DE102009032778B4

DE102009032778B4 - Verwendung einer Filterpatrone mit einem Filtermedium aus gesplitteten Fasern

Info

Publication number: DE102009032778B4
Application number: DE102009032778.9A
Authority: DE
Inventors: Leubner Holger
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2029-07-11
Also published as: DE102009032778A1

Abstract

Verwendung einer Filterpatrone in der Flüssigkeitsfiltration, welche eine erste Endkappe (1) und eine zweite Endkappe (2) umfasst, wobei zwischen der ersten Endkappe (1) und der zweiten Endkappe (2) ein sternförmig gefaltetes Filtermedium (3) aufgenommen ist, wobei die Faltenspitzen (4) des Filtermediums (3) in radialer Richtung abragen, wobei das Filtermedium (3) als Vliesstoff ausgestaltet ist, welcher Elementarfasern (6) einer splittbaren Mehrkomponentenfaser (7) aufweist, und wobei die Elementarfasern (6) aus Bikomponentenfasern erzeugt sind und einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Elementarfasern (6) als gesplittete Endlosfasern ausgestaltet sind, wobei erste Elementarfasern (6a) aus Polyester und zweite Elementarfasern (6b) aus Polyamid gefertigt sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Filterpatrone, umfassend eine erste Endkappe und eine zweite Endkappe, wobei zwischen der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe ein sternförmig gefaltetes Filtermedium aufgenommen ist und wobei die Faltenspitzen des Filtermediums in radialer Richtung abragen.
Stand der Technik
Filterpatronen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Diese werden vorzugsweise in der Flüssigkeitsfiltration eingesetzt. Zur Vergrößerung der Oberfläche des Filtermediums wird dieses zick-zack-förmig oder sternförmig gefaltet. Eine Filterpatrone ist beispielsweise in der DE 29 48 925 A1 beschrieben. Als Filtermedien für Kraftstoffe oder Hydrauliköle werden derzeit überwiegend Papiere oder Meltblown-Laminate eingesetzt. Eine Meltblownschicht soll insbesondere die Staubspeicherkapazität erhöhen und eine Wasserabscheidung verbessern.
Bei den bekannten Filterpatronen ist nachteilig, dass Papiere mit zunehmender Abscheideeffizienz in hohem Maße an Staubspeicherkapazität verlieren. Dieser unerwünschte Effekt resultiert in einer stark verkürzten Lebensdauer der Filterpatronen und wird häufig durch eine größere Filterfläche kompensiert. Die Erhöhung der Filterfläche erfordert allerdings wiederum einen großen Bauraum für die Filterpatronen.
Es besteht daher ein Bedarf nach Filterpatronen, die bei hoher Abscheideeffizienz eine hohe Staubspeicherkapazität, eine ausreichende chemische Beständigkeit, ein sehr gutes Wasserabscheidevermögen und eine umweltverträgliche Entsorgbarkeit zeigen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Filterpatrone der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiter zu bilden, dass eine hohe Abscheideeffizienz bei hoher Staubspeicherkapazität in kleinem Bauraum realisierbar ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist eine Filterpatrone der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium als Vliesstoff ausgestaltet ist, welcher Elementarfasern einer splittbaren Mehrkomponentenfaser aufweist. Die Elementarfasern sind als gesplittete Endlosfasern ausgestaltet.
Endlosfasern können beispielsweise durch Wasserstrahlen aus Mehrkomponentenfasern herausgelöst und zugleich untereinander und miteinander verschlungen werden. Durch die Verschlingung von gesplitteten Endlosfasern weist das Filtermedium eine hohe Reißfestigkeit auf. Es kann daher zur Filterung von heißen, zähen und chemisch aggressiven Flüssigkeiten verwendet werden.
Erste Elementarfasern sind aus Polyester und zweite Elementarfasern sind aus Polyamid gefertigt. Diese Elementarfasern sind hydrophil und zeigen dabei eine hohe chemische Beständigkeit gegen Biokraftstoffe, Dieselöle und Hydraulikflüssigkeiten. Besonders überraschend zeigen die Elementarfasern eine gute chemische Beständigkeit gegen einen Kraftstoff, der zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Normalbenzin besteht.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass gesplittete Elementarfasern trotz ihres filigranen Aufbaus stabil genug sind, um in der Flüssigkeitsfiltration dauerhaft verwendet zu werden. Überraschend hat sich auch herausgestellt, dass gesplittete und miteinander verschlungene Elementarfasern, die aus Mehrkomponentenfasern erzeugt wurden, eine hohe Luftdurchlässigkeit bei geringem Druckverlust zwischen Anströmseite und Abströmseite bewirken. Schließlich ist erkannt worden, dass gesplittete Elementarfasern eine hohe Staubspeicherkapazität und eine hohe Abscheideeffizienz bei kleiner Anströmfläche realisieren. Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Vor diesem Hintergrund könnten die Elementarfasern aus Bikomponentenfasern erzeugt sein und einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Bikomponentenfasern dieser Art sind kommerziell problemlos erhältlich und sind problemlos in Elementarfasern splittbar. Sie werden auch als PIE-Fasern bezeichnet.
Jeweils eine Bikomponentenfaser könnte aus 24 Elementarfasern bestehen. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann eine Elementarfaser eine Feinheit von 0,07 dtex aufweisen. Eine Elementarfaser aus Polyester kann eine Feinheit von 0,1 dtex und eine Elementarfaser aus Polyamid kann eine Feinheit von 0,07 dtex aufweisen. Ein Filtermedium mit solch feinen Elementarfasern kann einen Anfangsabscheidegrad von mehr als 98 % für Partikel einer Größe von 4 µm und eine Staubspeicherkapazität von mehr als 65 g/m² gemäß ISO 16889 (Multipass-Test) aufweisen.
Das Filtermedium könnte einen Zusatzstoff aufweisen, welcher das Filtermedium hydrophobiert. Hierdurch wird eine hohe und effiziente Wasserabscheidung bei der Filtration sichergestellt. Als Zusatzstoffe sind Fluorkohlenwasserstoffe oder Silikonverbindungen denkbar. Die Hydrophobierung kann bevorzugt derart erfolgen, dass eine Wasserabscheidung von mehr als 95 % gemäß ISO 16332 gegeben ist. Im Gegensatz zu Papieren, die allmählich durchfeuchten, behält ein synthetischer Vliesstoff überraschend dauerhaft sein Wasserabscheidevermögen.
Denkbar ist auch, das Filtermedium durch ein Plasma zu behandeln. Eine Plasmabehandlung kann besonders großflächig und mit Tiefenwirkung durchgeführt werden. Hierbei kann ein Zusatzstoff verwendet werden oder auf einen Zusatzstoff verzichtet werden. Hierbei handelt es sich um eine Plasmaaktivierung.
Das Filtermedium könnte ein Flächengewicht von 150 bis 250 g/m² aufweisen. Ein Filtermedium mit einem Flächengewicht aus diesem Bereich lässt sich überraschend gut sternförmig falten bzw. plissieren.
Das Filtermedium könnte durch eine gefaltete Stützlage stabilisiert sein, welche in die Falten des Filtermediums eingreift. Filterpatronen werden während einer Flüssigkeitsfiltration starken Strömungskräften unterworfen, welche Scherwirkungen auf die Stützlage und das Filtermedium ausüben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zähflüssige, hochviskose Flüssigkeiten gefiltert werden. Durch das Eingreifen der Stützlage in die Falten des Filtermediums werden diese Falten auf einem nahezu konstanten Abstand zueinander gehalten. Das Filtermedium und die Stützlage könnten an Kontaktstellen punktweise miteinander verklebt sein. Diese Ausgestaltung ist im Hinblick auf den Faltengebungsprozess von Vorteil, weil sicher gestellt ist, dass sich das Filtermedium während des Faltens nicht von der Stützlage löst.
Ein Teil der Faltenspitzen könnte mit einem umlaufenden Band verbunden sein. Hierdurch werden die Falten des Filtermediums besonders stabil in ihrer relativen Position zueinander fixiert.
Ein Filtermedium, welches eine flächige, plissierbare Lage aufweist, welche Elementarfasern einer Mehrkomponentenfaser aufweist, könnte in einer Filterpatrone der hier beschriebenen Art verwendet werden. Diese Verwendung ist besonders vorteilhaft, da mit einem solchen Filtermedium ein Anfangsabscheidegrad von mehr als 98 % für Partikel einer Größe von 4 µm und eine Staubspeicherkapazität von mehr als 65 g/m² gemäß ISO 16889 (Multipass-Test) erzielbar ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiter zu bilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Figurenliste
In der Zeichnung zeigen

1 eine Filterpatrone mit einem sternförmig gefalteten Filtermedium,
2 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Filtermediums, welches in der Filterpatrone gemäß 1 verwendet wird,
3 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Bikomponentenfaser mit 16 Elementarfasern mit dreieckiger Querschnittsfläche und
4 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer teilweise gesplitteten Bikomponentenfaser.

Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Filterpatrone, umfassend eine erste Endkappe 1 und eine zweite Endkappe 2, wobei zwischen der ersten Endkappe 1 und der zweiten Endkappe 2 sandwichartig ein sternförmig gefaltetes Filtermedium 3 aufgenommen ist und wobei die Faltenspitzen 4 des Filtermediums 3 in radialer Richtung abragen. Das Filtermedium 3 ist als Vliesstoff ausgestaltet, welcher Elementarfasern 6 einer splittbaren Mehrkomponentenfaser 7 aufweist.
Die Filterpatrone weist einen mittigen Durchgang 5 auf, der das Filtermedium 3 und die Endkappen 1, 2 durchgreift. Ein Teil der Faltenspitzen 4 ist mit einem umlaufenden Band 8 verbunden, wodurch der Abstand der Faltenspitzen 4 im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des Filtermediums 3, der Elementarfasern 6 sowie einer Mehrkomponentenfaser 7 zeigen die 2 bis 4.
2 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Filtermediums 3, welches ein Flächengewicht von 210 g/m² aufweist. Das Filtermedium 3 realisiert einen Anfangsabscheidegrad von mehr als 98 % für Partikel einer Größe von 4 µm und eine Staubspeicherkapazität von mehr als 65 g/m² gemäß ISO 16889 (Multipass-Test).
3 zeigt, dass die Elementarfasern 6 des Filtermediums 3 gemäß 2 aus Bikomponentenfasern 7 erzeugt sind und einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Dabei sind erste Elementarfasern 6a aus Polyester und zweite Elementarfasern 6b aus Polyamid gefertigt.
4 zeigt, dass die Elementarfasern 6 als gesplittete Endlosfasern einer Mehrkomponentenfaser 7 ausgestaltet sind. Die Mehrkomponentenfaser 7 ist als PIE-Faser ausgestaltet und teilweise gesplittet.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die Patentansprüche verwiesen.
Abschließend sei ganz besonders hervor gehoben, dass das zuvor gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Verwendung einer Filterpatrone in der Flüssigkeitsfiltration, welche eine erste Endkappe (1) und eine zweite Endkappe (2) umfasst, wobei zwischen der ersten Endkappe (1) und der zweiten Endkappe (2) ein sternförmig gefaltetes Filtermedium (3) aufgenommen ist, wobei die Faltenspitzen (4) des Filtermediums (3) in radialer Richtung abragen, wobei das Filtermedium (3) als Vliesstoff ausgestaltet ist, welcher Elementarfasern (6) einer splittbaren Mehrkomponentenfaser (7) aufweist, und wobei die Elementarfasern (6) aus Bikomponentenfasern erzeugt sind und einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Elementarfasern (6) als gesplittete Endlosfasern ausgestaltet sind, wobei erste Elementarfasern (6a) aus Polyester und zweite Elementarfasern (6b) aus Polyamid gefertigt sind.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Bikomponentenfaser aus 24 Elementarfasern besteht.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (3) einen Zusatzstoff aufweist, welcher das Filtermedium (3) hydrophobiert.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (3) ein Flächengewicht von 150 bis 250 g/m² aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (3) durch eine gefaltete Stützlage stabilisiert ist, welche in die Falten des Filtermediums (3) eingreift.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Faltenspitzen (4) mit einem umlaufenden Band (8) verbunden ist.