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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft ein Mehrschichten-Filtermedium und ein diesbezügliches Herstellungsverfahren. Das Mehrschichten-Filtermedium wird vorzugsweise in einem Luftfilter oder einem Kraftstoff- oder Schmiermittelfilter eingesetzt, wie er in Kraftfahrzeugen verwendet wird.
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Stand der Technik
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EP 1 340 528 A1 offenbart eine Filtermasse in Blattform für einen Luftfilter, insbesondere für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, sowie Verfahren zur Herstellung der Masse.
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US 6,428,610 B1 offenbart einen HEPA-Schwebstofffilter (High Efficiency Particulate Airfilter), der eine Vielzahl von benachbarten elektrostatisch geladenen Stapeln von Vliesstoffen aufweist. Zum Zusammenfügen der Stapel werden Klebebindung oder Ultraschall-Bonden angewandt.
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EP 0 955 078 A1 offenbart eine Filtermasse, die mindestens eine Schicht aufweist, die geeignet ist, eine Grobfiltration zu erzeugen. Eine zweite Schicht, die eine Feinfiltration bereitstellt, ist ebenfalls vorhanden.
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CN 102240490 A offenbart einen gefalteten Luftreinigungsfilter für ein Klimagerät. Der gefaltete Luftreinigungsfilter weist einen Rahmen und eine Verbund/Gradientenfaser-Filterplatte auf, wobei die Verbund/Gradientenfaser-Filterplatte ein erstes Vliesstoff-Filtermaterial und ein zweites Vliesstoff-Filtermaterial aufweist, die auf einer Innenschicht angeordnet sind.
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US 2008/0276805 A1 offenbart eine Luftfiltereinrichtung mit einem Filtrationsmedium für Fahrgasträume von Fahrzeugen. Das Filtrationsmedium weist eine erste Filterschicht, ein Baumwollgewebe und eine zweite Filterschicht auf. Die drei Schichten sind im Wesentlichen nicht miteinander verbunden mit Ausnahme von einer oder mehreren Außenkante(n) des Filtrationsmediums.
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US 2008/0302074 A1 offenbart ein mehrschichtiges Filtermedium zur Entfernung von Partikeln aus einem Flüssigkeitsstrom. Das mehrschichtige Filtermedium weist mehrere Schichten auf, die über Ultraschall-Bonden miteinander verbunden sind.
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Die offenbarten mehrschichtigen Filtermedien sind entweder relativ weich, oder sie weisen eine relativ geringe mechanische Stabilität auf. Weiter sind diese bereits bekannten Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen Filtermedien relativ kostspielig und zeitaufwändig.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand dieser Erfindung ist daher die Bereitstellung eines mehrschichtigen Filtermediums mit verbesserter mechanischer Stabilität, das auf wirtschaftlichere Weise hergestellt werden kann. Weiter ist das Ziel der Erfindung die Bereitstellung eines einfachen und kosteneffektiven Herstellungsverfahrens für das mehrschichtige Filtermedium.
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Das erfindungsgemäße mehrschichtige Filtermedium weist die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale auf. Das Verfahren der Herstellung des mehrschichtigen Filtermediums ist im unabhängigen Anspruch 11 angegeben.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Wegen des synthetischen Netzes ist das erfindungsgemäße mehrschichtige Filtermedium mechanisch sehr stabil und reißfest. Da weiter die Vielzahl von Schichten des mehrschichtigen Filtermediums durch Vernadelung und/oder Wasservernadelung verbunden ist, kann das mehrschichtige Filtermedium auf insgesamt einfache und kosteneffiziente Weise hergestellt werden. Im Interesse maximaler Stabilität des mehrschichtigen Filtermediums sind die Schichten vorzugsweise über dem Bereich ihrer gesamten Kontaktfläche verbunden. Im Kontext der Erfindung ist ein synthetisches Netz ein Netz, das aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Ein derartiges synthetisches Netz kann auch als Kunststoffnetz bezeichnet werden. Es ist vorzugsweise als steifes offenes Netz konstruiert. Das synthetische Netz dient nur als Trägerstruktur für die mindestens zwei Schichten des Filtermediums, und es führt keinerlei Filterfunktion aus. Die Maschengröße und die Dicke des Materials des Kunststoffnetzes werden daher so gewählt, dass nur das für den beabsichtigten Zweck erforderliche Ausmaß der Stützung des Filtermediums bereitgestellt wird.
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Um die Wirkfläche des mehrschichtigen Filtermediums zu erhöhen, kann es nach Wasservernadelung und/oder Vernadelung als balgartiges Filtermedium verarbeitet werden. Das heißt, dass es ohne irgendeine Wärmeanwendung gefaltet werden kann. Dies führt zu signifikanter Kosteneinsparung sowie zu einer insgesamt erhöhten Produktionsgeschwindigkeit des mehrschichtigen Filtermediums. Weiter ist anzumerken, dass der spezifische Typ der Bindung der verschiedenen Schichten des mehrschichtigen Filtermediums wegen der diesbezüglich typischen Flexibilität ein Falten/Plissieren des mehrschichtigen Filtermediums ohne Unterbrechung der Bindung ermöglicht.
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Bezüglich der Filtrierung sowohl größerer als auch kleinerer Partikel, z. B. von Staub- oder Rußpartikeln, kann eine der zwei Schichten des Filtermediums in Form einer Grobfaserschicht bereitgestellt sein, während die andere Schicht des Filtermediums in Form einer Feinfaserschicht bereitgestellt sein kann. Somit kann ein Zwei-Phasen-Filtermedium bereitgestellt werden.
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Weiter kann jede Schicht des Filtermediums gemäß der Erfindung einen einzelnen Fasertyp oder eine Mischung unterschiedlicher Fasertypen aufweisen. Die Fasertypen können sich untereinander bezüglich ihrer Länge, ihres Durchmessers, ihrer Oberflächenbeschaffenheit und/oder des Fasermaterials unterscheiden.
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Gemäß der Erfindung kann mindestens eine der beiden Schichten des Filtermediums eine gekrempelte oder kreuzgelegte Schicht von Filtermedium sein.
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Das Krempeln und/oder Kreuzlegen der Schicht(en) des Filtermediums kann erfolgen wenn die mehrschichtigen Filtermedien vor dem Verbinden der Schichten hergestellt werden. Das Krempeln ermöglicht die Auflösung von Hindernissen und unstrukturierten Faserklumpen und richtet die individuellen Fasern weiter so aus, dass sie mehr oder weniger parallel zueinander verlaufen. Das Kreuzlegen ermöglicht ein gewünschtes Gewicht und eine erwünschte Breite der Filtermedien. Dies verbessert sowohl die Wirksamkeit des Filtermediums als auch dessen mechanische Stabilität.
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Vorzugsweise sind beide Schichten des Filtermediums gekrempelte Filtermedienschichten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Schicht des Filtermediums ein Vliesmaterial auf, z. B. einen Vliesstoff. Das Filtermedium kann dann auf sehr kosteneffektive Weise hergestellt werden. Vorzugsweise weisen beide Filtermedium-Schichten des mehrschichtigen Filtermediums ein Vliesmaterial auf.
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Gemäß der Erfindung kann das Netz vorzugsweise zwischen den mindestens zwei (äußeren) Schichten des Filtermediums eingeschoben sein. Dies ermöglicht eine Verbindung des Netzes mit den Filtermedienschichten für eine optimale mechanische Stabilität.
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Eine sehr kompakte Schicht des Filtermediums mit weiter verbesserter mechanischer Stabilität kann erreicht werden, wenn mindestens eine der beiden Schichten des Filtermediums eine vernadelte Schicht aus Filtermedium ist. Vorzugsweise sind beide Schichten des Filtermediums vernadelte Schichten. Das Vernadeln der Schicht(en) erfolgt vorzugsweise vor dem Verbinden der Schichten mit dem Netz.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Schichten vor Ihrem Verbinden anfänglich komprimiert. In diesem Fall kann ein sehr kompaktes und dichtes mehrschichtiges Filtermedium hergestellt werden, das insbesondere zum Filtern sehr kleiner Partikel aus einer Flüssigkeit verwendet werden kann.
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Gemäß der Erfindung können alle Schichten während ihrer Bindung verdichtet sein. Dies ermöglicht eine zeit- und kosteneffiziente Herstellung des mehrschichtigen Filtermediums.
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Das mehrschichtige Filtermedium weist überlegene Filtrierungseigenschaften auf, wenn mindestens eine Schicht des Filtermediums Textilfasern aufweist, die Polyester, Rayon oder Polyamid aufweisen.
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Vorzugsweise weisen beide Schichten des Filtermediums Textilfasern auf, die Polyester, Rayon oder Polyamid aufweisen.
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Um ein sehr robustes und effektives mehrschichtiges Filtermedium zu erzielen, werden die Schichten des mehrschichtigen Filtermediums so gewählt, dass es nach der Herstellung ein Flächengewicht zwischen 50 g/m2 und 450 g/m2, insbesondere zwischen 100 g/m2 und 400 g/m2 und vorzugsweise zwischen 150 g/m2 und 350 g/m2, aufweist.
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Vorzugsweise ist das mehrschichtige Filtermedium so verarbeitet, dass es nach der Herstellung eine Dicke zwischen 0,5 mm und 3,5 mm; insbesondere zwischen 1,0 mm und 3,0 mm; aufweist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat ein mehrschichtiger Filter eine Luftdurchlässigkeit von mehr als 200 l/m2·s, vorzugsweise von mehr als 300 l/m2·s.
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Das synthetische Netz kann eine reguläre Lochweite und einen regulären Lochabstand aufweisen. In diesem Fall kann der Fluss durch das mehrschichtige Filtermedium über das gesamte mehrschichtige Filtermedium konstant gehalten werden.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung des mehrschichtigen Filtermediums sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Das Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Filtermediums weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellung von mindestens zwei Schichten von Filtermedium und einem synthetischen Netz;
- b) Positionieren der drei Schichten übereinander;
- c) Verbindung der drei Schichten durch Vernadelung und/oder Wasservernadelung.
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Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von mehr als zwei Schichten von Filtermedium und/oder mehr als einer Schicht synthetischen Netzes ausgeführt werden kann.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiter einen Schritt d) des Plissierens/Falten der mehrschichtigen Filtermedien mit einer Plissier/Faltvorrichtung auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine insgesamt einfache, zeit- und kosteneffiziente Herstellung eines mechanisch stabilen mehrschichtigen Filtermediums.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Figuren, die signifikante Details zeigen, und die Patentansprüche ersichtlich. Die individuellen Merkmale können jeweils einzeln ausgeführt sein, oder sie können in Varianten der Erfindung in beliebiger Kombination zusammen ausgeführt sein.
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1 zeigt in schematischer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 zeigt ein vergrößertes Detail von 1; und
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3 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines mehrschichtigen Filtermediums 12. Das mehrschichtige Filtermedium 12 ist aus einem ersten Filtermedium 14, einem zweiten Filtermedium 16 und einem synthetischen Netz 18 ausgebildet.
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Das erste Filtermedium 14 kann gekrempelt und/oder vernadelt und/oder kreuzgelegt sein. Es wird durch eine erste Rolle 20 als nachgelagerte Schicht bereitgestellt. Das zweite Filtermedium 16 kann gekrempelt und/oder vernadelt und/oder kreuzgelegt sein. Es wird durch eine zweite Rolle 22 als vorgelagerte Schicht bereitgestellt. Schließlich wird das synthetische Netz 18 durch eine dritte Rolle 24 bereitgestellt. Das synthetische Netz 18 wird als mittlere Schichtlage bereitgestellt.
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Alle Schichten 14, 16, 18 werden in Richtung eines Pfeils 26 zu einer Verbindungseinheit 28 geführt. Die Verbindungseinheit 28 setzt entsprechend der Angabe durch einen Pfeil 30 die Schichten 14, 16, 18 zusammen, sodass das mehrschichtige Filtermedium 12 entsteht. Die Verbindung wird unter Verwendung von Wasservernadelung und/oder Vernadelung durch die Verbindungseinheit 28 durchgeführt. Bei der Wasservernadelung und/oder Vernadelung wird das mehrschichtige Filtermedium 12 verbunden, und es kann mit einer Plissier/Faltvorrichtung ohne irgendeine Anwendung von Wärme plissiert/gefaltet werden. Dies ergibt eine Kosteneinsparung sowie eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Details 32 des mehrschichtigen Filtermediums 12 gemäß 1. Entsprechend der Darstellung in 2 ist das erste Filtermedium 14 in Form einer Grobfaserschicht gebildet. Bei einer Anwendung (nicht dargestellt) begrenzt das erste Filtermedium 14 eine Rohmediumseite eines Filters, insbesondere eine Rohgasseite. Daher ist das erste Filtermedium 14 ausgebildet, um grobe Partikel zu filtern. Im Gegensatz dazu ist das zweite Filtermedium 16 in Form einer Feinfaserschicht ausgebildet, um feine Partikel zu filtern.
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Das erste Filtermedium 14 und das zweite Filtermedium 16 werden durch das synthetische Netz 18 getragen. Das synthetische Netz 18 ist in Form eines steifen offenen Netzes bereitgestellt. Öffnungen des synthetischen Netzes 18 haben eine reguläre Größe und einen regulären Abstand. Das Netz 18 ist zwischen den beiden äußeren Filtermedienschichten 14, 16 eingeschoben, wodurch eine mechanisch stabile Verbindung der drei Schichten bereitgestellt wird.
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Abschließend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung eines sehr stabilen mehrschichtigen Filtermediums. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellung von mindestens zwei Schichten von Filtermedium und einem synthetischen Netz; Positionieren der drei Schichten übereinander; Verbinden aller drei Schichten durch Vernadelung und/oder Wasservernadelung. Vorzugsweise werden ein Grobfiltermedium als erste Schicht eines Filtermediums und ein Feinfiltermedium als zweite Schicht eines Filtermediums bereitgestellt. Insbesondere wird vorzugsweise ein steifes offenes Netz als synthetisches Netz bereitgestellt. Alle Schichten können durch Vernadelung und/oder Wasservernadelung verbunden und ohne Wärmeanwendung mit der Plissier/Faltvorrichtung plissiert werden, um auf sehr wirtschaftliche Weise ein gefaltetes mehrschichtiges Filtermedium zu erhalten. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens.
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3 stellt das Verfahren 100 zur Herstellung des mehrschichtigen Filtermediums 12 entsprechend der vorstehenden Ausführungen dar, das folgende Schritte aufweist:
- – Bereitstellung 102 der mindestens zwei Filtermedienschichten und des synthetischen Netzes;
- – Positionieren 104 der drei Schichten übereinander; und
- – Verbinden 106 der drei Schichten miteinander durch Vernadelung und/oder Wasservernadelung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1340528 A1 [0002]
- US 6428610 B1 [0003]
- EP 0955078 A1 [0004]
- CN 102240490 A [0005]
- US 2008/0276805 A1 [0006]
- US 2008/0302074 A1 [0007]
