DE102013007118A1 - Multi-layer filter element - Google Patents

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Abstract

Ein Filterelement weist mindestens zwei Lagen auf, wobei zumindest eine Lage Fasern besitzt, die im Zentrifugalspinnverfahren hergestellt sind.A filter element has at least two layers, at least one layer having fibers which are produced by the centrifugal spinning process.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement mit mindestens zwei Lagen, von denen mindestens eine Lage eine Filterlage bildet, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a filter element with at least two layers, of which at least one layer forms a filter layer, according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Bekannt sind mehrlagige Filterelemente, zum Beispiel aus der WO 2008/066813 A2 , die unmittelbar aneinanderliegen und quer zur Lagenebene von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt werden. Die Filterlagen bestehen aus unterschiedlichem Material und weisen üblicherweise einen unterschiedlichen Abscheidegrad auf. Gemäß der WO 2008/066813 A2 besteht eine Filterlage aus Nano-/Mikrofasern, wofür als Herstellungsmethoden beispielsweise das Spinnvlies- bzw. Spunbond-Verfahren bekannt ist, bei dem ein Polymergranulat aufgeschmolzen und über eine Spinndüse zur Erzeugung von Fäden geführt wird. Darüber hinaus ist als Herstellungsverfahren für Nano-/Mikrofasern das Meltblown-Verfahren bekannt, bei dem aufgeschmolzenes Polymer über eine Spinndüse geführt wird, wobei die austretenden Fäden in einen Heißluftstrom geführt werden, um feine Einzelfasern zu erzeugen.Are known multilayer filter elements, for example from the WO 2008/066813 A2 , which lie directly adjacent to each other and are traversed across the layer plane of the fluid to be filtered. The filter layers are made of different materials and usually have a different degree of separation. According to the WO 2008/066813 A2 There is a filter layer of nano / microfibers, for which, for example, the spunbond or spunbond process is known as manufacturing methods, in which a polymer granules are melted and passed through a spinneret for producing filaments. In addition, as a manufacturing method for nano / microfibers, the meltblown process is known in which molten polymer is passed through a spinneret, wherein the exiting filaments are fed into a hot air stream to produce fine single fibers.

Als weitere Herstellungsmethode ist das Elektrospinnen bekannt, bei dem Fasern aus einer Polymerlösung mit hohem Lösemittelanteil mittels eines elektrischen Feldes von einer Walze oder Drähten abgesponnen werden.As a further production method, electrospinning is known in which fibers are spun from a polymer solution with a high solvent content by means of an electric field from a roll or wires.

Aus der WO 2012/109210 A2 ist es bekannt, Mikro- und Nanofasern in einem Zentrifugalspinnverfahren herzustellen. Hierbei wird die Polymerschmelze oder eine Polymerlösung in einer Trommel in Rotation versetzt, an deren Außenseite Düsen angebracht sind. Die Polymere werden durch die Zentrifugalkraft durch die Düsen gedrückt und durch den hohen Geschwindigkeitsgradienten in Umfangsrichtung (Luft-Trommel) gelängt. Die entstandenen Fasern werden mit einem Luftstrom auf einem Band oder einem Trägermaterial abgelegt. Ein zusätzlicher Heißluftstrom wie beim Meltblown-Verfahren ist nicht erforderlich.From the WO 2012/109210 A2 It is known to produce microfibers and nanofibers in a centrifugal spinning process. Here, the polymer melt or a polymer solution is set in rotation in a drum, on the outside of which nozzles are mounted. The polymers are pressed by the centrifugal force through the nozzles and elongated by the high velocity gradient in the circumferential direction (air drum). The resulting fibers are deposited with a stream of air on a belt or a carrier material. An additional hot air flow as in the meltblown process is not required.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein mehrlagiges Filterelement zu schaffen, dessen Herstellung verhältnismäßig wenig Energie erfordert.The invention has for its object to provide with simple measures a multilayer filter element whose production requires relatively little energy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.

Das erfindungsgemäße Filterelement besteht aus zumindest zwei Lagen, welche zumindest annähernd parallel bzw. konzentrisch angeordnet sind. Die Lagen können eben oder gekrümmt ausgebildet sein und werden von dem zu filtrierenden Fluid, das flüssig oder gasförmig sein kann, orthogonal zur Ebene der Lagen durchströmt. Zumindest zwei Lagen grenzen unmittelbar aneinander. Ggf. können auch mehr als zwei Lagen vorgesehen sein, die unmittelbar aneinandergrenzen, wobei auch Ausführungen möglich sind, bei denen zumindest eine Lage auf Abstand zu der nächsten, benachbarten Lage liegt.The filter element according to the invention consists of at least two layers, which are arranged at least approximately parallel or concentric. The layers may be flat or curved and are traversed by the fluid to be filtered, which may be liquid or gaseous, orthogonal to the plane of the layers. At least two layers are directly adjacent to each other. Possibly. It is also possible for more than two layers to be provided, which adjoin one another directly, although embodiments are also possible in which at least one layer is at a distance from the next, adjacent layer.

Mindestens eine der Lagen weist Fasern auf, die im Zentrifugalspinnverfahren hergestellt sind. Es handelt sich hierbei um ein Spinnverfahren, bei dem Fasermaterial beispielsweise in einer Polymerschmelze oder einer Polymerlösung in einer Trommel in Rotation versetzt wird, an deren Außenseite Düsen angebracht sind. Die Polymere werden durch die Zentrifugalkraft durch die Düsen gedrückt und durch den hohen Geschwindigkeitsgradienten in Umfangsrichtung gelängt. Die entstandenen Fasern werden mit einem Luftstrom auf einem Band oder einem Trägermaterial abgelegt. Für das Zentrifugalspinnverfahren wird kein Heißluftstrom benötigt, so dass für die Herstellung der zentrifugalgesponnenen Fasern auch nur ein entsprechend geringer Energieaufwand erforderlich ist. Zugleich können mit dem Zentrifugalspinnverfahren Fasern mit kleinem Durchmesser, insbesondere Nanofasern hergestellt werden.At least one of the layers comprises fibers made by the centrifugal spinning process. This is a spinning process in which fiber material, for example, in a polymer melt or a polymer solution in a drum is set in rotation, on the outside of which nozzles are attached. The polymers are forced by the centrifugal force through the nozzles and elongated by the high velocity gradient in the circumferential direction. The resulting fibers are deposited with a stream of air on a belt or a carrier material. No hot air flow is required for the centrifugal spinning process, so that only a correspondingly low expenditure of energy is required for the production of the centrifugally spun fibers. At the same time, fibers with a small diameter, in particular nanofibers, can be produced by the centrifugal spinning process.

Als Material für die zentrifugalgesponnenen Fasern kommt grundsätzlich das gleiche Material in Betracht, das auch für das Spunbond- oder Meltblown-Verfahren eingesetzt wird. Bei dem Material für das Zentrifugalspinnverfahren handelt es sich beispielsweise um Polyamid, Polyethylen oder Polytetrafluorethylen (PTFE).The material used for the centrifugally spun fibers is basically the same material which is also used for the spunbond or meltblown process. The material for the centrifugal spinning process is, for example, polyamide, polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE).

Ein Vorteil des Zentrifugalspinnverfahrens ist die Möglichkeit, auch Polymere einzusetzen, die sich mittels Elektrospinning nicht verarbeiten lassen. Die Gründe können eine zu hohe Viskosität oder zu geringe Fähigkeit sein, Ladungen zu tragen. Somit ist die Auswahl an zu verspinnenden Polymeren nicht auf die bisher im Elektrospinning oder im Meltblownprozess eingesetzten Polymere begrenzt.An advantage of the centrifugal spinning process is the ability to use polymers that can not be processed by electrospinning. The reasons may be too high viscosity or too little ability to carry charges. Thus, the selection of polymers to be spun is not limited to the polymers hitherto used in electrospinning or in the meltblown process.

Ein weiterer Vorteil des Zentrifugalspinnverfahrens liegt in der Möglichkeit, Lagen mit einem verhältnismäßig geringen Flächengewicht herzustellen, so dass auch nur ein entsprechend reduzierter Materialeinsatz zur Herstellung dieser Lagen erforderlich ist. Im Vergleich zum Elektrospinnverfahren können jedoch auch Lagen mit einem hohen Flächengewicht und gleichzeitig feinsten Fasern hergestellt werden. Dies ist mit dem Elektrospinning nur mittels einer Reihenschaltung mehrerer Anlagen unter ungünstigen wirtschaftlichen Bedingungen zu realisieren.A further advantage of the centrifugal spinning process lies in the possibility of producing layers with a relatively low basis weight, so that only a correspondingly reduced use of material for producing these layers is required. However, in comparison with the electrospinning process, it is also possible to produce layers with a high basis weight and at the same time the finest fibers. This can only be achieved with electrospinning by means of a series connection of several systems under unfavorable economic conditions.

Es kommen verschiedene Kombinationen von Lagen des Filterelementes in Betracht, bei denen zumindest eine Lage zentrifugalgesponnene Fasern aufweist. Die Lage mit den zentrifugalgesponnenen Fasern bildet zum Beispiel eine Filterlage, die zur Filtration des zu reinigenden Fluids dient. Möglich ist es aber auch, dass die Lage mit zentrifugalgesponnenen Fasern einen Coalescer bildet, an welchem Wasser bzw. Wassertröpfchen, die im Fluid enthalten sind, angesammelt und koalesziert werden. Die Lage mit zentrifugalgesponnenen Fasern kann ggf. eine Wassersperrschicht bilden, die zur vollständigen Abscheidung des Wassers im Fluid eingesetzt wird. Die Wassersperrschicht befindet sich vorteilhafterweise an der Abströmseite des Filterelementes. Der Coalescer liegt bevorzugt abströmseitig der Filterlage im Filterelement, wobei der Coalescer entweder unmittelbar an die Reinseite des Filterelementes angrenzt oder reinseitig noch eine oder mehrere weitere Lagen sich an den Coalescer anschließen.There are various combinations of layers of the filter element into consideration, in which at least one layer has centrifugally spun fibers. The layer with the centrifugally spun fibers forms, for example, a filter layer which serves to filter the fluid to be cleaned. However, it is also possible that the layer with centrifugally spun fibers forms a coalescer, on which water or water droplets contained in the fluid are collected and coalesced. The layer of centrifugally spun fibers may optionally form a water barrier layer used to completely separate the water in the fluid. The water barrier layer is advantageously located on the downstream side of the filter element. The coalescer is preferably downstream of the filter layer in the filter element, wherein the coalescer either directly adjacent to the clean side of the filter element or purely one or more further layers connect to the coalescer.

Die Lage mit den zentrifugalgesponnenen Fasern kann ggf. eine Stützlage bilden, welche zur Stützung und Verbesserung der Stabilität des Filterelementes dient. Die Stützfunktion kann kombiniert werden mit einer weiteren Eigenschaft der Lage, insbesondere zum Filtrieren oder Abscheiden von Wasser.The layer of centrifugally spun fibers may optionally form a support layer which serves to support and improve the stability of the filter element. The support function can be combined with another property of the situation, in particular for filtering or separating water.

Von den verschiedenen Lagen des Filterelementes ist zumindest eine Lage als Filterlage ausgeführt und dient zum Abscheiden von Schmutzteilchen im zu reinigenden Fluid.Of the various layers of the filter element, at least one layer is designed as a filter layer and serves for the separation of dirt particles in the fluid to be cleaned.

Ggf. befinden sich im Filterelement zwei oder mehr Filterlagen, vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgend, ggf. aber mit einer oder mehreren zwischenliegenden weiteren Lagen bzw. Schichten. Hierbei ist es zweckmäßig, dass in Durchströmungsrichtung der Abscheidegrad der Filterlagen zunimmt, so dass benachbart zur Rohseite die Filterlage zur Abscheidung größerer Schmutzpartikel einen kleineren Abscheidegrad und benachbart zur Reinseite die Filterlage zur Abscheidung kleinerer Schmutzpartikel einen höheren Abscheidegrad aufweist. Die unterschiedlichen Abscheidegrade in den Filterlagen können über Fasern mit unterschiedlichem Durchmesser über eine unterschiedlich hohe Faserdichte und -struktur in der betreffenden Lage erzeugt werden. Lagen mit einem höheren Abscheidegrad weisen in der Regel Fasern mit kleinerem Durchmesser und/oder höherer Faserdichte auf.Possibly. There are two or more filter layers in the filter element, preferably immediately consecutive, but possibly with one or more intermediate layers or layers. In this case, it is expedient that the degree of separation of the filter layers increases in the direction of flow, so that adjacent to the raw side the filter layer has a higher separation efficiency for separating larger particles of dirt and a smaller separation level adjacent to the clean side the filter layer for separating smaller particles of dirt. The different degrees of separation in the filter layers can be produced via fibers with different diameters via a differently high fiber density and structure in the relevant layer. Layers with a higher degree of separation usually have fibers with a smaller diameter and / or higher fiber density.

Bei mehreren Filterlagen im Filterelement kann zumindest eine Filterlage zentrifugalgesponnene Fasern aufweisen. Ggf. weisen zwei Filterlagen oder alle Filterlagen zentrifugalgesponnene Fasern auf. Möglich ist es aber auch, dass nur eine Filterlage zentrifugalgesponnene Fasern aufweist und eine weitere Filterlage mit Fasern versehen ist, die nicht im Wege des Zentrifugalspinnverfahrens hergestellt sind.In the case of several filter layers in the filter element, at least one filter layer may have centrifugally spun fibers. Possibly. have two filter layers or all filter layers centrifugally spun fibers. But it is also possible that only one filter layer centrifugally spun fibers and another filter layer is provided with fibers that are not made by the centrifugal spinning process.

Auch ist es möglich, dass eine der Lagen, welche nicht primär als Filterlage eingesetzt wird, zentrifugalgesponnene Fasern aufweist oder, in einer alternativen Ausführung, keine derartigen Fasern besitzt. Z. B. kann eine Stützlage zur Stützung und Stabilisierung des Filterelementes ohne zentrifugalgesponnene Fasern aufgebaut sein, auch wenn grundsätzlich Ausführungen möglich sind, bei denen eine Stützlage zentrifugalgesponnene Fasern aufweist. Die Stützlage ist bevorzugt auf der Abströmseite des Filterelementes angeordnet und ist entweder ebenso wie die weiteren Lagen des Filterelementes flexibel ausgebildet oder aber, gemäß einer weiteren Ausführung, als ein Stützgerüst, welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als ebenes oder zylindrisches Stützgerüst ausgeführt sein kann. Gemäß einer einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass an einem derartigen Stützgerüst eine Filterlage mit zentrifugalgesponnenen Fasern anliegt. Die Stützlage besteht in ihrer flexiblen Ausführung beispielsweise aus einem Spunbond.It is also possible that one of the layers which is not primarily used as a filter layer comprises centrifugally spun fibers or, in an alternative embodiment, has no such fibers. For example, a support layer for supporting and stabilizing the filter element may be constructed without centrifugally spun fibers, although in principle embodiments are possible in which a support layer comprises centrifugally spun fibers. The support layer is preferably arranged on the outflow side of the filter element and is either flexible as well as the other layers of the filter element or, according to another embodiment, as a scaffold, which preferably consists of plastic and can be designed as a flat or cylindrical support structure. According to a simple embodiment variant, it is provided that a filter layer with centrifugally spun fibers rests against such a support frame. The support layer consists in its flexible design, for example, a spunbond.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung besteht mindestens eine Lage vollständig aus zentrifugalgesponnenen Fasern. Möglich sind aber auch Ausführungen, bei denen eine Lage nur zum Teil aus zentrifugalgesponnenen Fasern besteht und zu einem weiteren Teil aus sonstigen Fasern, die nicht im Zentrifugalspinnverfahren, sondern auf andere Weise wie zum Beispiel im Meltblown-Verfahren hergestellt sind. Des Weiteren sind Kombinationen möglich, bei denen eine oder mehrere Lagen ausschließlich aus zentrifugalgesponnenen Fasern und eine oder mehrere Lagen des gleichen Filterelementes nur teilweise aus zentrifugalgesponnenen Fasern bestehen und/oder eine oder mehrere Lagen des gleichen Filterelementes ohne zentrifugalgesponnene Fasern aufgebaut sind.According to a further advantageous embodiment, at least one layer consists entirely of centrifugally spun fibers. However, embodiments are also possible in which one layer consists only in part of centrifugally spun fibers and, to a further extent, of other fibers which are not produced by the centrifugal spinning process but by other means, for example by the meltblown process. Furthermore, combinations are possible in which one or more layers exclusively of centrifugally spun fibers and one or more layers of the same filter element consist only partially of centrifugally spun fibers and / or one or more layers of the same filter element are constructed without centrifugally spun fibers.

Die zentrifugalgesponnenen Fasern können einen Durchmesser im Mikrofaserbereich größer als 1 μm oder im Nanofaserbereich kleiner 1 μm aufweisen. Die zentrifugalgesponnenen Fasern besitzen einen Durchmesser, der beispielhaft von 100 nm bis 20 μm reicht. Es sind Ausführungen möglich, bei denen innerhalb einer Lage zentrifugalgesponnene Fasern mit unterschiedlichem Durchmesser vorhanden sind, jedoch können die Fasern eine enge Faserdurchmesserverteilung aufweisen.The centrifugally spun fibers may have a diameter in the microfiber region greater than 1 μm or in the nanofiber region of less than 1 μm. The centrifugally spun fibers have a diameter ranging, for example, from 100 nm to 20 μm. Embodiments are possible in which centrifugally spun fibers of different diameters are present within a layer, but the fibers may have a narrow fiber diameter distribution.

Die Dicke der Lage, welche zentrifugalgesponnene Fasern aufweist, liegt beispielhaft in einer Größenordnung von 0.1 mm bis 3 mm. Das Flächengewicht der Lage mit zentrifugalgesponnenen Fasern liegt, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, in einem Bereich zwischen 0.2 g/m2 bis 300 g/m2.The thickness of the layer comprising centrifugally spun fibers is exemplified on the order of 0.1 mm to 3 mm. The Basis weight of the layer with centrifugally spun fibers is, according to a further advantageous embodiment, in a range between 0.2 g / m 2 to 300 g / m 2 .

Der Faserdurchmesser bei Anwendungen der Lage als Filtermedium liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 nm und 10 μm. Bei Coalescer-Lagen mit zentrifugalgesponnenen Fasern weisen diese vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 200 nm und 40 μm auf. Eine als Wassersperrschicht fungierende Lage weist bevorzugt zentrifugalgesponnene Fasern mit einem Durchmesser zwischen 5 μm und 40 μm auf.The fiber diameter in applications of the layer as a filter medium is preferably in a range between 50 nm and 10 microns. For coalescer layers with centrifugally spun fibers, these preferably have a diameter between 200 nm and 40 μm. A layer acting as a water barrier layer preferably has centrifugally spun fibers with a diameter between 5 μm and 40 μm.

Die Lage mit zentrifugalgesponnenen Fasern kann auch eine Sperrlage bilden, welche dazu dient, ausgeschwemmte Partikel oder Fasern einer vorgelagerten Filterlage, die beispielsweise aus Glas oder einer Glasmischung besteht, zurückzuhalten. Eine derartige Sperrlage weist beispielhaft zentrifugalgesponnene Fasern mit einem Faserdurchmesser zwischen 500 nm und 2 μm auf.The layer of centrifugally spun fibers can also form a barrier layer which serves to retain washed-out particles or fibers of an upstream filter layer consisting, for example, of glass or a glass mixture. Such a blocking layer has, for example, centrifugally spun fibers with a fiber diameter between 500 nm and 2 μm.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung besteht das Filterelement aus drei verschiedenen Filterlagen, die unmittelbar aneinandergrenzen, wobei an der Anströmseite eine Filterlage angeordnet ist, die vollständig aus Glas oder einem Glasmischmedium besteht, an die sich eine in der Mitte liegende Sperrlage aus zentrifugalgesponnenen Fasern anschließt, wobei abströmseitig eine Stützlage zum Beispiel aus Spunbond angeordnet ist.In a further embodiment of the invention, the filter element consists of three different filter layers, which adjoin one another directly, wherein on the upstream side a filter layer is arranged, which consists entirely of glass or a glass mixing medium, which is followed by a centrally located barrier layer of centrifugally spun fibers, wherein downstream of a support layer is arranged, for example, spunbond.

Gemäß noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung weist das Filterelement zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Filterlagen auf, wobei die anströmseitige Filterlage zentrifugalgesponnene Fasern aufweist. Die sich hieran anschließende Filterlage besitzt einen höheren Partikel-Abscheidegrad als die anströmseitige Filterlage und kann ggf. ebenfalls zentrifugalgesponnene Fasern aufweisen oder gemäß einer alternativen Ausführung, Fasern aus Zellulose. An der Abströmseite dieses Filterelementes befindet sich eine Stützlage, die bevorzugt aus einem Spunbond gefertigt ist.According to yet another embodiment of the invention, the filter element has two directly successive filter layers, wherein the upstream filter layer has centrifugally spun fibers. The adjoining filter layer has a higher particle separation efficiency than the upstream filter layer and may optionally also comprise centrifugally spun fibers or, according to an alternative embodiment, fibers of cellulose. At the downstream side of this filter element is a support layer, which is preferably made of a spunbond.

In einer modifizierten Ausführung weist das Filterelement wie vorbeschrieben zwei aufeinanderfolgende Filterlagen auf, wobei auf eine zusätzliche, abströmseitige Stützlage verzichtet wird.In a modified embodiment, the filter element as described above, two successive filter layers, which is dispensed with an additional, downstream-side support layer.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung ist das Filterelement mit einer Coalescer-Lage aus zentrifugalgesponnenen Fasern ausgestattet. Anströmseitig besitzt das Filterelement in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend zwei verschiedene Filterlagen, welche in Strömungsrichtung einen zunehmenden Partikel-Abscheidegrad aufweisen. Jede dieser Filterlagen kann zentrifugalgesponnene Fasern aufweisen, wobei auch Ausführungen mit Fasern aus Meltblown oder aus Glas, einem Glasgemisch bzw. -synthetik oder auch Glas/Zellulose in Betracht kommen.According to a further embodiment of the invention, the filter element is equipped with a coalescer layer of centrifugally spun fibers. On the inflow side, the filter element has successively two different filter layers in the flow direction, which have an increasing particle separation efficiency in the flow direction. Each of these filter layers may comprise centrifugally spun fibers, which also embodiments with fibers of meltblown or glass, a glass mixture or synthetic or glass / cellulose come into consideration.

An die beiden Filterlagen schließt sich die Coalescer-Lage mit zentrifugalgesponnenen Fasern an. Als Option kann sich an die Abströmseite der Coalescer-Lage eine Stützlage anschließen, welche beispielsweise aus Spunbond-Fasern aufgebaut ist. Gemäß noch einer weiteren Option ist das Filterelement mit einer zusätzlichen Wassersperrschicht versehen, welche sich abströmseitig an die Coalescer-Lage bzw., sofern diese vorhanden ist, an die Stützlage anschließt; die Wassersperrschicht kann ggf. auf Abstand zur Reinseite der Coalescer-Lage bzw. Stützlage angeordnet sein. Die Wassersperrschicht kann ebenfalls zentrifugalgesponnene Fasern aufweisen, welche z. B. aus Polytetrafluorethylen bestehen.The two filter layers are followed by the coalescer layer with centrifugally spun fibers. As an option, a support layer can be connected to the downstream side of the coalescer layer, which is constructed, for example, from spunbond fibers. According to yet another option, the filter element is provided with an additional water barrier layer, which adjoins the coalescer layer on the outflow side or, if present, on the support layer; The water barrier layer may optionally be arranged at a distance from the clean side of the coalescer layer or support layer. The water barrier layer may also comprise centrifugally spun fibers which are e.g. B. consist of polytetrafluoroethylene.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 in schematischer Darstellung ein Filterelement mit drei Lagen, von denen eine Lage bzw. mehrere Lagen aus zentrifugalgesponnenen Fasern bestehen, 1 a schematic representation of a filter element with three layers, one or more layers consist of centrifugally spun fibers,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mehrlagigen Filterelementes mit zwei Filterlagen, einer Coalescer-Lage, einer Stützlage sowie beabstandet zur Stützlage mit einer Wassersperrschicht. 2 a further embodiment of a multilayer filter element with two filter layers, a coalescer layer, a support layer and spaced from the support layer with a water barrier layer.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

Bei dem zu reinigenden Fluid, welches zur Filtration das Filterelement durchströmt, kann es sich sowohl um ein gasförmiges als auch um ein flüssiges Fluid handeln, beispielsweise um Kraftstoff. Bei einem Einsatz zur Reinigung gasförmiger Fluide handelt es sich bei der Filtereinrichtung zum Beispiel um einen Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine oder um einen Filter zur Reinigung der dem Fahrzeuginnenraum eines Fahrzeugs zuzuführenden Frischluft.In the fluid to be cleaned, which flows through the filter element for filtration, it may be both a gaseous and a liquid fluid, for example, fuel. When used for cleaning gaseous fluids, the filter device is, for example, an air filter in the intake tract of an internal combustion engine or a filter for cleaning the fresh air to be supplied to the vehicle interior of a vehicle.

Das Filterelement kann in eine Filtereinrichtung mit einem Gehäuse eingesetzt werden, wobei die Filtereinrichtung beispielsweise einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere einen Kraftstofffilter bildet.The filter element can be used in a filter device with a housing, wherein the filter device forms, for example, a fluid filter, in particular a fuel filter.

In 1 ist in schematischer Weise ein mehrlagiges Filterelement 1 dargestellt, das insgesamt drei Lagen 2, 3 und 4 aufweist, welche in Richtung der eingezeichneten Pfeile 5 von einem zu reinigenden Fluid durchströmt werden. Die Lagen 2, 3, 4 sind im Ausführungsbeispiel jeweils eben ausgebildet und liegen parallel zueinander. Die Lagen 2, 3, 4 grenzen unmittelbar aneinander an. Jede Lage unterscheidet sich von den weiteren Lagen im Hinblick auf die Dicke sowie den Aufbau und ggf. des Materials. Die erste Lage 2 bildet eine Filterlage, ebenso die nächste Lage 3, wobei sich der Partikel-Abscheidegrad in Durchströmungsrichtung 5 erhöht, so dass die erste Filterlage 2 einen geringeren Partikel-Abscheidegrad aufweist als die nächste Filterlage 3.In 1 is schematically a multilayer filter element 1 shown, the total of three layers 2 . 3 and 4 has, which in the direction of the arrows 5 be traversed by a fluid to be cleaned. The layers 2 . 3 . 4 are in the embodiment, in each case flat and are parallel to each other. The layers 2 . 3 . 4 border directly on each other. Each layer differs from the other layers in terms of thickness and the structure and possibly the material. The first location 2 forms a filter layer, as well as the next layer 3 , Where the particle separation in the flow direction 5 increased, leaving the first filter layer 2 has a lower particle separation efficiency than the next filter layer 3 ,

Die erste, anströmseitige Filterlage 2 ist aus Fasern aufgebaut, die im Zentrifugalspinnverfahren hergestellt sind. Die Fasern weisen einen Durchmesser in der Größenordnung zwischen 50 nm und 10 μm auf. Die Dicke der ersten Filterlage 2 beträgt zwischen 0.1 mm und 3 mm, vorzugsweise 0.5 mm bis 1.5 mm. Das Flächengewicht der ersten Filterlage 2 liegt zwischen 1 g/m2 und 300 g/m2.The first, upstream-side filter layer 2 is made up of fibers produced by the centrifugal spinning process. The fibers have a diameter in the order of between 50 nm and 10 microns. The thickness of the first filter layer 2 is between 0.1 mm and 3 mm, preferably 0.5 mm to 1.5 mm. The basis weight of the first filter layer 2 is between 1 g / m 2 and 300 g / m 2 .

Die darauf folgende zweite Filterlage 3 kann ggf. auch aus zentrifugalgesponnenen Fasern bestehen, wobei auch andere Fasern in Betracht kommen, beispielsweise Fasern aus Zellulose.The following second filter layer 3 Optionally, it may also consist of centrifugally spun fibers, although other fibers may also be considered, for example cellulose fibers.

Die dritte Lage 4, welche an der Abströmseite liegt, ist optional vorgesehen; ggf. besteht das Filterelement 1 nur aus den beiden Lagen 2 und 3. Soweit auch die dritte Lage 4 vorhanden ist, dient diese als Stützlage und besteht aus Fasern, welche beispielsweise im Spunbond-Verfahren hergestellt werden. Die Dicke der Stützlage liegt zwischen 0.1 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0.2 mm und 0.5 mm. Der Abscheidegrad und die Staubkapazität der Stützlage 4 sind geringer als die der darüberliegenden Schichten 2 und 3.The third location 4 , which is located on the downstream side, is optionally provided; if necessary, there is the filter element 1 only from the two layers 2 and 3 , As far as the third location 4 is present, this serves as a support layer and consists of fibers, which are produced for example in the spunbond process. The thickness of the support layer is between 0.1 mm and 1 mm, preferably between 0.2 mm and 0.5 mm. The degree of separation and the dust capacity of the support layer 4 are smaller than those of the overlying layers 2 and 3 ,

Ggf. ist das Filterelement 1 mit einem Gitter versehen, das sich an der Anströmseite und an der Abströmseite oder zwischen zwei Lagen befindet und dem Filterelement zusätzliche Stabilität verleiht. Auch kommen Ausführungen in Betracht, bei denen sich zwischen den gezeigten Lagen oder an der Anström- bzw. Abströmseite zusätzliche Lagen befinden.Possibly. is the filter element 1 provided with a grid which is located on the upstream side and on the downstream side or between two layers and gives the filter element additional stability. Also come into consideration, in which there are additional layers between the layers shown or at the inflow or outflow side.

Gemäß einer weiteren Ausführung eines Filterelementes 1, das grundsätzlich den gleichen Lagenaufbau wie in 1 dargestellt aufweist, bildet die erste anströmseitige Lage 2 eine Vorfilterlage, die beispielsweise aus Glasfasern oder einer Mischung aus Glasfasern oder Fasern anderer Materialien wie zum Beispiel Zellulose oder Kunststoff besteht, wobei der Glasanteil vorzugsweise mindestens 20% beträgt, ggf. 100%.According to a further embodiment of a filter element 1 which basically has the same layer structure as in 1 shown, forms the first upstream side layer 2 a pre-filter layer, which consists for example of glass fibers or a mixture of glass fibers or fibers of other materials such as cellulose or plastic, wherein the glass content is preferably at least 20%, possibly 100%.

Die in Strömungsrichtung darauf folgende, mittlere Lage 3 bildet eine Sperrlage und ist aus Fasern aufgebaut, die im Zentrifugalspinnverfahren hergestellt sind. Die Sperrlage 3 weist eine Dicke auf, die zweckmäßigerweise nicht größer als 0.2 mm und ein Flächengewicht zwischen 0.5 g/m2 und 20 g/m2 besitzt.The following in the flow direction, middle layer 3 forms a barrier layer and is composed of fibers made by centrifugal spinning. The blocked position 3 has a thickness which advantageously has not greater than 0.2 mm and a weight per unit area between 0.5 g / m 2 and 20 g / m 2 .

Die dritte, abströmseitige Lage 4 bildet eine Stützlage und besteht vorzugsweise aus Fasern, die im Spunbond-Verfahren hergestellt sind. Die Dicke der Lage 3 beträgt zweckmäßigerweise nicht mehr als 0.5 mm.The third, downstream location 4 forms a support layer and preferably consists of fibers which are produced by the spunbond process. The thickness of the situation 3 is expediently not more than 0.5 mm.

Das mehrlagige Filterelement 1 gemäß 2 weist an der Anströmseite eine erste Filterlage 2 auf, an die sich eine zweite Filterlage 3 anschließt, welche einen höheren Partikel-Abscheidegrad als die erste Filterlage 2 aufweist. An die zweite Filterlage 3 grenzt abströmseitig eine Coalescer-Lage 4 an, an deren Abstützseite sich eine optional vorgesehene Stützlage 6 anschließt. Mit Abstand zur Abströmseite der Stützlage 6 ist eine weitere Lage 7 vorgesehen, die eine Wassersperrschicht bildet, an deren Anströmseite gemäß Pfeil 8 abgeschiedenes Wasser nach unten abströmt, wohingegen das zu reinigende Fluid, beispielsweise Kraftstoff wie zum Beispiel Diesel, wie mit der Pfeilrichtung 5 angegeben die Wassersperrschicht 7 passieren kann.The multilayer filter element 1 according to 2 has a first filter layer on the upstream side 2 on, to which a second filter layer 3 connects, which has a higher particle separation efficiency than the first filter layer 2 having. To the second filter layer 3 adjoins a coalescer layer downstream 4 on, at the support side, an optionally provided support layer 6 followed. At a distance from the downstream side of the support layer 6 is another location 7 provided, which forms a water barrier layer, on the inflow side as indicated by arrow 8th separated water flows down, whereas the fluid to be cleaned, for example, fuel such as diesel, as with the arrow direction 5 indicated the water barrier layer 7 can happen.

Die Coalescer-Lage 4 besteht aus zentrifugalgesponnenen Fasern. Das Flächengewicht der Coalescer-Lage 4 liegt zwischen 0.5 g/m2 und 300 g/m2, vorzugsweise zwischen 10 g/m2 und 200 g/m2. Der mittlere Faserdurchmesser in der Coalescer-Lage 4 beträgt zwischen 200 nm und 20 μm, vorzugsweise zwischen 800 nm und 5 μm. Das Basismaterial der Fasern ist beispielsweise Polyethylen oder ein sonstiges Polymer.The coalescer situation 4 consists of centrifugally spun fibers. The basis weight of the coalescer layer 4 is between 0.5 g / m 2 and 300 g / m 2 , preferably between 10 g / m 2 and 200 g / m 2 . The mean fiber diameter in the coalescer layer 4 is between 200 nm and 20 microns, preferably between 800 nm and 5 microns. The base material of the fibers is, for example, polyethylene or another polymer.

Auch die Wassersperrschicht 7 besteht aus zentrifugalgesponnenen Fasern, die einen Durchmesser zwischen 200 nm und 20 μm aufweisen, vorzugsweise zwischen 800 nm und 10 μm. Das Flächengewicht der Wassersperrschicht 7 beträgt zwischen 0.5 g/m2 und 250 g/m2, vorzugsweise zwischen 1 g/m2 und 100 g/m2. Das Basismaterial der zentrifugalgesponnenen Fasern der Wassersperrschicht 7 besteht ebenfalls aus einem Polymer, beispielsweise Polyamid, Polyethylen oder Polytetrafluorethylen.Also the water barrier layer 7 consists of centrifugally spun fibers having a diameter between 200 nm and 20 μm, preferably between 800 nm and 10 μm. The basis weight of the water barrier layer 7 is between 0.5 g / m 2 and 250 g / m 2 , preferably between 1 g / m 2 and 100 g / m 2 . The base material of the centrifugally spun fibers of the water barrier layer 7 also consists of a polymer, for example polyamide, polyethylene or polytetrafluoroethylene.

Als Material für die Filterlagen 2 und 3 kommen ebenfalls zentrifugalgesponnene Fasern in Betracht, ggf. aber auch Fasern, welche im Meltblown-Verfahren hergestellt werden, Glasfasern oder ein Gemisch aus Glas und sonstigen Materialien, wie z. B. Zellulose oder Kunststoff.As material for the filter layers 2 and 3 come also centrifugally spun fibers into consideration, but possibly also fibers which are produced by the meltblown process, glass fibers or a mixture of glass and other materials, such as. As cellulose or plastic.

Die Stützlage 6 ist aus Fasern gefertigt, die im Spunbond-Verfahren hergestellt sind.The support layer 6 is made from fibers made using the spunbond process.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

Filterelement mit mindestens zwei Lagen (2, 3, 4, 6, 7), wobei mindestens eine Lage (2, 3) eine Filterlage bildet, die orthogonal zur Lagenebene von einem zu filtrierenden Fluid durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage (2, 3, 4, 6, 7) Fasern aufweist, die im Zentrifugalspinnverfahren hergestellt sind.Filter element with at least two layers ( 2 . 3 . 4 . 6 . 7 ), whereby at least one layer ( 2 . 3 ) forms a filter layer which can be traversed by a fluid to be filtered orthogonally to the plane of the layer, characterized in that at least one layer ( 2 . 3 . 4 . 6 . 7 ) Comprises fibers produced by the centrifugal spinning process. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (2, 3) mit zentrifugalgesponnenen Fasern eine Filterlage bildet.Filter element according to claim 1, characterized in that the position ( 2 . 3 ) forms a filter layer with centrifugally spun fibers. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (4) mit zentrifugalgesponnenen Fasern eine Coalescer-Lage bildet.Filter element according to claim 1 or 2, characterized in that the position ( 4 ) forms a coalescer layer with centrifugally spun fibers. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (7) mit zentrifugalgesponnenen Fasern eine Wassersperrschicht bildet.Filter element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the position ( 7 ) forms a water barrier layer with centrifugally spun fibers. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchströmungsrichtung zwei Filterlagen (2, 3) hintereinanderliegend angeordnet sind, von denen mindestens eine die Lage (2, 3) zentrifugalgesponnene Fasern aufweist.Filter element according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the flow direction two filter layers ( 2 . 3 ) are arranged one behind the other, at least one of which ( 2 . 3 ) has centrifugally spun fibers. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidegrad der beiden Filterlagen (2, 3) in Durchströmungsrichtung (5) zunimmt.Filter element according to claim 5, characterized in that the separation efficiency of the two filter layers ( 2 . 3 ) in the direction of flow ( 5 ) increases. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage (2, 3, 4, 6, 7) Fasern aufweist, die nicht im Zentrifugalspinnverfahren hergestellt sind.Filter element according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one layer ( 2 . 3 . 4 . 6 . 7 ) Has fibers which are not produced by the centrifugal spinning process. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage (6) eine Stützlage zur Stützung und Stabilisierung der Lage (2, 3) mit zentrifugalgesponnenen Fasern bildet.Filter element according to one of claims 1 to 7, characterized in that a layer ( 6 ) a support situation to support and stabilize the situation ( 2 . 3 ) forms with centrifugally spun fibers. Filterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützlage (6) auf der Abströmseite des Filterelements (1) angeordnet ist.Filter element according to claim 8, characterized in that the supporting layer ( 6 ) on the downstream side of the filter element ( 1 ) is arranged. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage (2, 3, 4, 6, 7) vollständig aus zentrifugalgesponnenen Fasern besteht.Filter element according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one layer ( 2 . 3 . 4 . 6 . 7 ) consists entirely of centrifugally spun fibers. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrifugalgesponnenen Fasern einen Durchmesser von 50 nm bis 40 μm aufweisen.Filter element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the centrifugally spun fibers have a diameter of 50 nm to 40 microns. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (2, 3, 4, 6, 7) mit zentrifugalgesponnenen Fasern eine Dicke von 0.1 mm bis 3 mm aufweist.Filter element according to one of claims 1 to 11, characterized in that the position ( 2 . 3 . 4 . 6 . 7 ) has a thickness of 0.1 mm to 3 mm with centrifugally spun fibers. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (2, 3, 4, 6, 7) mit zentrifugalgesponnenen Fasern ein Flächengewicht von 0.2 g/m2 bis 300 g/m2 aufweist.Filter element according to one of claims 1 to 12, characterized in that the position ( 2 . 3 . 4 . 6 . 7 ) with centrifugally spun fibers has a basis weight of 0.2 g / m 2 to 300 g / m 2 . Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrifugalgesponnenen Fasern aus Polyamid, Polyethylen oder PTFE bestehen.Filter element according to one of claims 1 to 13, characterized in that the centrifugally spun fibers consist of polyamide, polyethylene or PTFE. Filtereinrichtung mit einem Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Filter device with a filter element according to one of claims 1 to 14.
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