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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Faltenbalgs.
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Filter werden beispielsweise in der Luftzufuhr für Brennkraftmaschinen verwendet, um die für die Verbrennung zugeführte Luft von Schadstoffen und Schmutzpartikeln zu reinigen, so dass einem Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine nur gereinigte Luft zugeführt wird. Des Weiteren werden Filter z. B. in der Klimatechnik zur Filtration der Zuluft für Gebäude oder auch für Fahrzeuginnenräume eingesetzt. Neben der Luft- bzw. Gasfiltration werden Filter auch zur Reinigung von Flüssigkeiten, wie Getriebeöl oder Kraftstoffen verwendet.
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Generell weist ein Filter eine Einströmöffnung für ungereinigtes Rohfluid und eine Ausströmöffnung für das gefilterte Reinfluid sowie ein Filterelement auf, wobei das Filterelement die eigentliche Filterfunktion erfüllt. Die Fluidzufuhr zu einer Brennkraftmaschine, einem Fahrzeuginnenraum oder einem Gebäudeinneren usw. erfolgt über eine Ausströmöffnung des Filters. Das Filterelement kann aus einem Filtermedium bestehen, durch welches das zu filternde Fluid strömt, so dass die Schmutzpartikel in dem Filtermedium von dem durchströmenden Fluid abgetrennt werden.
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Das Filtermedium kann zickzackförmig in Form eines Faltenbalgs gefaltet sein, um die Oberfläche des Filters zu vergrößern. Durch die Vergrößerung der Oberfläche kann sich die Lebensdauer des Filterelements verlängern, da eine größere Filteroberfläche mehr Schmutzpartikel aufnehmen kann, bevor der durch abgeschiedene Partikel verursachte Druckverlust am Filtermedium unerwünscht hoch wird oder sogar derart angestiegen ist, dass das Fluid das Filtermedium nicht mehr passieren oder durchströmen kann. Die bis zu diesem Zustand aufgenommene Partikelmenge bestimmt die so genannte Kapazität des Filterelements, die in der Regel umso größer ist, desto mehr Filtermedium bzw. filterwirksame Filtermedienoberfläche in einem Filterelement vorliegt.
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Üblicherweise ist das Filterelement in einem Gehäuse angeordnet. Die bauliche Gestaltung des Gehäuses muss an äußere Gegebenheiten, z.B. die Platzverhältnisse in einem Motorraum eines Fahrzeugs, angepasst sein. Die bauliche Gestaltung des Gehäuses hat in der Regel Einfluss auf die Form und Größe des Filterelements.
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Um nun möglichst viel Filtermedium mit filterwirksamer Oberfläche in dem zur Verfügung stehenden Bauraum unterbringen zu können, wird das Filtermedium beispielsweise zickzackförmig gefaltet.
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Stand der Technik
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Die
EP 0 953 372 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen von Faltenbälgen mit zickzackförmig gefaltenem Filtermedium. Die Vorrichtung weist eine Prägeeinrichtung mit zwei gegenüberliegenden Prägewalzen zum Einprägen von Faltlinien in das Filtermedium sowie eine Falteinrichtung mit zwei gegenüberliegenden Aufstellwalzen auf. Insbesondere ist die Vorrichtung zum Herstellen von Faltenbälgen mit variablen Faltenhöhen geeignet. Hierzu sind die Prägewalzen mit einer variablen Drehgeschwindigkeit rotierbar.
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Die
US76615408 B2 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zum Herstellen von Faltenbälgen mit zickzackförmig gefaltetem Filtermedium, welche eine Prägeeinrichtung zum Einprägen von Faltlinien in das Filtermedium sowie eine nicht näher beschriebene Falteinrichtung umfasst. Zwischen der Prägeeinrichtung und der Falteinrichtung ist eine Klebstoffaufbringeinrichtung zum Aufbringen von Klebstoff auf das geprägte Filtermedium vorgesehen.
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Aus
US 4 288 278 A ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faltenbalgs bekannt, bei der der bereits gefaltete und an seiner Oberseite mit Klebstoffspuren versehene Faltenbalg durch von unten in den Faltenbalg eingreifende Stützelemente zu einer Kompressions- und Schneidvorrichtung transportiert wird,
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Ferner ist aus
US 6 165 242 A eine Herstellvorrichtung für einen Faltenbalg bekannt, bei ein Filtermedium zunächst durch Prägewalzen geführt und anschließend über einen ersten Bandförderer zu einer Klebstoffauftragsstation transportiert wird, wo Klebstoff auf das Filtermedium aufgetragen wird. Im Anschluss wird das Filtermedium durch eine Heizvorrichtung geführt, wo der Klebstoff zumindest teilweise trocknet. In einem weiteren Schritt wird das Filtermedium einem zweiten Bandförderer zugeführt, der eine geringere Fördergeschwindigkeit aufweist als der erste Bandförderer, wodurch das Filtermedium in eine gefaltete Form überführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Faltenbalgs, insbesondere in einem kontinuierlichen Massenproduktionsprozess, zu schaffen. Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalgs aus einem Filtermedium umfasst wenigstens eine der folgenden Einrichtungen: eine Prägeeinrichtung, eine Klebstoffaufbringeinrichtung und/oder eine Falteinrichtung.
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Eine Prägeeinrichtung kann zwei gegenläufige Prägewellen umfassen. Das Filtermedium wird den Führungsrollen horizontal oder vertikal zugeführt. Jede Prägewelle kann eine Vielzahl Schneiden aufweisen. Durch eine Variation einer Rotationsgeschwindigkeit der Prägewellen kann ein Faltlinienabstand beliebig eingestellt werden. Der Faltlinienabstand bestimmt die Faltenhöhe des Faltenbalgs, wobei ein Faltabschnitt des Filtermediums von zwei benachbarten Faltlinien begrenzt ist. Die Rotationsgeschwindigkeit der Prägewellen kann durch eine Antriebseinrichtung der Prägeeinrichtung eingestellt werden. Die Antriebseinrichtung kann ein Elektromotor sein. Der Faltlinienabstand kann ferner dadurch eingestellt werden, dass eine Fördergeschwindigkeit des Filtermediums variiert wird. Die Faltenhöhe ist definiert als ein Abstand von der einen Einhüllenden des Faltenbalgs zu einer jeweiligen Faltenkante einer Filterfalte des Faltenbalgs.
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Die Klebstoffaufbringeinrichtung kann eine Vielzahl einander gegenüberliegend angeordneter Klebstoffdüsen aufweisen, die dazu eingerichtet sind, beidseitig auf das Filtermedium einen Klebstoff, insbesondere einen Schmelzklebstoff, aufzutragen.
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Die Falteinrichtung kann mehrere benachbart angeordnete Stützelemente aufweisen, die in einen Faltraum der Falteinrichtung wahlweise hinein verlagerbar oder aus diesem heraus verlagerbar sind. Die Stützelemente sind derart ausgebildet und derart in den Faltraum hinein verlagerbar, dass zumindest ein Faltabschnitt des gefalteten Filtermediums von dem jeweiligen Stützelement stützbar ist. Die Falteinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die in den Faltraum verlagerten Stützelemente in einer Förderrichtung des Filtermediums mit dem gefalteten Filtermedium mitzubewegen.
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Dadurch, dass das gefaltete Filtermedium nach dem Faltprozess eine Weile durch Stützelemente abgestützt wird, kann der Klebstoff in der durch die Stützelemente stabilisierten Form des Faltenbalgs zumindest teilweise aushärten. Insbesondere wird der Faltenbalg so lange von den Stützelementen stabilisiert, bis der Klebstoff formstabil ist. Wenn die Stützelemente dann später aus dem Faltraum bzw. aus den Faltentaschen des Faltenbalgs heraus verlagert werden, bleibt die gewünschte Form des Faltenbalgs erhalten. Der Klebstoff ist insbesondere dazu eingerichtet, die Faltabschnitte zu stützen und zu positionieren. Der Klebstoff gewährleistet somit eine Formstabilität des Faltenbalgs. Es können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung folglich in einem kontinuierlichen Massenproduktionsprozess Faltenbälge mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden.
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Im Falle von relativ hohen bzw. tiefen Bauräumen kann es dann erforderlich sein, dass das Filterelement relativ hohe Falten aufweist. Die Faltenhöhe ist definiert als ein Abstand von einer Einhüllenden des Filterelements zu einer jeweiligen Faltenkante einer Filterfalte des Filterelements. Außerdem kann in einen vorgegebenen Bauraum umso mehr gefaltetes Filtermedium untergebracht werden, desto kleiner der Faltenabstand ist. Insbesondere bei einem solchen Faltenbalg mit hohen und engen Falten ist die Maßhaltigkeit bzw. Formgenauigkeit des Faltenbalgs aufgrund der besonders schmalen und tiefen Faltentaschen von besonderer Bedeutung. Wenn sich die Faltenabschnitte auf unerwünschte Weise wölben, kann es zu Verengungen der Faltentaschen, im Extremfall sogar zu einem Verschluss von Faltentaschen durch ein Aneinanderliegen von gegenüberliegenden Faltabschnitten kommen. Eine Faltentasche einer Filterfalte ist vorzugsweise beidseitig durch Faltabschnitte begrenzt. Dank der Abstützung des Faltenbalgs während des Aushärtens des aufgetragenen Klebstoffs wird die Bildung von unerwünschten Wölbungen verhindert oder zumindest reduziert.
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Eine Falteinrichtung zum Falten des Filtermediums kann zwei einander gegenüberliegend angeordnete Matrizenpakete oder Stützelementpakete aufweisen. Jedes Stützelementpaket weist vorzugsweise mehrere benachbart, insbesondere übereinander, angeordnete Matrizen oder Stützelemente auf. Die Stützelemente sind vorzugsweise dazu eingerichtet, wechselseitig ineinander einzugreifen.
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Die Anzahl der Stützelemente ist beliebig. Beispielsweise kann ein Stützelementpaket 70 Stützelemente umfassen. Die Stützelementpakete können die gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl an Stützelementen aufweisen. Die Stützelemente der Stützelementpakete können insbesondere wechselseitig in einen Faltraum der Falteinrichtung seitlich oder vertikal hinein verlagerbar oder aus diesem seitlich oder vertikal heraus verlagerbar sein.
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Die Falteinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die Stützelemente in der Förderrichtung des Filtermediums mit dem gefalteten Filtermedium mitzubewegen, an einer ersten oder unteren Position des Faltraums aus diesem heraus zu verlagern, entgegen der Förderrichtung des Filtermediums in einer zweiten oder oberen Position des Faltraums zu verbringen und wieder in diesen hinein zu verlagern.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Aufstelleinrichtung zum Aufstellen der Faltabschnitte zur Bildung der Filterfalten umfassen. Insbesondere kann die Falteinrichtung die Aufstelleinrichtung umfassen. Die Aufstelleinrichtung kann ein in Förderrichtung des Filtermediums den Stützelementen vorgeschaltetes Paar Aufstellwalzen umfassen.
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Die Vorrichtung kann weiterhin eine Abtrenneinrichtung zum Abtrennen des Faltenbalgs von dem Filtermedium aufweisen. Die Abtrenneinrichtung kann eine Schneide oder Klinge sein. Mithilfe eines Laserschneidverfahrens kann auch durch die Faltung hindurch geschnitten werden.
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Eine Ausführungsform ist z.B. eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalgs aus einem Filtermedium mit einer Prägeeinrichtung zum Einprägen von Faltlinien in das die Prägeeinrichtung durchlaufende Filtermedium, wobei ein Faltabschnitt des Filtermediums von zwei benachbarten Faltlinien begrenzt ist, einer Klebstoffaufbringeinrichtung zum Aufbringen von Klebstoff auf das geprägte Filtermedium und einer Falteinrichtung zum zickzackförmigen Falten des geprägten und mit Klebstoff versehenen Filtermediums, wobei die Falteinrichtung mehrere benachbart angeordnete Stützelemente aufweist, die in einen Faltraum der Falteinrichtung wahlweise hinein verlagerbar oder aus diesem heraus verlagerbar sind, wobei die Stützelemente derart ausgebildet und derart in den Faltraum hinein verlagerbar sind, dass zumindest ein Faltabschnitt des gefalteten Filtermediums von dem jeweiligen Stützelement stützbar ist und wobei die Falteinrichtung dazu eingerichtet ist, die in den Faltraum verlagerten Stützelemente in einer Förderrichtung des Filtermediums mit dem gefalteten Filtermedium mitzubewegen.
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Unter Falten kann vorliegend auch Biegen, insbesondere wellenförmiges Biegen, verstanden werden. Unter zickzackförmig kann auch ziehharmonikaförmig verstanden werden.
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Das Filtermedium weist vorzugsweise eine Maschinenrichtung auf. Die Maschinenrichtung ist die Bezeichnung für die Produktionsrichtung einer Maschine zur Herstellung des Filtermediums. Bei der maschinellen Herstellung des Filtermediums richten sich Fasern des Filtermediums mehr oder weniger stark in Maschinenrichtung aus. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Ausprägungen einiger mechanischer Eigenschaften (z.B. Festigkeit, Dehnbarkeit, Steifigkeit) des Filtermediums in Maschinenrichtung im Vergleich zur Querrichtung. Vorzugsweise liegt die Faserrichtung parallel zu einer langen Seite eines Bogens des Filtermediums. Das Filtermedium ist vorzugsweise flächig, insbesondere bogenförmig. Die Maschinenrichtung kann mit der Förderrichtung übereinstimmen. Das Filtermedium ist insbesondere bandförmig.
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Das Filtermedium wird der Vorrichtung insbesondere mit Hilfe einer Zufuhreinrichtung zugeführt. Eine Fördergeschwindigkeit des Filtermediums kann variabel oder konstant sein. Beispielsweise kann bei einer Erhöhung der Fördergeschwindigkeit die Faltendichte, d.h. die Anzahl der Falten pro Volumeneinheit des Faltenbalgs erhöht werden. Ferner kann eine Erhöhung der Fördergeschwindigkeit in einer vergrößerten Faltenhöhe resultieren.
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In Ausführungsformen der Vorrichtung ist der zumindest eine Faltabschnitt des gefalteten Filtermediums so lange von dem jeweiligen Stützelement stützbar, bis der Klebstoff formstabil ist.
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Durch Abstützung des Faltenbalgs während des Aushärtens des aufgetragenen Klebstoffs wird die Bildung von unerwünschten Wölbungen verhindert oder zumindest reduziert. Unter formstabil ist vorliegend zu verstehen, dass der Klebstoff soweit ausgehärtet ist, dass der Faltenbalg ohne eine Verformung des Klebstoffs handhabbar ist. Insbesondere stützt und positioniert der Klebstoff die Faltabschnitte.
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In weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung ist die Falteinrichtung dazu eingerichtet, die Stützelemente in der Förderrichtung des Filtermediums mit dem gefalteten Filtermedium mitzubewegen, an einer ersten oder unteren Position des Faltraums aus diesem heraus zu verlagern, entgegen der Förderrichtung des Filtermediums in eine zweite oder obere Position des Faltraums zu verbringen und wieder in diesen hinein zu verlagern, so dass ein jeweiliger Faltabschnitt des gefalteten Filtermediums stets über seine gesamte Länge abgestützt ist.
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Durch das Hineinverlagern eines jeweiligen Stützelements in den Faltraum, ist der Faltabschnitt vorzugsweise stets über seine gesamte Länge abgestützt. Das Stützelement wird vorzugsweise mitsamt dem gefalteten Faltabschnitt von der oberen oder zweiten Position des Faltraums in die untere oder erste Position verlagert. In der unteren oder ersten Position wird das Stützelement zwischen zwei Faltabschnitten bzw. aus der Faltentasche herausgezogen und zu der oberen oder zweiten Position verfahren. Die Stützelemente der Stützelementpakete werden insbesondere wechselseitig in den Faltraum hineinverlagert oder aus diesem heraus verlagert.
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In weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung weist die Prägeeinrichtung zwei gegenläufige Prägewellen auf, wobei die Prägeeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Prägewellen mit einer variablen Rotationsgeschwindigkeit zu rotieren.
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Die Prägewellen weisen vorzugsweise mehrere umfänglich angeordnete Prägemesser oder Prägekanten auf. Die Anzahl der Prägekanten ist beliebig.
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In weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung weist zur Herstellung eines Faltenbalgs mit unterschiedlich hohen Falten die Falteinrichtung unterschiedlich hohe Stützelemente auf, wobei eine Höhe der Stützelemente mit einer Höhe von gebildeten Faltentaschen des gefalteten Filtermediums korrespondiert.
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In weiteren Ausführungsformen weist zur Herstellung eines Faltenbalgs mit unterschiedlich hohen Falten die Falteinrichtung Stützelemente auf, wobei die Stützelemente unterschiedlich weit in den Faltraum hinein oder aus diesem heraus verlagerbar sind.
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Die Höhe bzw. Länge der Stützelemente korrespondiert dabei jeweils mit der Höhe bzw. Tiefe der Faltentaschen, in welche die Stützelemente jeweils hinein verlagert werden. So ist bei der Herstellung eines Faltenbalgs mit unterschiedlich hohen Falten, in jeder Faltentasche eine optimale Abstützung gewährleistet. Um unterschiedliche Faltenbälge mit unterschiedlichem Verlauf der Faltenhöhen herstellen zu können, sind die Stützelemente insbesondere auswechselbar.
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Alternativ oder ergänzend kann die Falteinrichtung auch derart eingerichtet sein, dass die Stützelemente in Abhängigkeit der Faltenhöhe unterschiedlich weit in den Faltraum hinein oder aus diesem heraus verlagert werden können. Die Notwendigkeit eines Wechsels der Stützelemente zur Herstellung unterschiedlicher Faltenbälge kann dann entfallen oder zumindest reduziert werden.
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In weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung ist die Klebstoffaufbringeinrichtung dazu eingerichtet, keilförmige Klebstoffraupen auf das Filtermedium und/oder beidseitig auf das Filtermedium Klebstoff aufzubringen, insbesondere gleichzeitig beidseitig auf das Filtermedium aufzubringen.
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Hierdurch wird im Vergleich zu einem einseitigen Klebstoffauftrag ein Durchschwingen des Filtermediums verhindert. Das beidseitige Auftragen des Klebstoffs führt zu einer Impulserhaltung beim Auftragen. Der Klebstoff ist insbesondere eine Leimraupe, d.h. der Begriff Leimraupe kann durch den Begriff Klebstoff ersetzt werden und umgekehrt. Der Klebstoff oder Leim kann ein Schmelzklebstoff oder Heißkleber sein. Die keilförmigen Klebstoffraupen definieren, insbesondere im ausgehärteten Zustand, einen Abstand zwischen Filterfalten des Faltenbalgs. Der Klebstoff kann auch punktförmig aufgetragen sein. Unter keilförmig ist vorliegend zu verstehen, dass sich eine Dicke der Klebstoffraupe zu einer inneren Faltkante einer Filterfalte hin verringert. Die Klebstoffaufbringeinrichtung kann derart positioniert sein, dass das Filtermedium die Klebstoffaufbringeinrichtung horizontal durchläuft. Alternativ kann der Klebstoff auf vertikal verlaufendes Filtermedium aufgetragen werden. Hierdurch wird ein Abtropfen des Klebstoffs von dem Filtermedium verhindert.
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Die Stützelemente weisen Aussparungen für den auf das Filtermedium aufgebrachten Klebstoff auf.
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Die Stützelemente sind kammförmig ausgestaltet, wobei der Klebstoff zwischen Zinken der Kammform angeordnet sein kann. Hierdurch kann eine Verschmutzung und/oder ein Verkleben der Stützelemente verhindert werden. Die Stützelemente sind beispielsweise aus einem Metallwerkstoff gefertigt. Die Stützelemente können auch aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlefaserverstärkten, Kunststoff gefertigt sein.
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In weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung weisen die Stützelemente eine der Faltengeometrie des Faltenbalgs entsprechende keilförmige Außenkontur auf.
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Für verschiedene Faltengeometrien können unterschiedliche Stützelemente vorgesehen sein. Alternativ können die Stützelemente eine rechteckförmige Geometrie aufweisen.
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In weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung sind die Stützelemente einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Stützelemente wechselseitig in den Faltraum der Falteinrichtung hinein verlagerbar oder aus diesem heraus verlagerbar sind.
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Vorzugsweise sind zwei einander gegenüberliegend angeordnete Stützelementpakete vorgesehen, die jeweils eine Vielzahl Stützelemente aufweisen. Die Stützelemente sind vorzugsweise dazu eingerichtet, wechselweise ineinanderzugreifen.
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Gemäß einem verfahrensmäßigen Aspekt der Erfindung ergibt sich ein Verfahren zum Herstellen eines Faltenbalgs aus einem Filtermedium mit folgenden Verfahrensschritten: Einprägen von Faltlinien in das Filtermedium, wobei ein Faltabschnitt des Filtermediums von zwei benachbarten Faltlinien begrenzt wird, Aufbringen von Klebstoff auf das geprägte Filtermedium und zickzackförmiges Falten des geprägten und mit Klebstoff versehenen Filtermediums, wobei die Faltabschnitte nach dem Falten des Filtermediums mittels in gebildeten Faltentaschen des Filtermediums angeordneten und in einer Förderrichtung des Filtermediums mit dem gefalteten Filtermedium mitbewegten Stützelementen über ihre gesamte Länge abgestützt werden.
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In Ausführungsformen des Verfahrens erfolgt das Falten des Filtermediums mit Hilfe einer Falteinrichtung, wobei die Falteinrichtung zumindest ein Stützelementpaket mit mehreren benachbart angeordneten Stützelementen aufweist, wobei die Stützelemente in den Faltraum der Falteinrichtung wahlweise hinein verlagert oder aus diesem heraus verlagert werden, wobei jedes Stützelement so weit in den Faltraum hinein verlagert wird, dass ein Faltabschnitt des gefalteten Filtermediums von dem jeweiligen Stützelement gestützt wird und wobei die Falteinrichtung die Stützelemente in einer Förderrichtung des Filtermediums mit dem gefalteten Filtermedium mitbewegt, an einer unteren oder ersten Position des Faltraums aus diesem heraus verlagert, entgegen der Förderrichtung des Filtermediums zu einer oberen oder zweiten Position des Faltraums verbringt und wieder in diesen hinein verlagert.
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In Ausführungsformen des Verfahrens wird ein beliebiger Faltlinienabstand dadurch bereitgestellt, dass die Faltlinien mit zwei gegenläufigen Prägewellen einer Prägeeinrichtung eingeprägt werden, wobei die Prägewellen mit einer variablen Rotationsgeschwindigkeit rotieren.
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Hierdurch sind schnell unterschiedliche Faltenhöhen des Faltenbalgs einstellbar. Insbesondere können hierdurch unterschiedliche Faltenhöhen innerhalb eines Faltenbalgs verwirklicht werden. Hierdurch wird eine große Flexibilität bei der Herstellung von Faltenbälgen erreicht.
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In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens werden die Faltabschnitte nach dem Falten des Filtermediums mittels unterschiedlich weit in den Faltraum ragender Stützelemente abgestützt.
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Hierdurch ist auch bei variablen Faltenhöhen stets eine Abstützung der Filterfalten über ihre jeweilige gesamte Faltenhöhe gewährleistet. Dadurch sind Faltenbälge mit hoher Präzision herstellbar.
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In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird eine Fördergeschwindigkeit des Filtermediums variiert, vorzugsweise so, dass bei der Herstellung eines Faltenbalgs mit unterschiedlichen Faltenhöhen die erzeugte Faltenzahl pro Zeiteinheit über den Faltenbalg hinweg konstant ist.
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Beispielsweise kann die erzeugte Faltenzahl pro Zeiteinheit als erzeugte Faltenzahl pro Sekunde oder Minute bestimmt werden. Alternativ kann die Fördergeschwindigkeit konstant sein. Beispielsweise kann bei einer Erhöhung der Fördergeschwindigkeit die Faltendichte, d.h. die Anzahl der Falten pro Volumeneinheit des Faltenbalgs erhöht werden. Ferner kann eine Erhöhung der Fördergeschwindigkeit in einer vergrößerten Faltenhöhe resultieren.
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In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens verbleiben die Stützelemente so lange in den Faltentaschen des Filtermediums, bis der Klebstoff formstabil ist.
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Insbesondere verbleiben die Stützelemente so lange in den Faltentaschen, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Hierdurch ist eine Stützung der abgelegten Filterfalten bis zur Formstabilität des Filterbalgs bzw. zum Aushärten des Klebstoffs gewährleistet. Hierdurch ist der Faltenbalg mit hoher Präzision herstellbar.
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In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird der Klebstoff derart aufgetragen, dass die Dicke des Klebstoffs senkrecht zu den Faltlinien variiert.
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Hierdurch ist der Klebstoff an die Faltenform angepasst. Der Klebstoff kann keilförmig aufgetragen werden. Unter keilförmig ist vorliegend zu verstehen, dass sich eine Dicke der Klebstoffraupe zu einer inneren Faltkante einer Filterfalte hin verringert.
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In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird der Klebstoff raupenförmig und/ oder beidseitig auf das Filtermedium aufgetragen.
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Alternativ wird der Klebstoff punktförmig aufgetragen. Durch das beidseitige Auftragen des Klebstoffs kann ein Durchschwingen des Filtermediums beim Klebstoffauftrag verhindert werden.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Verfahrensschritte. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigt dabei:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Filterelements;
- 2 eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform des Filterelements gemäß 1;
- 3 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalgs;
- 4 eine schematische Aufsicht auf ein Filtermedium;
- 5A - 5C schematische Seitenansichten des Filtermediums;
- 6 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Falteinrichtung der Vorrichtung gemäß 3;
- 7 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Falteinrichtung der Vorrichtung gemäß 3 in einer abgewandelten Bauform;
- 8 eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform eines Stützelements der Falteinrichtung gemäß 3;
- 9 eine schematische Seitenansicht des Stützelements gemäß 8;
- 10 eine schematische Seitenansicht des Stützelements gemäß 8 in einer abgewandelten Bauform; und
- 11 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalgs.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht ein Filterelement 100. 2 zeigt das Filterelement 100 in einer schematischen Seitenansicht. Das Filterelement 100 ist insbesondere ein Luftfilterelement. Das Filterelement 100 weist ein zu einem Faltenbalg 101 gefaltetes Filtermedium 102 auf. Das Filterelement 100 kann neben dem Faltenbalg 101 Seitenbänder und/oder Kopfbänder aufweisen, die den Faltenbalg 101 rahmenförmig einfassen können. Das Filtermedium 102 kann aus einem Vlies- oder Zellulosewerkstoff gefertigt sein. Insbesondere weist das Filtermedium eine Dicke von 0,4 bis 2 Millimeter auf und ist flach oder bogenförmig ausgeführt. Das Filtermedium 102 kann behandelt, beispielsweise imprägniert oder oberflächenbehandelt sein.
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Der Faltenbalg 101 weist eine Mehrzahl von Filterfalten 103 auf, wobei jede Filterfalte 103 von einem ersten Faltenblatt oder ersten Faltabschnitt 104 und einem zweiten Faltenblatt oder zweiten Faltabschnitt 105 gebildet wird. Jede Filterfalte 103 bildet eine Filtertasche 119, die in der Orientierung der 2 seitlich von den Faltabschnitten 104, 105 begrenzt ist. Die Filterfalten 103 bzw. die ersten Faltabschnitte 104 und die zweiten Faltabschnitte 105 erstrecken sich dabei in einer Richtung von einer Anströmrichtung 106 zu einer Abströmrichtung 107 bzw. umgekehrt. Senkrecht zu der Anströmrichtung 106 bzw. der Abströmrichtung 107 verläuft eine jeweilige Faltenkante 108 einer jeden Filterfalte 103. Die Faltenkante 108 trennt die Faltabschnitte 104, 105 voneinander. Die Faltkante 108 stellt dabei den Übergang von dem ersten Faltenabschnitt 104 zu dem zweiten Faltabschnitt 105 dar und wird sowohl an einer Anströmfläche 109 als auch an einer Abströmfläche 110 des Filterelements 100 gebildet.
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Die Filterwirkung des Faltenbalgs 101 wird dadurch erzielt, dass ein Filtermedium 102 genutzt wird, um die Filterfalten 103 zu bilden, wobei ungereinigtes Fluid, beispielsweise ungereinigte Luft, so genanntes Rohfluid RO, in Anströmrichtung 106 auf die Anströmfläche 109 strömt und durch das Filtermedium 102 hindurch in Richtung der Abströmfläche 110 in Abströmrichtung 107 strömt und dabei gereinigt wird, so dass auf der Abströmfläche 110 Reinfluid, insbesondere Reinluft, RE vorliegt.
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Die Faltenkanten 108 aller Filterfalten 103 auf der Anströmfläche 109 bzw. auf der Abströmfläche 110 bilden jeweils eine so genannte Einhüllende 111 bzw. 112, wobei die eine Einhüllende 111, 112 insbesondere eine einhüllende Fläche der Faltenkanten 108 auf der Anströmfläche 109 oder auf der Abströmfläche 110 sein kann. Die Faltenkanten 108 spannen ebenso die Anströmfläche 109 und die Abströmfläche 110 auf.
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Bei der Einhüllenden 111, 112 handelt es sich um eine Verbindungslinie der Faltenkanten 108 an der Abströmfläche 110 oder an der Anströmfläche 109, wobei die Verbindungslinie senkrecht zu den Faltenkanten 108 verläuft und die Verbindungslinie insbesondere mit der Abströmfläche 110 oder der Anströmfläche 109 eine zweidimensionale konkave Fläche oder Form bildet.
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Eine zweidimensionale konkave Fläche weist dabei lediglich eine Krümmung in eine Richtung auf. Diese Krümmung der zweidimensionalen konkaven Fläche in einer Richtung ergibt sich beispielsweise dadurch, dass Faltenhöhen 113 benachbarter Filterfalten 103 stetig abnehmen oder stetig zunehmen, so dass die Faltenkanten 108 einen variablen Abstand zu der jeweils entgegengesetzten Fläche, d.h. der Anströmfläche 109 oder der Abströmfläche 110 haben. Die Faltenhöhe 113 beträgt vorzugsweise bis zu 40 cm. Eine Breite des Filtermediums 102 beträgt vorzugsweise bis zu 68 cm. Die Faltenhöhe 113 ist definiert als ein Abstand von der Einhüllenden 111 zu einer jeweiligen Faltenkante 108. Die Faltenhöhe 113 verläuft dabei in Richtung der Einhüllenden 111, 112 je nach Bedarf in Richtung entweder stetig abnehmend oder stetig zunehmend.
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Es können aber selbstverständlich auch benachbarte Filterfalten 103 die gleiche Faltenhöhe 113 aufweisen. Die Einhüllende 112 an der Abströmfläche 110 wird dadurch gebildet, dass die Faltenkanten 108 einer jeden Filterfalte 103 einen unterschiedlichen Abstand, d.h. eine unterschiedliche Faltenhöhe 113, zu der Anströmfläche 109 aufweisen. Die Einhüllende 112 und die Faltenkanten 108 bilden damit eine zweidimensionale gekrümmte konkave Fläche, da die zweidimensionale konkave Fläche in Richtung der Einhüllenden 112 gekrümmt ist, in Richtung des Verlaufs der Faltenkanten 108 aber keine Krümmung aufweist.
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In den Filterfalten 103 erstrecken sich Leimraupen 114 in einer Richtung von der Anströmfläche 109 hin zu der Abströmfläche 110 und sorgen für eine erhöhte Stabilität des Filterbalgs 101. Mithilfe der Leimraupen 114 sind die Faltabschnitte 104, 105 der Filterfalten 103 zueinander positioniert und die Faltenkanten 108 werden in einem definierten Faltabstand 120 zueinander gehalten. Der Faltabstand 120 ist definiert als der in der Orientierung der 2 horizontale Abstand zwischen zwei Faltenkanten 108. Die Leimraupen 114 sind vorzugsweise keilförmig. Die Leimraupen 114 sind insbesondere ein auf das Filtermedium 102 aufgetragener Klebstoff 114. Der Klebstoff 114 ist insbesondere fluiddicht. Vorzugsweise ist der Klebstoff 114 ein Heiß- oder Schmelzkleber.
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In anderen Ausführungsbeispielen kann die Einhüllende 112 aber auch so gestaltet sein, dass die Faltenhöhe 113 benachbarter Filterfalten 103 zunächst abnimmt und dann erneut wieder zunimmt. Allgemein kann die Einhüllende 112 einen beliebigen Verlauf annehmen und dabei so ausgeführt sein, dass die Anströmfläche 109 oder die Abströmfläche 109 des Filterelements 100 den äußeren Gegebenheiten durch die Konstruktion eines Luftfilters oder eines Luftfiltergehäuses entspricht oder angepasst ist.
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Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, strömt das Rohfluid RO in Anströmrichtung 106 auf die Anströmfläche 109, dringt dann in die Filterfalten 103 ein, verteilt sich entlang einer Luftfließrichtung 115 so, dass das Fluid auf der Anströmseite durch den ersten Faltenabschnitt 104 und den zweiten Faltabschnitt 105 einer jeden Filterfalte 103 hindurchdringt und dabei gefiltert wird, so dass das gefilterte Fluid RE in Abströmrichtung 107 aus der Abströmfläche 110 aus dem Filterelement 100 herauskommt, wobei das Fluid auf der Abströmseite des Filterelements 100 als Reinfluid RE bezeichnet wird.
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3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung 200 zum Herstellen des Faltenbalgs 101. 4 zeigt in einer schematischen Aufsicht das bandförmige Filtermedium 102. 5A bis 5C zeigen das geprägte Filtermedium 102 mit dem aufgetragenen Klebstoff 114. Im Folgenden wird auf die 3 bis 5 gleichzeitig Bezug genommen.
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Die Vorrichtung 200 weist eine Prägeeinrichtung 300 zum Einprägen von in 4 gezeigten Faltlinien 116 des Filtermediums 102 auf. Ein Faltabschnitt 117 des Filtermediums 102 ist dabei von zwei benachbarten Faltlinien 116 begrenzt. Die Prägeeinrichtung 300 ist dazu eingerichtet, einen beliebigen Faltlinienabstand aF bereitzustellen, wobei der Faltlinienabstand aF die Faltenhöhe 113 des Faltenbalgs 101 bestimmt. Der Faltlinienabstand aF kann ferner dadurch eingestellt werden, dass eine Fördergeschwindigkeit vF des Filtermediums 102 variiert wird.
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Die Prägeeinrichtung 300 weist vorzugsweise zwei gegenläufige Prägewellen 301, 302 auf. Eine Förderrichtung F des Filtermediums 102 ist in 3 gezeigt. Jede Prägewelle 301, 302 kann ein Relief, beispielsweise in Form einer Vielzahl von Schneiden oder Prägekanten aufweisen. Durch eine Variation der Rotationsgeschwindigkeit der Prägewellen 301, 302 kann der Faltlinienabstand aF beliebig eingestellt werden. Die Rotationsgeschwindigkeit der Prägewellen 301, 302 kann durch eine Antriebseinrichtung der Prägeeinrichtung 300 eingestellt werden. Die Antriebseinrichtung kann ein Elektromotor sein. Der Faltlinienabstand aF kann ferner dadurch eingestellt werden, dass die Fördergeschwindigkeit vF des Filtermediums 102 variiert wird.
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Die Vorrichtung 200 weist ferner eine der Prägeeinrichtung 300 in Förderrichtung F des Filtermediums 102 nachgeschaltete Klebstoffaufbringeinrichtung 400 auf. Die Klebstoffaufbringeinrichtung 400 ist dazu eingerichtet, auf das geprägte Filtermedium 102 Klebstoff 114 aufzubringen. Der Klebstoff 114 kann ein Leim sein. Die Klebstoffaufbringeinrichtung 400 ist insbesondere dazu eingerichtet, gleichzeitig beidseitig auf das geprägte Filtermedium 102 Klebstoff 114 aufzubringen. Der Klebstoff 114 kann beispielsweise punktförmig oder linienförmig aufgebracht werden. Insbesondere ist die Klebstoffaufbringeinrichtung 400 dazu eingerichtet, den Klebstoff 114 keilförmig auf das Filtermedium 102 aufzutragen. Insbesondere wird der Klebstoff 114 extrudiert und mit Klebstoffdüsen auf das Filtermedium 102 aufgetragen.
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Insbesondere weist die Klebstoffaufbringeinrichtung 400 eine Vielzahl einander gegenüberliegender Klebstoffdüsen auf. Unter keilförmig ist, wie in 5A gezeigt, vorliegend zu verstehen, dass eine Dicke d des Klebstoffs 114 hin zu einer jeweiligen Faltkante 116 abnimmt. Insbesondere nimmt die Dicke d des Klebstoffs 114 hin zu einer inneren Faltkante 116 ab. Ferner kann der Klebstoff 114, wie in 5B gezeigt, wechselseitig jeweils einseitig auf benachbarte Faltabschnitte 117 des Filtermediums 102 aufgetragen sein. 5C zeigt das Falten des mit Klebstoff 114 versehenen Filtermediums 102. Die Ausspritzmenge des Klebstoffs 114 aus den Klebstoffdüsen kann mithilfe einer Steuereinrichtung der Vorrichtung 200 erfolgen.
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Weiterhin kann die Vorrichtung 200 eine Aufstelleinrichtung 500 zum Aufstellen der Faltabschnitte 104, 105 zur Bildung der Filterfalten 103 umfassen. Die Aufstelleinrichtung 500 kann ein in Förderrichtung F des Filtermediums 102 der Klebstoffaufbringeinrichtung 400 nachgeschaltet angeordnetes Paar Aufstellwalzen aufweisen. Das geprägte und mit Klebstoff 114 versehene Filtermedium 102 läuft gegen die Aufstellwalzen, wodurch das Filtermedium 102 an den Faltkanten 116 gefaltet wird. Die Aufstelleinrichtung 500 ist optional.
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Die Vorrichtung 200 umfasst weiterhin eine Falteinrichtung 600 zum Falten des abgelegten Filtermediums 102. Die Falteinrichtung 600 kann die Aufstelleinrichtung 500 aufweisen, welche zur Bildung der Filterfalten 103 vorgesehen ist. Die Falteinrichtung 600 weist zumindest ein Matrizenpaket oder Stützelementpaket 601, 602 auf. Das Stützelementpaket 601, 602 weist mehrere nebeneinander angeordnete Matrizen oder Stützelemente 603 - 613 auf. Die Anzahl der Stützelemente 603 - 613 ist beliebig. Beispielsweise kann das Stützelementpaket 601, 602 70 Stützelemente 603 - 613 umfassen. Die Stützelemente 603 - 613 des Stützelementpakets 601, 602 sind in einen Faltraum 614 der Falteinrichtung 600 wahlweise vertikal hinein verlagerbar oder aus diesem vertikal heraus verlagerbar. Die Stützelemente 603 - 613 sind schwenkbar auf Transportwagen moniert, die wiederum auf einem umlaufenden Förderband 615 befestigt sind. Zum Einführen der Stützelemente 603 - 613 in die Faltentaschen 119 dient eine nicht gezeigte Kulisse.
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Dabei ist jedes Stützelement 603 - 613 so weit in den Faltraum 614 hinein verlagerbar, dass ein Faltabschnitt 117 des Filtermediums 102 von dem jeweiligen Stützelement 603 - 613 stützbar ist. Dabei ist die Falteinrichtung 600 dazu eingerichtet, die Stützelemente 603 - 613 in der Förderrichtung F des Filtermediums 102 mit dem gefalteten Filtermedium 102 mitzubewegen, an einer ersten Position P1 des Faltraums 614 aus diesem heraus zu verlagern entgegen der Förderrichtung F des Filtermediums 102 in einer zweiten Position P2 des Faltraums 614 zu verbringen und wieder in diesen hinein zu verlagern. Je nach dem eingestellten Faltlinienabstand aF sind die Stützelemente 603 - 613 verschieden hoch und ragen verschieden weit in den Faltraum 614 hinein.
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6 zeigt, dass die Stützelemente 603 - 613 der Falteinrichtung 600 gemäß 3 entsprechend der gewünschten variablen Faltenhöhe 113 so weit in den Faltraum 614 hinein verlagert werden, dass die Filterfalten 103 über ihre gesamte Faltenhöhe 113 abgestützt sind.
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7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Falteinrichtung 600 in einer abgewandelten Bauform. Die Falteinrichtung weist zwei einander gegenüberliegend angeordnete Stützelementpakete 601, 602 auf. Die Stützelemente 603 - 607 sind dem Stützelementpaket 601 und die Stützelemente 608 - 613 sind dem Stützelementpaket 602 zugeordnet. Die Stützelemente 603 - 613 sind wechselseitig in den Faltraum 614 hinein verlagerbar oder aus diesem heraus verlagerbar.
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Die Stützelemente 603 - 613 sind vorzugsweise keilförmig, insbesondere matrizenförmig, ausgebildet. 8 zeigt das Stützelement 603 in einer schematischen Aufsicht. 9 zeigt das Stützelement 603 in einer schematischen Seitenansicht. 10 zeigt eine Weiterbildung des Stützelements 603 in einer schematischen Seitenansicht.
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Das Stützelement 603 weist, wie 8 zeigt, insbesondere eine kammförmige Struktur auf. Zwischen Zinken 618 - 621 des Stützelements 603 sind Aussparungen 622 - 624 für die Leimraupen 114 vorgesehen. Somit wird ein Verkleben des Klebstoffs 114 mit dem Stützelement 603 verhindert. Die Zinken 618 - 621 können verrundet sein. Die Aussparungen 622 - 624 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass jeweilige Endabschnitte 625 bei vollständig in eine Faltentasche 119 des gefalteten Filtermediums 102 eingeschobenem Stützelement 603 freiliegen. Die Leimraupen 114 sind insbesondere Heißklebebahnen.
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In 9 ist eine Ausführungsform des Stützelements 603 mit einem rechteckförmigen Querschnitt gezeigt. Das Stützelement 603 weist eine Höhe bzw. Tiefe h auf. Die Höhe h kann der Faltenhöhe 113 entsprechen. Die Stützelemente 603 - 613 können jeweils unterschiedliche Höhen h aufweisen.
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In 10 ist eine weitere Ausführungsform des Stützelements 603 mit einem keilförmigen Querschnitt gezeigt. Der Querschnitt des Stützelements 603 verjüngt sich keilförmig in Richtung einer Faltenkante 108 des gefalteten Filtermediums 102. Die Geometrie des Stützelements 603 entspricht vorzugsweise einer Geometrie der Filterfalten 103 des gefalteten Filtermediums 102. Das Stützelement 603 kann beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff oder einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt sein.
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Die Vorrichtung 200 umfasst ferner eine in 3 gezeigte Abtrenneinrichtung 700, die der Falteinrichtung 600 nachgeordnet ist. Die Abtrenneinrichtung 700 ist dazu eingerichtet, den fertigen Faltenbalg 101 von dem Filtermedium 102 abzutrennen. Die Abtrenneinrichtung 700 kann eine Säge, eine Schneide oder ein Lasersystem zum Abtrennen des Faltenbalgs von dem Filtermedium 102 aufweisen. Mit dem Lasersystem kann das gesamte Volumen des Faltenbalgs 100 geschnitten werden.
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Das Filtermedium 102 wird der Vorrichtung 200 vorzugsweise über eine Zufuhreinrichtung zugeführt. Die Zufuhreinrichtung kann eine Aufnahme aufweisen, auf der das Filtermedium 102 in Rollenform 118 aufgespannt ist.
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In 11 ist eine alternative Bauform der Vorrichtung 200 zum Herstellen eines Faltenbalgs 101 gezeigt. Im Wesentlich sind die Prägeeinrichtung 300, die Klebstoffaufbringeinrichtung 400, die Falteinrichtung 600 und die Abtrenneinrichtung 700, entsprechend der Vorrichtung 200 gemäß 3 oder den zuvor beschriebenen Varianten ausgebildet. Die Vorrichtung 200 unterscheidet sich von diesen lediglich dadurch, dass das Filtermedium 102 in der Klebstoffaufbringeinrichtung 400, der Falteinrichtung 600 und der Abtrenneinrichtung 700 vertikal anstelle von horizontal verläuft. Es sind aber auch Varianten denkbar, bei welchen das Filtermedium 102 zumindest teilweise schräg verläuft.
