DE102019114914A1 - Trichterförmiges Filterelement - Google Patents

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Sascha SCHUMACHER
Thorsten Schmitt
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Carl Freudenberg KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein trichterförmiges Filterelement (10) mit einem Rahmen (1). Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Filterelement zu schaffen, welches fertigungstechnisch einfach herzustellen ist und zur fachgerechten Entsorgung wieder einfach zerlegt werden kann.Erfindungsgemäß wurde als vorteilhaft erkannt dazu die seitliche Abdichtung (6) eines plissierten ersten Filterelements (3) durch ein Umbügeln der Ecken (5) des Faltenbalgs zu realisieren.Erfindungsgemäß wurde weiter als vorteilhaft erkannt ein zweites Filtermedium (8) materialeinheitlich und nahtlos auszuführen.Erfindungsgemäß wurde schließlich als vorteilhaft erkannt den Rahmen (1) selbst mit einer Dichtwirkung zu versehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, Filterelemente zur Aufbereitung von Luft einzusetzen. Aus der EP 3 015 155 A1 ist eine Filteranordnung für einen Fahrzeuginnenraum bekannt, bei welchem die Filteraufgaben Adsorptionsfiltration und Partikelfiltration in einem Filter zusammengefasst sind. Dabei hält die als Partikelfilter ausgebildete Filterlage partikelförmige Bestandteile aus der Zuluft zurück, beispielsweise Staub und Pollen. Die als Adsorptionsfilter ausgebildete Filterlage hält unerwünschte gasförmige Bestandteile aus der Zuluft zurück, beispielsweise Schadgase, Gerüche, Benzol oder Ozon.
  • Aus der WO 2010/049 052 A1 ist ein Filterelement bekannt, welches als sogenannter Kombifilter ausgestaltet ist. Ein solches Filterelement filtert Partikel und adsorbiert Gase.
  • Filterelemente dieser Art können verwendet werden, um Luft in Raumluftfiltern zu reinigen. Es ist auch bereits bekannt, Kombifilter in mobilen Reinigungsgeräten einzusetzen, wobei die mobilen Reinigungsgeräte beispielsweise in Gebäuden örtlich veränderbar aufstellbar sind. Ein Filter für ein solches Reinigungsgerät ist beispielsweise in der EP 3 167 949 A1 beschrieben.
  • Beim Einsatz von Filterelementen in der Luftfiltration ist es wichtig, dass der Filter gegenüber dem luftführenden Gehäuse gut abgedichtet und so sichergestellt ist, dass Luft nicht zwischen Gehäuse und Filter passieren kann. Es soll kein Bypass vorhanden sein, sondern eine leckfreie, also leckagefreie Abdichtung vorliegen. Dazu ist es üblich Filtermedien in einem Rahmen zu verkleben, was zusätzliche Prozessschritte bei der Herstellung des Filterelements bedeutet. Auf Grund der Verklebung ist eine dauerhaft stoffschlüssige Verbindung hergestellt und eine sortenreine Entsorgung nach Gebrauch des Filters erschwert.
  • Aufgabenstellung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein trichterförmiges Filterelement zu schaffen, welches fertigungstechnisch einfach herzustellen ist und zur fachgerechten Entsorgung wieder einfach zerlegt werden kann.
  • Technische Lösung
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Filterelement mit den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße Filterelement weist einen Rahmen und mindestens eine Filterstufe auf, wobei die Filterstufe ein plissiertes, d.h. vielfach gefaltetes erstes Filtermedium besitzt. Die Filterstufe dient der Partikelfiltration. Das erste Filtermedium ist in dem Rahmen aufgenommen und weist die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes auf, d.h. hat die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes. Auch das ganze Filterelement weist eine Trichterform auf.
  • Erfindungsgemäß wurde als vorteilhaft erkannt die seitliche Abdichtung des plissierten ersten Filtermediums durch ein Versiegeln der Ecken des Faltenbalgs zu realisieren:
    • Erfindungsgemäß ist das erste Filtermedium dazu aus einem in der Draufsicht ursprünglich rechteckigen Faltenbalg geformt, wobei der Faltenbalg an seinen Seiten quer zu den Faltkanten versiegelt ist durch schräges Umbügeln der Ecken des Faltenbalgs. Dazu erfolgt ein Umfalten der Ecken des Faltenbalgs, sodass sich die Ecken überlappen und danach oder währenddessen erfolgt eine Wärmezuführung und /oder Verpressung der Ecken. Wärmezuführung und Verpressung kann z.B. durch speziell ausgeformte Ultraschallsonotroden erfolgen. Das Umfalten erfolgt derart, dass der Faltenbalg in seinem Querschnitt - in Richtung der Faltkanten betrachtet - eine Parallelogrammform zeigt. Die beiden Endfalten des Faltenbalgs sind miteinander verbunden (z.B. durch Verkleben oder Verschweißen) und so ist aus dem ursprünglich rechteckigen Faltenbalg mit parallelogrammförmigem Querschnitt ein trichterförmiger Ring geformt, d.h. es ist ein endloser Faltenbalg gebildet. In vorteilhafter Weise muss daher nicht in einem speziellen Verfahrensschritt eine Formgebung durch Beschneiden, eine Abdichtung durch Aufbringen eines Dichtbandes, eines sogenannten Kantenbandes, oder durch Einbringen eines Dichtmittels erfolgen und die Filterstufe ist materialeinheitlich nur aus dem ersten Filtermedium ausgebildet.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist das erste Filtermedium aus einem PP-(Polypropylen), PET- (Polyethylenterephthalat) und/oder PE- (Polyethylen) und/oder PTFE- haltigen (Polytetrafluorethylen) Vliesstoff. Das erste Filtermedium kann in vorteilhafter Weiterbildung zumindest eine Lage aus einem Vliesstoff, einem glasfaserhaltigen Synthetikmedium oder einem Membranmedium, beispielsweise mit einer PTFE- oder Nanofaser-Membran umfassen. Kombinationen der verschiedenen Medien sind ebenfalls denkbar (z.B. Glasfaserpapier mit Synthetikanteil). Aus Vliesstoff ausgebildete plissierte Filter sind kostengünstig und weisen aufgrund der verhältnismäßig großen Filteroberfläche eine hohe Filtrationsleistung auf.
    Das erste Filtermedium kann auch mehrere Lagen, bevorzugt zwei oder drei Lagen aus synthetischem Vliesstoff, aufweisen.
  • Erfindungsgemäß weist das Filterelement mindestens eine weitere Filterstufe auf, die ein adsorberhaltiges weiteres Filtermedium besitzt. Von der Durchströmungsreihenfolge kann das weitere Filtermedium in der ersten oder der zweiten Filterstufe eingesetzt werden. Die jeweils andere Filterstufe wird durch das oben beschriebene erste Filtermedium gebildet. Das Filterelement ist also ein mehrstufiger Kombifilter. Auch das weitere Filtermedium ist in den Rahmen aufgenommen und weist ebenfalls die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes auf. In vorteilhafter Weise ist das weitere Filtermedium nahtlos ausgeführt als Tiefziehteil, d.h. es besitzt keine Verbindungsstelle oder Stoßstelle, welche z.B. durch Verkleben geschlossen werden müsste. Die Verwendung eines Klebstoffs und damit eines weiteren Materials ist so nicht erforderlich. Auch kann ein Prozessschritt „Verbinden (z.B. „Verkleben“ oder „Verschweißen“) im Herstellungsverfahren eingespart werden. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die wirksame, aktive Filterfläche des weiteren Filtermediums nicht durch eine Klebstoff- oder Schweißnaht verringert wird. Dank der Trichterform können die Filtermedien auf einfache Weise relativ zueinander positioniert werden.
    Erfindungsgemäß wurde also als vorteilhaft erkannt das zweite Filtermedium materialeinheitlich und nahtlos auszuführen.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist das weitere Filtermedium ein Vliesstoff mit Adsorberschicht. Denkbar ist zum Beispiel ein beschichteter Vliesstoff, wobei die Beschichtung ein Adsorptionsmittel aufweist.
  • Als Adsorber könnte in vorteilhafter Ausführung ein Aktivkohlematerial und/oder ein Zeolithmaterial verwendet werden.
  • Das Filtermedium könnte mit einer antiallergen wirkenden Schicht oder Lage versehen sein.
  • Wenn das weitere Filtermedium ein Adsorbens enthält kann es zusätzlich eine Imprägnierung besitzen mit chemisorptiver Wirkung, welche ein Entfernen weiterer Schadstoffe aus dem Luftstrom ermöglicht. Solche Schadstoffe sind z.B. Chlor, Ammoniak, Amine, Aldehyde, Schwefeldioxid, Quecksilber und Schwefelwasserstoff. Als Imprägniermittel können u.a. Metallsalze, Jod, Schwefel sowie Säuren und Laugen zum Einsatz gelangen.
  • In Weiterbildung der Erfindung können mehrere Filterstufen miteinander kombiniert sein, wobei die Filterstufen parallel zueinander angeordnet sind: eine Grobfilterstufe, eine oder mehrere Partikelfilterstufen, eine Adsorptionsfilterstufe, eine Antiallergen wirkende Filterstufe und / oder eine weitere funktionelle Filterstufe (welche z.B. pilztötend oder antimikrobiell sein kann).
  • Erfindungsgemäß wurde als vorteilhaft erkannt den Rahmen selbst mit einer Dichtwirkung zu versehen:
    • Der Rahmen besitzt einen kleineren Innenring und einen größeren Außenring, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und zur Aufnahme von erstem Filtermedium und ggfs. weiterem Filtermedium zwischen Innenring und Außenring dienen. In vorteilhafter Weise besteht der Rahmen aus einem Dichtmaterial. Das Dichtmaterial ist insbesondere kompressibel und/oder flexibel. Die Durchmesser von Außenring und Innenring sind relativ zu den Außendurchmessern und Innendurchmessern der trichterförmigen Filtermedien so gewählt, dass sich eine Übermaßpassung (Presspassung) ergibt. Durch die Verpressung der Filtermedien in dem Rahmen ergibt sich an den Kontaktflächen der Filtermedien mit dem Innenring und dem Außenring eine Dichtwirkung. Eine weitere Dichtwirkung ergibt sich an den Kontaktflächen von Innenring und Außenring mit einer Filteraufnahme, in welcher das Filterelement aufgenommen ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist das Dichtmaterial ein Elastomer, z.B. ein Polyurethan (PU), ein thermoplastisches Elastomer (TPE) oder ein Silikon.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines wie obenstehend beschriebenen Filterelements.
  • Die beschriebene Erfindung und die beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander - soweit dies technisch sinnvoll ist - vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und in konstruktiver und funktioneller Hinsicht vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren verwiesen.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll an Hand beigefügter Figuren noch näher erläutert werden. Einander entsprechende Elemente und Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit der Figuren wurde auf eine maßstabsgetreue Darstellung verzichtet.
    Es zeigen in schematischer Darstellung
    • 1 ein erfindungsgemäßes Filterelement
    • 2a und b das Filterelement aus 1 in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung
    • 2c weitere Filterstufen mit trichterförmigen Filtermedien
    • 3 den Rahmen des Filterelements
    • 4a und b die Formgebung des ersten Filtermediums
    • 5 das erste Filtermedium in einer räumlichen Darstellung
  • 1 zeigt ein Filterelement 10 mit einem Rahmen 1 und mit einer Filterstufe 2, wobei die Filterstufe 2 ein plissiertes erstes Filtermedium 3 besitzt. Die weitere Filterstufe 7 ist durch die andere Filterstufe 2 verdeckt, parallel zu dieser angeordnet und daher nicht sichtbar. Das erste Filtermedium 3 ist in dem Rahmen 1 aufgenommen. Das erste Filtermedium 3 weist - wie das gesamte Filterelement 10 - die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes auf.
  • Der Rahmen 1 besitzt einen Innenring 1a und einen Außenring 1b, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, zur Aufnahme von erstem Filtermedium 3 und zweitem Filtermedium 8 zwischen Innenring 1a und Außenring 1b. Der Rahmen 1 besteht aus einem Dichtmaterial, nämlich einem Elastomer. Innenring 1a und Außenring 1b sind in 3 näher dargestellt. Die Toleranzen der Durchmesser der Filtermedien 3, 8 und der Durchmesser der Ringe 1a, 1b wurden so gewählt, dass eine Presspassung vorliegt. D.h. die Filtermedien 3, 8 werden in die Ringe 1a, 1b gepresst. Weil die Ringe 1a, 1b aus einem elastischen Material sind, ergibt sich an den Kontaktflächen der Filtermedien 3, 8 mit dem Innenring 1a und dem Außenring 1b eine Dichtwirkung. Eine weitere Dichtwirkung ergibt sich an den Kontaktflächen von Innenring 1a und Außenring 1b mit einer Filteraufnahme, in welcher das Filterelement 10 aufgenommen ist. Die Position der Filteraufnahme ist durch die Positionszeichen 9 in 2a angedeutet.
  • Wie in 2a ersichtlich ist das erste Filtermedium 3 aus einem Faltenbalg mit einer Vielzahl von Faltkanten 4 geformt, welcher - in der Draufsicht gesehen - ursprünglich rechteckig war und wobei die beiden Endfalten des Faltenbalgs miteinander verbunden sind, sodass ein Ring gebildet wird. Wie in 2b zu erkennen weist der Faltenbalg in seinem Querschnitt in Richtung der Faltkanten 4 eine Parallelogrammform auf. Diese wurde erzeugt, indem der Faltenbalg an seinen Seiten quer zu den Faltkanten 4 luftdicht versiegelt ist durch Umbügeln der Ecken 5 des Faltenbalgs (vgl. 4a und 4b). Dazu erfolgte ein Umfalten der Ecken 5 des Faltenbalgs, sodass sich die Ecken 5 überlappen und danach oder währenddessen ein Versiegeln durch Wärmezuführung und Verpressung der Ecken 5 miteinander. Die so versiegelten Ecken 5 bilden ebene Flächen des ersten Filtermediums 3 aus, welche gut gegenüber einem Rahmen 1 abgedichtet werden können. Dargestellt ist das Ergebnis dieser Versiegelung 6 in 5: Am Innenradius sowie am Außenradius der ersten Filterstufe 2 ist das erste Filtermedium 3, nämlich im Bereich von dessen umgebügelten Ecken, versiegelt.
  • Das erste Filtermedium 3 ist aus einem Vliesstoff, der PP, PET und/oder PE und/oder PTFE enthalten kann.
  • In 2b ist auch die zweite Filterstufe 7 des Filterelements 10 zu erkennen. Diese besitzt ein aktivkohlehaltiges zweites Filtermedium 8, wobei das zweite Filtermedium 8 ebenfalls zwischen dem Innenring 1a und dem Außenring 1b des Rahmens aufgenommen ist. Es besitzt die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes und ist nahtlos als Tiefziehteil ausgeführt.
  • Das zweite Filtermedium 8 ist ein flächiger Vliesstoff mit Aktivkohleschicht. 2c zeigt eine Variante mit weiteren Filterstufen 7, 7' des Filterelements 10 mit trichterförmigen Filtermedien 8, 8'. Diese weisen jeweils die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes auf und sind als Tiefziehteile nahtlos ausgeführt. Die Darstellung in 2c erfolgt in einer Explosionsdarstellung, um die einzelnen Filtermedien 8, 8' besser zu zeigen. In der Praxis liegen die einzelnen Filtermedien 8, 8' direkt aufeinander auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rahmen
    1a
    Innenring
    1b
    Außenring
    2
    1. Filterstufe
    3
    1. Filtermedium
    4
    Faltkante
    5
    Ecke
    6
    Versiegelung
    7
    weitere Filterstufe
    7'
    weitere Filterstufe
    8
    weiteres Filtermedium (2. Filtermedium)
    8'
    weiteres Filtermedium
    9
    Position Filteraufnahme
    10
    Filterelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3015155 A1 [0002]
    • WO 2010/049052 A1 [0003]
    • EP 3167949 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Filterelement (10) mit einem Rahmen (1) und mit mindestens einer Filterstufe (2), wobei die Filterstufe (2) ein plissiertes erstes Filtermedium (3) besitzt, wobei das erste Filtermedium (3) in dem Rahmen (1) aufgenommen ist, und wobei das erste Filtermedium (3) die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes aufweist.
  2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermedium (3) aus einem in der Draufsicht ursprünglich rechteckigen Faltenbalg geformt ist, wobei der Faltenbalg an seinen Seiten quer zu den Faltkanten (4) versiegelt ist durch Umbügeln der Ecken (5) des Faltenbalgs, derart, dass der Faltenbalg in seinem Querschnitt in Richtung der Faltkanten (4) eine Parallelogrammform aufweist, und wobei die beiden Endfalten des Faltenbalgs miteinander verbunden sind.
  3. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermedium (3) aus einem PP-, PET- und/oder PE- und/oder PTFE- haltigen Vliesstoff ist.
  4. Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10) mindestens eine weitere Filterstufe (7) aufweist, wobei die weitere Filterstufe (7) ein weiteres Filtermedium (8) besitzt, wobei das weitere Filtermedium (8) in den Rahmen aufgenommen ist und die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes aufweist, und, dass das weitere Filtermedium (8) nahtlos ausgeführt ist als Tiefziehteil.
  5. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Filtermedium (8) ein adsorberhaltiges Material besitzt und/ oder dass ein weiteres Filtermedium (8) ein antiallergen wirkendes Material besitzt
  6. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorber ein Aktivkohlematerial und/oder ein Zeolithmaterial verwendet wird.
  7. Filterelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Filtermedium (8) ein Vliesstoff mit Adsorberschicht ist.
  8. Filterelement nach einem der Ansprüche 4-7 dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement drei oder mehr Filterstufen (2, 7) mit weiteren Filtermedien (8) besitzt und die weiteren Filtermedien (8) die Form eines kreisrunden, trichterförmigen Ringes aufweisen und als Tiefziehteil nahtlos ausgeführt sind.
  9. Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) einen Innenring (1a) und einen Außenring (1b) besitzt, die konzentrisch zueinander angeordnet sind zur Aufnahme von erstem Filtermedium (3) und ggfs. weiterem Filtermedium (8) zwischen Innenring (1a) und Außenring (1b), und, dass der Rahmen (1) aus einem Dichtmaterial besteht.
  10. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial ein Elastomer ist.
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