltung versehen sind, um die
effektive Filterfläche zu
erhöhen.
Die Falten könnten
mit Rillierungen oder Prägungen
versehen sein, um den Faltenabstand einzuhalten.
Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits
auf die nachfolgende Erläuterung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.