DE102008035934A1

DE102008035934A1 - Filtermedium

Info

Publication number: DE102008035934A1
Application number: DE102008035934A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Czado
Original assignee: Wolf PVG GmbH and Co KG
Current assignee: Wolf PVG GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: DE202007011447U1; DE102008035934B4

Abstract

Ein Filtermedium, insbesondere ein Staubsaugerbeutel, umfasst mindestens eine Lage aus zumindest zwei verschiedenen Fasermaterialien, die aufgrund einer sich um mindestens den Wert von 1 unterscheidenden Dielektrizitätskonstanten gemäß DIN 53482 aufweist, wobei mindestens ein drittes Fasermaterial mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für die Ladungsspeicherung vorgesehen ist. Dadurch wird eine erhebliche Staubspeicherfähigkeit erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermedium zum Filtern von Luft, insbesondere für die Verwendung als Staubsaugerbeutel.
Es ist bekannt, Filtermedien für Staubsaugerbeutel einzusetzen, die einen Vorfilter, Feinfilter und Stützschicht aufweisen. Übliche Staubbeutel bestehen dabei meist aus drei bis sechs Lagen unterschiedlicher Filtermedien wie Meltblown und Spunbond, die in der Regel aus Polypropylen bestehen. Hochwertigere Beutel weisen darüber hinaus oft noch eine weiter Schicht zu Vorfilterung der Luft auf und sind üblicherweise Krempel oder Airlaid-vliese aus Polyester oder Mischungen aus Pulp (Cellulosefasern) und Polyester-Bicomponentenbindefaser, die mit Spunbondschichten verstärkt sein können.
Aus der DE 20 2005 019 004 sind verschiedene Filtermaterialien offenbart, die aus einer oder mehreren Lagen aus Vliesstoff gebildet sind und einen hohen Abscheidegrad aufweisen. Solche Filtermaterialien werden beispielsweise als Staubsaugerbeutel oder als Filtermaterial für Klimaanlagen, Fahrzeugfilter etc. eingesetzt. Der Einsatz von mehrlagigen Vliesstoffmaterial besitzt allerdings den Nachteil, dass das flauschige Material einen hohen Abscheidegrad aufweist, allerdings nur eine geringe Festigkeit. Der Einsatz eines Spunbondvlieses zur Erhöhung der Festigkeit würde die Kosten des Filtermaterials stark erhöhen. Zudem besteht das Problem, dass bei einem Zusetzen des Filtermaterials die Saugleistung abnimmt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filtermedium zu schaffen, das eine verbesserte Filtrationsleistung und bei zunehmender Verschmutzung eine weitgehend konstante Saugleistung aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Filtermedium mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst das Filtermedium mindestens eine Lage aus zumindest zwei verschiedenen Fasermaterialien, die aufgrund einer sich um mindestens den Wert von 1, vorzugsweise um den Wert 2 oder 3, unterscheidenden Dielektrizitätskonstanten gemäß DIN 53483 bei 50 Hz in der Lage sind, sich triboelektrisch gegensinnig aufzuladen und mindestens eines der beiden Fasermaterialen einen elektrischen Oberflächenwiderstand kleiner 10E11 Ohm/cm gemäß DIN 53482 aufweist, wobei mindestens ein drittes Fasermaterial mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für die Ladungsspeicherung vorgesehen ist.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst das Filtermedium mindestens zwei aufeinander gelegte Lagen, die aus jeweils einem Fasermaterial bestehen, welche eine um mindestens den Wert 1, vorzugsweise um den Wert 2 oder 3, unterschiedliche Dielektrizitätskonstante gemäß DIN 53483 bei 50 Hz aufweisen und so in der Lage sind, sich triboelektrisch gegensinnig aufzuladen und mindestens eines der beiden Fasermaterialen einen elektrischen Oberflächenwiderstand kleiner 10E11 Ohm/cm gemäß DIN 53482 aufweist, wobei mindestens ein drittes Fasermaterial mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für die Ladungsspeicherung vorgesehen ist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Verwendung von einem erfindungsgemäßen Filtermedium, insbesondere als Vorfilterlage, eine Fasermischung aus stark unterschiedlichen Fasermaterialien zu einer deutlichen Verbesserung der Staubrückhaltung führt, was auf eine triboelektrische Aufladung der Fasern zurückgeführt werden kann. Hierbei ist entscheidend, dass sich sowohl die Dielektrizitätskonstanten von mindestens zwei Fasermaterialien unterscheiden, so dass es bei Kontakt zu einem Ladungsübergang kommt. Dadurch kann die Staubabscheidung erheblich verbessert werden. Das dritte Fasermaterial mit einer äußerst niedrigen elektrischen Leitfähigkeit dient dabei als Ladungsspeicher und kann dauerhaft elektrostatisch aufgeladen werden.
Vorzugsweise ist die Lage oder sind Lagen durch ein trocken oder nassgelegtes Vlies hergestellt, das durch Vernadeln oder Wasserstrahlen, durch Klebepulver oder Bicomponentenfasern verfestigt ist. Dabei kann die Lage oder Lagen durch mindestens eine zusätzliche Lage, vorzugsweise aus Spunbond, stabilisiert werden.
Um die Staubrückhaltung zu verbessern, kann die mindestens eine Lage einen Fasergradienten hinsichtlich des Faserdurchmessers aufweist, wobei der Faserdurchmesser zur Anströmseite hin zunimmt, so dass gröbere Partikel weiter außen gefiltert werden. Zudem kann das Filtermedium eine Lage mit einem Fasergradienten hinsichtlich der Faserdichte aufweisen, wobei die Faserdichte zur Abströmseite hin zunimmt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Lagen vorgesehen, wobei die Lage auf der Anströmseite einen größeren Faserdurchmesser aufweist als eine benachbarte Lage auf der Abströmseite. Es können auch mindestens zwei oder mehr Lagen vorgesehen sein, wobei die Lage jeweils auf der Abströmseite eine höhere Faserdichte aufweist als eine benachbarte Lage auf der Anströmseite.
Vorzugsweise umfasst das Filtermedium ein drittes Fasermaterial, das einen elektrischen Oberflächenwiderstand größer als 10E13 Ohm/cm, vorzugsweise größer als 10E14 Ohm/cm, gemäß DIN 53482 aufweist, so dass eine dauerhafte elektrostatische Aufladung möglich ist. Dadurch eignet sich das dritte Fasermaterial besonders gut als Ladungsspeicher.
Ferner kann zur Auflockerung des Filtermediums zumindest eines der Fasermaterialien Fasern aufweisen, die stark gebogen oder spiralförmig ausgebildet sind, und dadurch das Faservlies besonders porös gestalten. Ferner wird durch diese Ausges taltung die Luftdurchlässigkeit und die Staubspeicherfähigkeit erhöht. Für ein solches weiteres Fasermaterial eignen sich beispielsweise Cellulose, Viskosefasern oder Nylon.
Um das Filtermedium elektrostatisch aufzuladen, kann es mittels Plasma oder Corona Behandlung, Vernadeln oder anderweitige Einbringung mechanischer Reibung oder Beanspruchung, wie Druckluftstrahlen vorbehandelt sein.
Das Filtermedium kann für die Erhöhung der Staubspeicherfähigkeit ferner eine Lage eines positiv aufgeladenen Polymers und eine Lage eines negativ aufgeladenen Polymers umfassen, zwischen denen eine Polypropylen-Lage als Ladungsspeicher angeordnet ist
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter im Detail beschrieben:
Ein luftdurchlässiges Filtermedium für einen Staubsaugerbeutel umfasst eine Kombination verschiedener Lagen, insbesondere ein Vorfiltervlies, einen Grobstaubspeicher, einen Feinfilter und eine stabilisierenden Lage.
Hierbei hält der Vorfilter groben Schmutz > 1 mm zurück, weist eine Luftdurchlässigkeit von > 1000 liter/qm × s, einer Dicke < 0.5 mm und einem Flächengewicht zwischen 15–100 g/qm auf. Der Vorfilter besteht vorzugsweise aus einem Spinnvlies, einem Gittergelege oder einer perforierten oder geschlitzten Folie.
Der Grobstaubspeicher gem. den vorangehenden Ansprüchen filtert und speichert Schmutz < 1 /mm, weist eine Luftdurchlässigkeit von > 500 liter/qm × s, einer Dicke von 0.5–5 mm, vorzugsweise 1–2 mm und einem Flächengewicht zwischen 20–200 g/qm auf.
Der Feinfilter hält feinen Schmutz > 0.0001 mm zurück, und weist eine Luftdurchlässigkeit von > 200 liter/qm × s, einer Dicke < 0.5 mm und einem Flächengewicht zwischen 15–80 g/qm auf. Der Feinfilter besteht vorzugsweise aus einem Spinn vlies, einem Meltblow oder einer Spinvlies-Meltblow Kombination wie SM, SMS, SMMS, SMSMS, etc.
Die stabilisierende Lage, weist eine Luftdurchlässigkeit von > 500 liter/qm × s, einer Dicke < 1 mm und einem Flächengewicht zwischen 15–100 g/qm auf und besteht vorzugsweise aus einem Spinnvlies, einem Gittergelege oder einer perforierten oder geschlitzten Folie.
Alternativ ist es möglich, bei reißfester Ausführung des Grobstaubspeichers auf die Vorfilterschicht zu verzichten.
Weiterhin vorteilhaft ist es, neben der Feinfilterschicht eine zusätzliche Feinstfilterschicht in Form einer Lage aus Nanofasern mit einem Faserdurchmesser von 10–2000 nm einzubringen. Die Nanofaserschicht hält feinen Schmutz zurück und weist eine Luftdurchlässigkeit von > 500 liter/qm × s, einer Dicke < 0.1 mm und ein Flächengewicht zwischen 0.01–2 g/qm auf. Vorzugsweise ist die Nanofaserschicht direkt auf der Feinfilterschicht, z. B. einem Meltblown abgelegt. Hierbei ist sowohl eine Schicht Nanofasern auf der Abströmseite denkbar, als auch eine Schicht auf der Anströmseite, sowie zur Erhöhung der Filterleistung sowohl auf der An- wie Abströmseite.
Bei dem Filtermedium besteht mindestens eine Lage aus zumindest zwei verschiedenen Fasermaterialien, oder zwei benachbarte Lagen bestehen aus zwei verschiedenen Fasermaterialien, die aufgrund einer sich um mindestens den Wert von 1, vorzugsweise um mindestens 1,5, unterscheidenden Dielektrizitätskonstanten gemäß DIN 53483 bei 50 Hz in der Lage sind, sich triboelektrisch gegensinnig aufzuladen. Vorzugsweise unterscheiden sich die Dielektriztätskonstanten der beiden Fasermaterialien um einen Wert von mehr als 2 oder 3. Zumindest eines der Fasermaterialien weist dabei einen elektrischen Oberflächenwiderstand kleiner 10E11 Ohm/cm gemäß DIN 53482 auf.
Ferner ist ein drittes Fasermaterial mit einer äußerst niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für die Ladungsspeicherung vorgesehen. Das dritte Fasermaterial weist einen elektrischen Oberflächenwiderstand größer 10E13 Ohm/cm, vorzugsweise größer 10E14 Ohm/cm, gemäß DIN 53482 auf und eignet sich daher besonders gut als Ladungsspeicher.
Folgende Polymere bzw. Fasern sind dabei für das erfindungsgemäße Filtermedium besonders geeignet:
PE, PP, PS, ABS, PAN, PES, PC, PMMA, PA, PUR, TPU, PES, PVA, POM, EVA, PEO, PVC, Cellulose, Viskose, Melamin, Wolle, Baumwolle, Glaswolle, Steinwolle.
Die Auswahl der Fasern oder Fasermischungen erfolgt derart, dass eine triboelektrische Aufladung der beiden Fasermaterialien auch schon bei der Herstellung möglich ist, so dass die Filtereigenschaften verbessert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202005019004 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 53483 [0006]
- DIN 53482 [0006]
- DIN 53483 [0007]
- DIN 53482 [0007]
- DIN 53482 [0012]
- DIN 53483 [0023]
- DIN 53482 [0023]
- DIN 53482 [0024]

Claims

Filtermedium, insbesondere Staubsaugerbeutel, mit mindestens einer Lage aus zumindest zwei verschiedenen Fasermaterialien, die aufgrund einer sich um mindestens den Wert von 1 unterscheidenden Dielektrizitätskonstanten gemäß DIN 53483 bei 50 Hz in der Lage sind, sich triboelektrisch gegensinnig aufzuladen und wenigstens eines der beiden Fasermaterialien einen elektrischen Oberflächenwiderstand kleiner 10E11 Ohm/cm gemäß DIN 53482 aufweist, wobei mindestens ein drittes Fasermaterial mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für die Ladungsspeicherung vorgesehen ist.
Filtermedium, insbesondere Staubsaugerbeutel, mit mindestens zwei aufeinander gelegten Lagen, die aus jeweils einem Fasermaterial bestehen, welche eine um mindestens den Wert 1 unterschiedliche Dielektrizitätskonstante gemäß DIN 53483 bei 50 Hz aufweisen und so in der Lage sind, sich triboelektrisch gegensinnig aufzuladen und wenigstens eines der beiden Fasermaterialien einen elektrischen Oberflächenwiderstand kleiner 10E11 Ohm/cm gemäß DIN 53482 aufweist, wobei mindestens ein drittes Fasermaterial mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für die Ladungsspeicherung vorgesehen ist.
Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage oder Lagen durch ein trocken oder nassgelegten Vlies hergestellt ist bzw. sind, das durch vernadeln oder wasserstrahlen, durch Klebepulver oder Bicomponentenfasern verfestigt ist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage oder Lagen durch mindestens eine zusätzliche Lage, vorzugsweise aus Spunbond, stabilisiert ist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage einen Fasergradienten hinsichtlich des Faserdurchmessers aufweist, und der Faserdurchmesser zur Anströmseite hin zunimmt.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage einen Fasergradienten hinsichtlich der Faserdichte aufweist und Faserdichte zur Abströmseite hin zunimmt.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lagen vorgesehen sind, wobei die Lage auf der Anströmseite einen größeren Faserdurchmesser aufweist als eine benachbarte Lage auf der Abströmseite.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lagen vorgesehen sind, wobei die Lage auf der Abströmseite eine höhere Faserdichte aufweist als eine benachbarte Lage auf der Anströmseite.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Fasermaterial, einen elektrischen Oberflächenwiderstand größer 10E13 Ohm/cm, vorzugsweise größer 10E14 Ohm/cm, gemäß DIN 53482 aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Fasermaterial Fasern umfasst, die stark gebogen oder spiralförmig ausgebildet sind, und dadurch das Faservlies besonders porös gestalten.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium elektrostatisch aufgeladen ist, vorzugsweise mittels Plasma oder Corona Behandlung, Vernadeln oder anderweitige Einbringung mechanischer Reibung oder Beanspruchung, wie Druckluftstrahlen.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium eine Lage eines positiv aufgeladenen Polymers und eine Lage eine negativ aufgeladenen Polymers umfasst, zwischen denen eine Polypropylen als Ladungsspeicher angeordnet ist.
Staubsaugerbeutel dadurch gekennzeichnet, dass der Staubsaugerbeutel ein Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.