DE10203745A1 - Filter comprising sintered thermoplastics material, having a layer of coarse granules overlaid by a layer of fine granules - Google Patents
Filter comprising sintered thermoplastics material, having a layer of coarse granules overlaid by a layer of fine granulesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Filter mit einer aus feinkörnigem thermoplastischen Material gesinterten Feinschicht, die mit einer aus grobkörnigem thermoplastischen Material gesinterten Tragschicht verbunden ist, sowie das Herstellungsverfahren dieses Filters. The invention relates to a filter with a fine-grained thermoplastic material sintered fine layer with a sintered from coarse-grained thermoplastic material Base layer is connected, as well as the manufacturing process of this Filter.
Diese Art von Filtern wird bekanntermaßen beispielsweise für Klimaanlagen - und Industriestaubfilter eingesetzt, wobei das zu filternde Durchströmmedium Luft eine bestimmte maximale Temperatur nicht überschreitet, so dass als Filterwerkstoffe thermoplastische Materialien, wie z. B. Polyethylen verwendet werden. This type of filter is known to be used for Air conditioning and industrial dust filters used, which too filtering flow medium air a certain maximum temperature does not exceed, so that as filter materials thermoplastic Materials such as B. polyethylene can be used.
In der DE 42 11 529 A1 wird ein derartiges Filter beschrieben. Hierbei wird eine Tragschicht aus feinkörnigem ultrahochmolekularen Polyethylen durch Wärmeeinwirkung erstellt. Diese Tragschicht weist an ihrer Anströmoberfläche offene Poren auf und wird mit einer feinkörnigen Beschichtung versehen, die die Poren in deren Tiefe zu einem erheblichen Teil oder ganz ausfüllt. Such a filter is described in DE 42 11 529 A1. Here, a base layer made of fine-grained Ultra high molecular weight polyethylene created by exposure to heat. This base layer has open pores on its inflow surface on and is provided with a fine-grained coating that the Pores in their depth to a large extent or completely.
Als nachteilig hinsichtlich des Strömungswiderstandes hat sich dabei erwiesen, dass die feinkörnige Beschichtung, die als Suspension aus Polytetraflouräthylen als bevorzugtem Material aufgebracht bzw. durch Sprühen oder Bürsten hergestellt wird, eine unregelmäßige Stärke ausbildet, die besonders in den ausgefüllten Poren den Strömungswiderstand des Filters erheblich beeinträchtigt. Durch die so ausgebildete unregelmäßige Oberfläche ist ein Reinigen derselben mit Nachteilen verbunden. Has been disadvantageous with regard to flow resistance proved that the fine-grained coating, which as Suspension of polytetrafluoroethylene as the preferred material applied or produced by spraying or brushing, a irregular strength forms, particularly in the filled Pores the flow resistance of the filter significantly impaired. Because of the irregular surface cleaning them has disadvantages.
Ein weiterer wirtschaftlicher Nachteil ist in der Fertigung zu sehen, da unterschiedliche Werkzeugvorrichtungen und mehrere verschiedene Werkstoffe verwendet werden. Another economic disadvantage is manufacturing see there are different tooling fixtures and several different materials can be used.
Aus der DE 197 33 018 ist ein weiteres Filter bekannt, bei dem auf eine Feinfilterschicht ein grobporiges Stützmaterial, das eine besondere Strukturform aufweist und aus einem anderen Material als die Feinfilterschicht besteht, aufgebracht und mit dieser in einem Vorgang gesintert wird. Nachträglich erfolgt eine Tränkung des Stützmaterials mit einem weiteren unterschiedlichen Werkstoff in einer weiteren Vorrichtung. Auch hierbei werden die verschiedenen Werkstoffe und unterschiedlichen Bearbeitungsschritte als nachteilig angesehen. Another filter is known from DE 197 33 018, in which a fine filter layer a coarse-pored support material that a has a special structural shape and made of a material other than the fine filter layer exists, applied and with this in one Process is sintered. Subsequently, the Support material with another different material in another device. Again, the different Materials and different processing steps as viewed disadvantageously.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Filter, der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der die o. g. Nachteile nicht mehr aufweist, wobei der Strömungswiderstand verringert und die Wirtschaftlichkeit des Filters und seines Herstellungsverfahrens erhöht werden. The object of the invention is a filter that to create the type described above, which the above. disadvantage no longer has, the flow resistance reduced and the economy of the filter and its Manufacturing process can be increased.
Die Lösung besteht darin, dass die Feinschicht und die Tragschicht an Verbindungsstellen nur kleinflächig miteinander verbunden sind, wobei die Poren der Tragschicht an der Verbindungsseite zwischen Tragschicht und Feinschicht unausgefüllt bleiben. The solution is that the fine layer and the base course are only connected to one another at connection points, the pores of the base layer on the connection side between Base layer and fine layer remain unfilled.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das Herstellungsverfahren ist in den Nebenansprüchen dargestellt. Advantageous configurations are in the subclaims specified. The manufacturing process is in the subclaims shown.
Das Filter besteht aus zwei Schichten aus gesintertem thermoplastischen Material, wobei auf einer grobkörnigen dicken Tragschicht mit geringem Strömungswiderstand aus hochmolekularem thermoplastischen Material, vorzugsweise Polyethylen, eine Filterfeinschicht aus feinkörnigem höher molekularen thermoplastischen Material als das der Tragschicht, vorzugsweise Polyethylen, zur Anströmrichtung hin angeordnet ist. Die Feinschicht besitzt eine formgesinterte glatte Oberfläche, die die Anströmoberfläche des Filters bildet, in vorteilhafter Weise leicht zu reinigen ist und Verstopfungen verhindert. Die Dicke der Feinschicht wird äußerst gering ausgebildet, wodurch der Strömungswiderstand des Filters vorteilhaft positiv beeinflußt wird. Die Dicke der Feinschicht ist im wesentlichen konstant. The filter consists of two layers of sintered thermoplastic material, being on a coarse-grained thick Base layer with low flow resistance made of high molecular weight thermoplastic material, preferably polyethylene, a Fine filter layer made of fine-grained, higher molecular weight thermoplastic material than that of the base layer, preferably Polyethylene, is arranged towards the flow direction. The Fine layer has a sintered smooth surface that the Flow surface of the filter forms, advantageously is easy to clean and prevents blockages. The thickness of the Fine layer is formed extremely small, so that Flow resistance of the filter is advantageously influenced positively becomes. The thickness of the fine layer is essentially constant.
Weiterhin ist die Feinschicht in einer Ausführungsform als Platte gefertigt, die von der Tragschicht getragen, stabilisiert und versteift wird. Die Verbindung der beiden Schichten erfolgt in kleinflächigen Verbindungsstellen beim Sintern, so dass die Poren der Tragschicht im Verbindungsbereich zur Feinschicht unausgefüllt bleiben, was sich vorteilhaft günstig auf den Strömungswiderstand des Filters auswirkt. Furthermore, the fine layer is in one embodiment as a plate manufactured, supported and stabilized by the base course is stiffened. The two layers are connected in small area joints during sintering, so that the pores the base layer in the connection area to the fine layer is not filled remain, which is beneficial to the flow resistance of the filter affects.
Bei Filtern, die Formteilstruktur aufweisen, beispielsweise von nicht ebener Gestalt, wie z. B. zylinder- oder teilkugelförmig sind, wird die Tragschicht von der Feinschicht wie von einer Haut umhüllt. Auch hierbei weist die Feinschicht in Anströmrichtung eine formgesinterte glatte Oberfläche auf, und die Poren der Tragschicht im Verbindungsbereich zur Feinschicht bleiben unausgefüllt. For filters that have a molded part structure, for example from not flat shape, such as B. cylindrical or partially spherical are the base layer of the fine layer like a skin envelops. Here, too, the fine layer points in the direction of flow a sintered smooth surface, and the pores of the Base layer remain in the connection area to the fine layer blank.
Das Herstellverfahren eines solchen Filters in Plattenform sieht als erstes die Erstellung der Feinschicht durch Sintern vor. Dazu wird das thermoplastische Material in Pulverform mittels Dosierschlitten auf eine beheizbare Formplatte aufgebracht. Ein Dosierschlitten ist bei Herstellung von plattenförmigen Filtern wesentlich vorteilhafter als ein Rakel, denn er läßt das Pulver auf die Formplatte fallen, vermeidet vorteilhaft eine Verschiebung der Masse und ermöglicht somit die Erstellung vorteilhafter geringer Schichtstärken mit konstanter Dicke. The manufacturing process of such a filter in plate form sees The first step is to create the fine layer by sintering. To is the thermoplastic material in powder form Dosing slides applied to a heated mold plate. On Dosing slide is used in the manufacture of plate-shaped filters much more advantageous than a squeegee because it leaves the powder falling on the mold plate advantageously avoids displacement the mass and thus enables the creation more advantageous thin layers with constant thickness.
Die Dauer des Sintervorganges ist abhängig von der jeweiligen gewünschten Schichtstärke. The duration of the sintering process depends on the particular one desired layer thickness.
Danach wird in der gleichen Vorrichtung mittels Dosierschlitten das Pulver für die grobe Tragschicht auf die Feinschicht aufgetragen und gesintert. Then in the same device using a dosing slide the powder for the rough base layer on the fine layer applied and sintered.
Die Feinschicht erhält durch die Oberflächenbeschaffenheit der Formplatte eine entsprechend formgesinterte glatte Oberfläche. The fine layer receives through the surface condition of the Form plate has a corresponding sintered smooth surface.
Das Material der Feinschicht ist bei diesem Verfahren länger der Wärme ausgesetzt und sollte deshalb auch eine höhere Kornstabilität aufweisen. The material of the fine layer is longer in this process Exposed to heat and therefore should be higher Have grain stability.
Auch bei dem Herstellverfahren eines solchen Filters als Formteil wird zuerst die Feinschicht erstellt. Dieses erfolgt im Heiz- Ansinterverfahren durch Aufheizen der Form mit anschließendem Auftragen des feinen Pulvers im Überschuß. Abhängig von der gewünschten Schichtstärke wird nach vorgegebener Zeit der nicht versinterte Pulverüberschuß entfernt. Das grobkörnige Pulver für die Tragschicht wird danach bei Formteilen insbesondere mit ungünstigem Wandstärke-/Fließwegverhältnis mittels Vakuum in den Formhohlraum gesaugt. Dieses ergibt eine vorteilhafte gleichmäßige Füllung und Kornverteilung als das bisher übliche Rütteln. Weiterhin sind vorteilhafte unterschiedliche Wandstärken herstellbar, da beim Befüllen zunächst die von der Einfüllstelle entferntesten Bereiche gefüllt werden, sowie ein Verstopfen der Fließwege ausgeschlossen ist. Also in the manufacturing process of such a filter as a molded part the fine layer is created first. This takes place in the heating Sintering process by heating the mold with subsequent Apply the fine powder in excess. Depends on the desired layer thickness is not after a predetermined time sintered excess powder removed. The coarse-grained powder for the base layer is then especially with molded parts unfavorable wall thickness / flow path ratio using vacuum in the Mold cavity sucked. This results in an advantageous uniform Filling and grain distribution than the usual shaking. Furthermore, there are advantageous different wall thicknesses producible, because when filling, that of the filling point most distant areas are filled, as well as clogging of the Flow paths are excluded.
Somit ist durch die vorliegende Erfindung ein Filter geschaffen, dessen Strömungswiderstand erheblich reduziert ist, wie durch Meßwerte nachgewiesen wird. Es ergibt sich somit eine höhere Wirtschaftlichkeit beim Einsatz dieses Filters in Bezug auf den niedrigeren Leistungsverbrauch der Aggregate, die für die Durchströmung des Filters verwendet werden, sowie in Bezug auf die reduzierten Maßnahmen beim Herstellverfahren. Thus, the present invention provides a filter whose flow resistance is significantly reduced, as by Measured values is proven. The result is a higher one Economy when using this filter in relation to the lower power consumption of the units used for the Flow through the filter can be used, as well as in relation to the reduced measures in the manufacturing process.
Anhand von Beispielen wird die Erfindung nachfolgend noch näher erläutert. Hierbei zeigt: The invention is illustrated in more detail below with the aid of examples explained. Here shows:
Fig. 1 einen vergrößerten Teilbereich eines Filters im Schnitt, Fig. 1 is an enlarged portion of a filter in section,
Fig. 2 die Aufbringung einer Filterfeinschicht mittels Dosierschlitten im Schnitt, Fig. 2 shows the application of a fine filter layer by means of metering truck in section,
Fig. 3 ein Beispiel eines Vakuum-Füllprinzips für Filterformteile, Fig. 3 shows an example of a vacuum filter Füllprinzips for moldings,
Fig. 4 eine graphische Darstellung von Durchflußmeßwerten unterschiedlicher Filter. Fig. 4 is a graphical representation of flow measurement values of different filters.
Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt eines Filters 1, welches aus einer grobkörnigen Tragschicht 2 und einer darauf angeordneten Feinschicht 3 besteht. Die Elemente der Tragschicht 2 sind relativ grobe Körner, die untereinander aufgrund ihrer Gestalt Hohlräume 5 und in den Randbereichen Poren 6 bilden. Dargestellt ist in Fig. 1 der Randbereich des Filters 1 mit der Anströmrichtung, die durch einen Pfeil markiert ist. Hierbei ist die Feinschicht 3 nur in Verbindungsstellen 8 mit der Tragschicht 2 verbunden. Die Poren 6 werden nicht ausgefüllt, da die Feinschicht 3 in konstanter Dicke ausgebildet ist. Bei plattenförmigen Filtern ist die Feinschicht 3 plattenförmig, bei anderen Formen überspannt sie die Tragschicht 2 hautähnlich, ohne die Poren selbst auszufüllen, wobei ihre Anströmoberfläche 7 vorteilhaft glatt ausgebildet ist. Fig. 1 shows an enlarged partial section of a filter 1, which consists of a coarse-grained base layer 2 and provided thereon a fine layer 3. The elements of the base layer 2 are relatively coarse grains which form cavities 5 with one another due to their shape and pores 6 in the edge regions. The edge area of the filter 1 is shown in FIG. 1 with the flow direction, which is marked by an arrow. Here, the fine layer 3 is connected to the base layer 2 only in connection points 8 . The pores 6 are not filled because the fine layer 3 is formed in a constant thickness. In the case of plate-shaped filters, the fine layer 3 is plate-shaped, in other forms it straddles the base layer 2 in a skin-like manner without filling the pores itself, its inflow surface 7 advantageously being smooth.
Die grobe Tragschicht 2 und die Feinschicht 3 bestehen aus thermoplastischem Kunststoffmaterial, beispielsweise Polyethylen, wobei das Material der Feinschicht 3 feinkörnig ist und eine höhere molare Masse aufweist als das grobkörnige der Tragschicht 2. The coarse base layer 2 and the fine layer 3 consist of thermoplastic material, for example polyethylene, the material of the fine layer 3 being fine-grained and having a higher molar mass than the coarse-grained base layer 2 .
Die Herstellung und Verbindung von Feinschicht 3 und Tragschicht 2 erfolgt nach im folgenden beschriebenen Verfahren, für welches Fig. 2 die Herstellung einer Feinschicht 3, die den ersten Verfahrensschritt der Herstellung eines gesamten Filters 1 bildet, in einem Schnittbild darstellt. Ein Pulver 11 wird aus einem trichterförmigen Dosierschlitten 10 auf eine beheizbare Formplatte 13, deren Temperatur beim Beschichten deutlich unter der Sintertemperatur liegt, aufgebracht und bildet dabei eine vorteilhaft gleichmäßige dünne Pulverschicht 12. Mittels des Dosierschlittens 10 wird weiterhin eine Verschiebung der Masse der Pulverschicht 12 vorteilhaft vermieden. Durch eine glatte Oberflächenstruktur der Formplatte 13 bildet sich beim Sintervorgang der Pulverschicht 12 eine glatte Oberfläche derselben aus. Die Dauer des Sinterns ist abhängig von der gewünschten Schichtstärke. Nach vorgegebener Zeit wird eine zweite nicht dargestellte Pulverschicht als Tragschicht 2 mit dem Dosierschlitten auf die erstgesinterte Feinschicht 3 aufgetragen, wobei beide Schichten durch die Wärmeeinwirkung der Formplatte 13 miteinander verbunden werden und die zweite Pulverschicht ebenfalls gesintert wird. The production and connection of fine layer 3 and base layer 2 takes place according to the method described below, for which FIG. 2 shows the production of a fine layer 3 , which forms the first process step of producing an entire filter 1 , in a sectional view. A powder 11 is applied from a funnel-shaped metering slide 10 to a heatable molding plate 13 , the temperature of which during coating is significantly below the sintering temperature, and thereby forms an advantageously uniform, thin powder layer 12 . A shift in the mass of the powder layer 12 is advantageously avoided by means of the metering slide 10 . A smooth surface structure of the molding plate 13 forms a smooth surface of the powder layer 12 during the sintering process. The duration of the sintering depends on the desired layer thickness. After a predetermined time, a second powder layer, not shown, is applied as a base layer 2 with the metering slide to the first sintered fine layer 3 , the two layers being connected to one another by the action of heat from the mold plate 13 and the second powder layer also being sintered.
Für den Fall von Filterformteilen zeigt Fig. 3 beispielhaft ein Vakuum-Füllprinzip einer beispielhaften Form, wobei ein Formkern 21 und eine Außenform 20 einen Formhohlraum 24 bilden. Das Pulver 11 wird in den Formhohlraum 24 eingesaugt, in dem dieser über einen Vakuumanschluß 22 evakuiert wird. Der Formhohlraum 24 und der Vakuumanschluß 22 sind durch einen Saugspalt 23 verbunden, der so ausgebildet ist, dass er kleiner als die zweifache Größe des kleinsten zu verarbeitenden Kornes ist. In the case of filter molded parts, FIG. 3 shows an example of a vacuum filling principle of an exemplary shape, a mold core 21 and an outer mold 20 forming a mold cavity 24 . The powder 11 is sucked into the mold cavity 24 , in which it is evacuated via a vacuum connection 22 . The mold cavity 24 and the vacuum connection 22 are connected by a suction gap 23 , which is designed so that it is smaller than twice the size of the smallest grain to be processed.
Bei Formteilen weist die Formfläche bei Befüllung bzw. Auftrag des Pulvers Sintertemperatur auf. In the case of molded parts, the molded surface shows when filling or applying Powder sintering temperature.
Auch bei Formteilen wird zuerst die Feinschicht gesintert und danach die Tragschicht. Abhängig von einer gewünschten Schichtstärke wird nach vorgegebener Zeit der nicht versinterte Pulverüberschuss entfernt. Even with molded parts, the fine layer is sintered first then the base course. Depending on a desired one The layer thickness is not sintered after a specified time Excess powder removed.
Das Vakuumfüllprinzip ist besonders bei Formteilen mit ungünstigen Wandstärke-Fließwegverhältnissen vorteilhaft aufgrund gleichermäßiger Füllung und Kornverteilung, da beim Befüllen zunächst die von der Einfüllstelle entferntesten Bereiche gefüllt werden, und ein Verstopfen der Fließwege hierbei nicht auftritt. Dadurch ist es auch vorteilhaft leicht möglich, unterschiedliche Wandstärken zu bilden. The vacuum filling principle is particularly important for molded parts with unfavorable Wall thickness flow path conditions advantageous due to even filling and grain distribution, because when filling First fill the areas furthest away from the filling point and the flow paths are not clogged. As a result, it is also advantageously possible to easily differentiate Form wall thicknesses.
Beim Vakuumfüllprinzip ist es außerdem möglich, entweder den Formkern 21 oder die Außenform 20 zu beheizen. Somit wird erreicht, dass die zuerst zu sinternde Feinschicht entweder innerhalb oder außerhalb eines Formteilfilters je nach Anströmrichtung angeordnet ist. With the vacuum filling principle, it is also possible to heat either the mold core 21 or the outer mold 20 . It is thus achieved that the fine layer to be sintered first is arranged either inside or outside a molded part filter depending on the flow direction.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung von Strömungswiderständen von zwei Filtersystemen. Hierbei kennzeichnet das Bezugszeichen 31 die Kennlinie des Strömungswiderstandes eines Filtersystems dem Stand der Technik entsprechend und das Bezugszeichen 30 die Kennlinie des Strömungswiderstandes des erfindungsgemäßen neuen Filtersystems. Die waagerechte Achse des Koordinatensystems symbolisiert eine Druckdifferenz p zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsdruck des jeweiligen Filters, die senkrechte Achse eine Durchflußmenge ≙, die durch den jeweiligen Filter strömt. Eine bestimmte Durchflußmenge erzeugt in Abhängigkeit des Strömungswiderstandes eines Filters eine entsprechende Druckdifferenz. Je größer der Strömungswiderstand ist, je größer fällt die Druckdifferenz aus. Die in unterschiedlichen Versuchen ermittelten Meßwerte dazu ergeben jeweils die Kennlinien 30, 31 der Strömungswiderstände. Fig. 4 shows a graphical representation of flow resistances of two filter systems. Here, reference symbol 31 denotes the characteristic curve of the flow resistance of a filter system in accordance with the prior art, and reference symbol 30 denotes the characteristic curve of the flow resistance of the new filter system according to the invention. The horizontal axis of the coordinate system symbolizes a pressure difference p between the inlet and the outlet pressure of the respective filter, the vertical axis a flow rate ≙ that flows through the respective filter. A certain flow rate generates a corresponding pressure difference depending on the flow resistance of a filter. The greater the flow resistance, the greater the pressure difference. The measured values determined in different experiments each result in the characteristic curves 30 , 31 of the flow resistances.
Es ist deutlich erkennbar, dass beispielsweise eine Durchflußmenge von 200 m3/m2 h am Strömungswiderstand des Filters des Standes der Technik eine Druckdifferenz von 360 Pa erzeugt, wohingegen die gleiche Durchflußmenge am Strömungswiderstand des erfindungsgemäßen Filters eine Druckdifferenz von nur 100 Pa erzeugt. Somit wird anhand dieser durch Meßwerte ermittelten Kennlinien 30, 31 sehr deutlich, dass das erfindungsgemäße Filter einen erheblich reduzierten Strömungswiderstand aufweist. It can be clearly seen that, for example, a flow rate of 200 m 3 / m 2 h at the flow resistance of the filter of the prior art produces a pressure difference of 360 Pa, whereas the same flow rate at the flow resistance of the filter according to the invention produces a pressure difference of only 100 Pa. It is very clear from these characteristic curves 30 , 31 determined by measured values that the filter according to the invention has a considerably reduced flow resistance.
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