DE102007060748A1

DE102007060748A1 - Verfahren zur Herstellung eines Filterbeutels

Info

Publication number: DE102007060748A1
Application number: DE102007060748A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Windorfer; Matthias Dipl.-Ing. Köchel; Rolf Strohmeyer
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filterbeutels (1) auf Basis eines Vliesmaterials. Um ein herstellungstechnisch einfaches Verfahren zur Erzielung eines bevorzugt an den Beutelaufnahmeraum angepassten Filterbeutels anzugeben, wird vorgeschlagen, dass das Vliesmaterial zur Ausbildung einer dreidimensional geformten Wandung verstreckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filterbeutels auf Basis eines Vliesmaterials.
Verfahren der in Rede stehenden Art sind bekannt. Das Vliesmaterial kann hierbei mehrlagig oder aber auch einlagig ausgebildet sein. Solche Filterbeutel werden bspw. in der Ebene durch Ultraschall randseitig verschweißt. Hierbei liegen die die Beutelwandung ausformenden Vlieslagen annähernd flächig aufeinander. Eine dreidimensionale Ausrichtung erfährt der Filterbeutel zumeist erst im Zuge der Befüllung. Um einem Filterbeutel vorab eine räumliche Struktur mitzugeben, damit eine annähernde Anpassung des Filterbeutels an die diesen aufzunehmende Filterkassette geschaffen werden kann, ist es weiter bekannt bspw. kubische Formen durch gezielte Faltelungen des Vliesmaterials vor dem Verschweißen zu erzeugen.
Filterbeutel, welche in der Fläche liegend verschweißt sind (sog. 2D-Filterbeutel) füllen nur unzureichend den Raum in der den Filterbeutel aufnehmenden Filterkassette aus. Sie sind häufig nur umständlich in den Filterraum einzulegen, da die Ausgangsform des Beutels nicht mit der Form der Kassette übereinstimmt. Die vorbeschriebene Herstellung von dreidimensionalen Filterbeuteln durch gezielte Faltelung und nachfolgendem Verschweißen erweist sich als herstellungstechnisch sehr aufwändig.
Im Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein herstellungstechnisch einfaches Verfahren zur Erzielung eines bevorzugt an den Beutelaufnahmeraum angepassten Filterbeutels anzugeben.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass das Vliesmaterial zur Ausbildung einer dreidimensional geformten Wandung verstreckt wird. Zufolge dieses Verfahrens ist eine herstellungstechnisch einfache Lösung zur Herstellung eines dreidimensionalen Filterbeutels auf Basis eines Vliesmaterials erreicht. Das Vliesmaterial der Filterbeutelwandung wird gezielt in die gewünschte dreidimensionale Ausrichtung verstreckt, so insbesondere durch Dehnung und ggf. Stauchung der Wirrfaseranordnungen innerhalb der Vlieslage, welche hiernach erreichte dreidimensionale Ausrichtung beibehalten wird. Es ist hierdurch eine optimale Anpassung der Filterbeutelkontur an den Innenraum der den Filterbeutel aufnehmenden Filterkassette erreichbar. Das Einlegen des Filterbeutels in die Filterkassette ist hierdurch wesentlich verbessert, dies bei effektiver Ausnutzung des Filterkassettenraumes. Die Filterbeutelwandung kann ein- oder auch mehrlagig auf Basis von ggf. unterschiedlichen Vliesen hergestellt sein. So kann ein verfestigter Faserflor aus Fasern mit synthetischen Fasern, Viskosefasern, Zellwollfasern und/oder Naturfasern vorliegen, welcher Faserflor für sich gesehen bspw. eine Luftdurchlässigkeit von 100 bis 1500 L/dm² × min aufweisen, dies bei einem bevorzugten Flächengewicht vom 100 bis 300 g/m² und einer bevorzugten Dicke von 0,8 bis 3 mm. Die Fasern des Faserflors können hierbei weiter eine Dicke von 3 bis 50 μm (0,1 dtex bis 17 dtex) aufweisen, dies bei einer bevorzugten Stapellänge der Fasern von 30 bis 100 mm. Auch können Melt-Blown-Fasern vorliegen, die bspw. aus Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polycarbonat, Polyurethan, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polyphenylsiloxane, Polybuthylentereephthalat oder aus einer Mischung dieser verschiedenen Materialien bestehen. Eine solche Filterlage weist eine Luftdurchlässigkeit von 200 bis 500 L/dm² × min. auf, dies bei einem bevorzugten Flächengewicht von 100 bis 300 g/m² und einer Dicke von weiter bevorzugt 1,0 bis 3,0 mm. Solche Melt-Blown-Fasern sind Mikrofasern mit einer bevorzugten Dicke von 0,1 bis 10 μm, wobei bei Fasern aus Polybuthylenterephthalat eine Dicke von 0,5 bis 3,0 μm bevorzugt wird. Auch können solche Melt-Blown-Fasern eine Länge von weniger als 30 mm aufweisen. Bei einer Verflechtung von Melt-Blown-Fasern und verfestigtem Faserflor kann das unfragmentierte Melt-Blown-Gebilde für sich gesehen eine Luftdurchlässigkeit von 50 bis 2000 je dm² × min. aufweisen, dies bei einem bevorzugten Flächengewicht von 5 bis 1000 g/m² und einer Dicke von bevorzugt 0,8 bis 3 mm. Neben Melt-Blown-Fasern können auch andere Kunststofffasern, so bspw. Mikroglasfaservlies, Spitfiber- oder auch Bikomponent-Fasern zur Anwendung kommen. Diese sind bspw. thermisch, chemisch oder mechanisch miteinander vernetzt und können weiter als Feinfaservlies dienen. Darüber hinaus kann eine äußere Lage bspw. aus einem Spund-Bond-Vlies vorgesehen sein, welches gutes Stützeigenschaften aufweist.
Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 erläutert, können aber auch in ihrer unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein.
So erweist es sich als vorteilhaft, dass das Verstrecken in einer Pressform durchgeführt wird. Diese weist eine angepasste Negativform auf, in welche unter Zwischenlage der Filterbeutelwandung ein passgenaues Formstück eingelegt und gegen die Negativform gepresst wird. Die Pressform kann hierzu bspw. kalottenartig ausgebildet sein. Denkbar sind diesbezüglich jedoch auch Pressformen, welche eine polygonale dreidimensionale Formung der Filterbeutelwandung erlauben. Wesentlich ist, dass das entsprechende Kernstück angepasst geformt ist, dies unter Berücksichtigung der zwischengelegten Wandungsstärke des Vliesmaterials. Durch die Pressung werden die in Wirranordnung vorliegenden Fasern innerhalb der Vlieslagen bzw. innerhalb der Vlieslagen verstreckt, dies weiter unter Beibehaltung der vorgesehenen Filtereigenschaften. Alternativ kann das Verstrecken auch im Tiefziehverfahren durchgeführt werden, so weiter bspw. unter Luft-/Unterdruckbeaufschlagung des in eine Form eingelegten Vliesmaterials. Mittels eines solchen Verfahrens sind auch Filterbeutel mit dreidimensionalen Freiformflächen in einfachster Weise herstellbar. Zudem besteht die Möglichkeit, die Verformung unter Wärmeeinwirkung durchführen zu lassen, so insbesondere dann, wenn thermoplastische Fasern in dem Vliesmaterial vorgesehen sind. Diese dienen hierbei lediglich zur Stützung der zu verstreckenden Struktur und weisen bevorzugt keine Filtereigenschaften auf. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass zwei formgleiche Teil-Filterbeutel hergestellt werden, die mittels einer umlaufenden Naht verbunden werden. Zufolge dieses Verfahrens sind bspw. kugelförmige Filterbeutel herstellbar, wobei hierbei die Naht vollständig umlaufend eines Äquators angeordnet ist. Diesbezüglich sind weiter Filterbeutellösungen möglich, die zunächst sackartig, d. h. mit einer nicht geschlossen umlaufenden Naht vorliegen, zufolge dessen sich zunächst eine Beutelöffnung ergibt, die bspw. mittels einer aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Pappe-/Papierwerkstoff bestehenden Halteplatte unter gleichzeitiger Festlegung des Filterbeutels überdeckt wird. Die Naht zur Verbindung der Teil-Filterbeutel wird weiter bevorzugt unmittelbar im Anschluss an den Verstreckungs- bzw. Verformungsvorgang vorgesehen. Diese Naht kann durch Schweißung, so weiter bspw. durch Ultraschallschweißung erreicht werden, wobei weiter bei einem mehrlagigen Aufbau einer Filterwandung zugleich mittels der Naht die übereinanderliegenden Vlieslagen miteinander verbunden werden. Auch können die Teil-Filterbeutel zugleich durch Übereinanderlage der entsprechenden Lagen verstreckt werden, dies bspw. durch gleichzeitiges Einlegen beider Lagen in die Pressform, wonach nach erfolgter Verpressung bspw. zunächst eine doppelwandige Kalotte aus dem Filtermaterial vorliegt, welche eine umlaufende Naht aufweist. Diese beiden kalottenförmgien Filterbeutelwandungen werden hiernach auseinandergezogen, zur Erzielung der gewünschten dreidmensionalen Beutelform. Diesbezüglich erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn eine entsprechende Werkzeuggeometrie an die Geometrie einer Filterkassette, in die der Filterbeutel einzusetzen ist, angepasst ist. So nimmt die Form, in welche das zu verstreckende Vliesmaterial einzulegen ist, die Innenkontur der Filterkassette oder zumindest einen Teilbereich der Innenkontur der Filterkassette auf, um somit eine annähernd genaue Anpassung der Filterbeutelgeometrie an die Filterkassetteninnenwandung zu erreichen. So kann bspw. diese Form eine Hälfte der Kassettenkontur beschreiben, was sich insbesondere bei einer zeitgleichen Verstreckung zweier übereinanderliegender Filterlagen von Vorteil erweist. Auch kann bei einer nicht symmetrischen Konturierung der Filterkassette eine Mehrzahl von Formen vorliegen, in welchen eine entsprechende Anzahl von dreidimensional zu verstreckenden Beutelwandungsabschnitten geformt werden, welche letztlich entlang von Nähten miteinander verbunden werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Perspektivdarstellung einer kalottenartigen Pressform zur Herstellung eines dreidimensionalen Filterbeutels,
2 in perspektivischer Darstellung den an die Kalottenform angepassten Formkern;
3 in perspektivischer Explosionsdarstellung die Negativform gemäß 1 und den Formkern gemäß 2 mit dazwischen angeordneten, flächigen Vlies-Filterlagen;
4 in perspektivischer Darstellung ein Verfahrensschritt, bei welchem die zwei formgleichen Vlies-Filterbeutel in die Negativform mittels des Formkerns eingedrückt sind;
5 den Schnitt gemäß der Linie V-V in 4;
6 eine Schnittdarstellung gemäß 5, jedoch die Verpressstellung betreffend;
7 eine weitere der 5 entsprechende Schnittdarstellung, jedoch nach einer Verpressung und abschließendem Verschweißen einer Randnaht;
8 eine der 3 entsprechende Explosion-Perspektivdarstellung, jedoch eine Zwischenstellung des Fertigungsverfahrens betreffend, in welcher die aus den Vlies-Filterlagen gebildeten Teil-Filterbeutel dreidimensional verformt, jedoch über den umlaufenden Rand noch nicht verbunden sind;
9 den nach dem Verfahren gemäß den 1 bis 8 hergestellten Filterbeutel nach einer Reckung in einen Volumenkörper mit abschließend angeordneter Halteplatte mit Füllöffnung;
10 eine Schnittdarstellung gemäß 6, jedoch eine zweite Ausführungsform betreffend und
11 in schematischer Perspektivdarstellung einen dreidimensional geformten Filterbeutel hergestellt mittels einer Form gemäß 10, mit einer zugeordneten Halteplatte.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines Filterbeutels 1 in einer ersten Ausführungsform.
Hierzu ist zunächst eine Pressform, bestehend aus einer Negativform 2 und einem Formkern 3 vorgesehen. Die Negativform 2 weist eine kalottenartige Einsenkung 4 auf. Der Formkern 3 ist auf der im Presszustand der Einsenkung 4 zugewandten Seite angepasst an die Geometrie derselben mit einer sphärischen Wölbung 5 versehen.
Der Formkern 3 weist auf der der Wölbung 5 abgewandten Seite Mittel 6 zur Befestigung etwaiger Werkzeuge, so zum Verlagern des Formkerns 3.
Zur Herstellung des Filterbeutels 1 liegen zunächst zwei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisscheibenförmige Vlieslagen 7 und 8 vor. Diese Vlieslagen 7 und 8 stellen Teil-Filterbeutel 9 dar.
Die Vlieslagen 7 und 8 können ein- oder auch mehrlagig ausgebildet sein und weiter bspw. aus Melt-Blown-Fasern oder anderen Kunststofffasern bestehen.
Diese Vlieslagen 7 und 8 werden übereinanderliegend in die Negativform 2 eingelegt und hiernach durch den Formkern 3 in die Einsenkung 4 gedrückt.
Der Formkern 3 ist so dimensioniert, dass über die gesamte Fläche ein Luftspalt 10 zwischen Formkern 3 und Negativform 2 verbleibt, der der Dicke der beiden Vlieslagen 7 und 8 entspricht. So ist bspw. ein Luftspalt 10 von 2 bis 5 mm vorgesehen.
Die Negativform 2 und der Formkern 3 sind der Innenkontur einer den fertigen Filterbeutel 1 aufnehmenden Filterkassette eines Staubsaugers nachempfunden.
Beim Eindrücken der Vlieslagen 7 und 8 in die Einsenkung 4, was weiter, wie in 6 schematisch dargestellt, durch ein auf den Formkern 3 einwirkendes Pressteil 13' unterstützt sein kann, werden die Vlieslagen 7 und 8 zumindest partiell derart verformt, dass eine Verstreckung der Fasern erfolgt, zufolge dessen in der dargestellten Form die gewünschte Wölbung der Vlieslagen 7 und 8 bleibend erreicht ist.
Die über die Form hinausragenden Ränder 11 und 12 der Vlieslagen 7 und 8 werden ggf. im Zuge des Pressvorganges mittels Niederhaltern 13 fixiert.
Abschließend werden die Ränder 11 und 12 entlang der Linie miteinander verschweißt, an welcher diese aus der Negativform 2 ausragen. Die hiernach über die hierdurch erreichte umlaufende Naht 14 abragenden Teilabschnitte der Ränder 11 und 12 werden abschließend abgeschnitten.
Bei diesem Verfahren werden die beiden formgleichen Teil-Filterbeutel 9 zugleich durch Übereinanderlage verstreckt und hiernach miteinander über die umlaufende Naht 14 verbunden. Durch ein abschließendes Aufstellen der zunächst sich an der zweiten Vlieslage 8 anlehnenden, entsprechend konkav gekrümmten Vlieslage 7 in die entgegengesetzte, konvexe Ausrichtung ist ein Filterbeutel 1 mit dreidimensional geformter Wandung geschaffen, wobei weiter die durch die Naht 14 gebildete Ebene eine Symmetrieebene darstellt.
Hiernach kann in üblicher Weise die Wandung des Filterbeutels 1, konkret eine der Vlieslagen 7 bzw. 8 mit einer Halteplatte 15 versehen werden, welch letztere eine Einführöffnung 16 des Filterbeutels 1 umgibt.
Die 10 und 11 zeigen eine zweite Ausführungsform. In dieser ist ein Verfahren dargestellt, zur Herstellung eines schlauchförmigen Filterbeutels 1. Entsprechend sind die Negativform 2 und der Formkern 3 so ausgebildet, dass die zwischengelegten Vlieslagen 7 und 8 mit ihrem dem Formengrund zugeordneten Randabschnitten 17 und 18 frei aus den Formen auskragen.
Die Einsenkung 4 – und entsprechend der Formkern 3 – weist eine der gewünschten Schlauchdimension halbierte Geometrie auf.
Die beiden Vlieslagen 7 und 8 werden im Zuge der Pressung bzw. unmittelbar hiernach folgend entlang der oberseitig zwischen Negativform 2 und Formkern 3 ausragenden Ränder 11 und 12 bspw. durch Ultraschallschweißung miteinander verbunden, während die freien Ränder 17 und 18 weiterhin voneinander getrennt sind.
Durch Aufstellen der oberen Vlieslage 7 wird die in 11 schematisch dargestellte Schlauchgeometrie des Filterbeutels 1 erreicht, wobei die freien Ränder 17, 18 in etwa in eine Ausrichtung senkrecht zur Schlauchersteckung verbracht werden. Diese Ausrichtung der freien Ränder 17 und 18 kann parallel im Zuge der Verpressung der Vlieslagen 7 und 8 erfolgen.
Die freien Ränder 17 und 18 dienen zur Anhaftung des Filterbeutels 1 an der Halteplatte 15, so bspw. durch Verklebung oder Verschweißung.
Die dargestellten Formwerkzeuge können auch zum Tiefziehen der Vlieslagen 7 und 8 und darüber hinaus auch zur Verformung derselben über Wärmeeinwirkung genutzt werden.
Der mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellte Filterbeutel 1 weist eine sich bevorzugt selbsttragende dreidimensional geformte Wandung auf.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Filterbeutels (1) auf Basis eines Vliesmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass das Vliesmaterial zur Ausbildung einer dreidimensional geformten Wandung verstreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstrecken in einer Verpressform durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstrecken im Tiefziehverfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung unter Wärmeeinwirkung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zwei formgleiche Teil-Filterbeutel (9) hergestellt werden, die mittels einer umlaufenden Naht (14) verbunden werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Filterbeutel (9) zugleich durch Übereinanderlage der entsprechenden Lagen (7, 8) verstreckt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Werkzeuggeometrie an die Geometrie einer Filterkassette, in die der Filterbeutel (1) einzusetzen ist, angepasst ist.