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"Filterelement und aus einer Mebrzahl von Filterelementen gebildetes
Filter, vorzugsweise Luftfilter" Die vorliegende Erfindung bezieht siob auf ein
Filterelement und auf ein aus einer Mebrzahl von Filterelementen gebildetes Filter,
vorzugsweise Luftfilter, -und betrifft Filterelemente, die ganz oder teilweise aus
Fasern, insbesondere synthetisoben Fasern, besteben.
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Es wurde gebunden, daß bei Verwendung der verschiedenen natürlichen
od.r syntbetischen für Filtermeterial geeigneten Fasern eine besonders wirksame
Filtration durob ein Filterelement erreiobt wird, das pus einen Faserkissen besteht,
dessen Fasern aus einem Gemiscb, bestebend aus einem Vinyloblorid- und Acrylnitril-Copolyseren,
aufgebaut eind. Diese neuartige Kombination ist in der frenzösischen Patentschrift
1 351 664 beschrieben und unter der @ezeichnung "Dynel" oder "Fibre Dynel" bekannt.
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Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung für dieses Material beschränkt,
sondern ist auf alle anderen beliebigen Fasern und insbesondere auf dieenigen Fasern
anwendbar, die aus einem thermoplastischen Material W*-stehen. bin erfindungsgemäßes
Filterelement besteht aus einem Kissen aus einer oder mehreren Schichten vermischter
Fasern, die miteinander am Rand in einer geringen Breite verklebt sind, so daß ein
verfestigter Hand entsteht, der wenigstens einen Teil des Außenuzfanges umfaßt.
Wenn die Fasern aus einem tbermoplastischen oder wärmeverschweißbarem Material bestehen,
wird dieses Verkleben durch festes Zusammendrücken in der Wärme erreicht.
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In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft, das Filterkissen aus nehreren
Schichten faserförmiger Materialien unterschiedlicher Art auszubilden, von denen
bestiflte nicht thermoplastisch au sein brauchen. Diese faserförmigen Materialien
werden sodann zwischen zwei äuißeren Schichten aus tbermoplastischen Fasern aufgenommen,
die miteinander verschweißt werden.
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Der verschweißte Rand kann derart verfornt werden, daß er eine geeignete
Form besitzt, um eine dichte Verbindung zu ergeben, wenn das Filterelement in ein
Gehäuse oder in eine Kassette eingelegt ist. Es kann während des Verschweißens und
Verpressens eine Verstärkung in Form eines aus Kunststoff bestehenden stranges benutit
werden,
um so der an der Randzone gebildeten Verbindungsstelle eine
gewünschte Stärke und Profilierung zu vermitteln.
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Es sind Mittel zur Verbesserung des Wirkungsgrades und des Aufnahmevermögens
des Fasermeterials beim Abscheiden feiner Staubteilchen vorgesehen, wenn das Filterelement
tür die Filtration eines Schwebstoffe ontbaltenden Gases Anwendung finden soll.
Dies wird dadurch rreicht, daß auf die Oberfläche der Fasern eine dünne Scbicbt
einer nicht flüchtigen Flüssigkeit, beispielsweise 01, aufgebracht und aufrechterhalten
wird. Dis synthetischen Fasern. sind Jedoch im allgemeinen niobt permeabel, so daß
es schwierig ist, auf ihnen eine ausreichende Flüssigkeitsmenge aufrechtzuerhalten.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, findet in den Filterelementen wenigstens eine Schicht
aus Fasern Anwendung, die die Benutzungsflüssigkeit aufnehmen und speichern können.
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Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß in das Faserlassen Fäden
nit einem geeieten Querschnitt aus Kunststoff eingespritzt werden, der die Benutzungsflüssigkeit
aufnehmen und langsam wieder über einen Kapillareffekt abgeben kann, uJ eine dünne
Flüssigkeitsschicht auf allen Fasern su erhalten. und aufrechtzuerhalten.
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Ein weiteres Merkmal bestrebt darin, daß in das Faserkissen aus vorber
entsprechend vorbereiteten Fäden oder Bändern ein Material eingeführt wird, das
die Benetzungsflüssigkeit aufnehmen und speichern kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näber erläutert.
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Fig. 1 zeigt in teilweisen Schnitt ein plattenförmiges Filterelement
mit einer Vorrichtung zu seiner Herstellung, Fig. 2 eine Teilanzicht gemäß Fig.
1 in einer abgewandelten Ausführungsform, Fig. 3 Darstellung gemäß Fig. 1 mit einen
aus mehreren Schiebten gebildeten Filterelementes, Fig. 4 zeigt eine abgewendelte
Ausfübrungsform gemäß Fig. 1, Fig. 5 ist eine Teildarstellung und zeigt die Anbringung
einer strengertigen Randverstärkung, Fig. 6 zeigt eine eine diebtende Verbindung
gestattende Randverstärkung, Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch ein aus drei Filterelementen
zusammengesetztes Luftfilter, Fig. 8 - 10 zeigen weitere Ausführungsformen gemäß
Fig. 6, Fig. 11 zeigt eine perspektivische Derstellung einer Vorrichtung für den
Spritzguß von Verstärkungsfäden oder Bändern in teilweisem Schnitt, Fig. 12 zeigt
mit quergeriobteten Verstärkungsfäden ausgestatetes Filterelement im Schnitt, Fig.
13 ist eine perspektivische Teilansicht eines
mit Verstärkungsfäden
ausgestatteten Filterelementes.
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In der Fig, 1 ist ein plattenförmiges Filterelement 1 gezeigt, das
aus synthetischen Thermoplasten in Faserform besteht. Das Filterelement 1 wird auf
die Unterlage 2 unter einem Verformungswerkzeug 3 gelegt, des horizontal beweglich
angeordnet ist und die in der Zeichnusg dargestellte Form aufweist. Das Verformungswerkzeug
3 wird elektrisch oder in anderer geeigneter Weise auf eine Temperatur erhitzt,
die geringfügig über der Erweichungs-oder Sohmeiztemperatur des Fasermateriales
liegt. Das Erbltion kann während oder nach dem Zusammendrücken der Ränder des Filterelementes
1 durch das Verfrmungswerkzeug 3 ausgeführt werden. Während dieses Arbeitsvorganges
kommt der Rand 4 des Verformungswerkzeuges 3 in Berührung mit der @latte 2, während
das Teil 5 das Material des Filterelementes 1 entsprechend dem gezeigten Profil
zusammendrückt. Die engewandte Temperatur reicht aus, um die Fasern im Rand bereich
der Scheibe so zu erweiobsa oder zu schmelzen, daß eine kompakte, verfestigte Kante
6 verringerter Stärke entsteht.
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Das Fasermaterial der Kante 6 kann hierbei so geschmolzen werden,
daß ein bomogener Rand gebildet wird, wobei die benachbarten Fasern in dem Bereich
7 lediglich teilweise geschmolzen werden.
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Etne derart ausgebildete Kante verstärkt das Filterelement wä@@end
der Handhabung und seiner Lagerung und
ermöglicht eine dichtende
Aufnahme in dem Filtergehäuse bzw. der Filterkassette.
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Die Fig. 2 zeigt den Rand eines Filterelementes 11 in einem abgewandelten
Verformungswerkzeug 12. Der mittlere Teil 13 des Verformungswerkzeuges 12 besteht
aus einem Material mit schlecbter Wärmelcitung, gegebenenfalls aus einen elektrischen
Isolator. Der Teill3 kann außerden mit einer an sich beliebigen Kühleinrichtung
ausgestattet sein. Lediglich der äußere Krans 14 besteht aus Metall und kann beispielsweise
induktiv erhltzt werden, webei der Teil 15 verhältnismäßig kalt bleibt. Bei dem
Verformungswerkzeug 12 wird lediglich die schmele Randfläche 16 des Filteralementes
11 erhitzt und verschmolzen.
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Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verformungswerkzeuges,
bei der das Filterelement 21 zwischen einer Platte 22 und einem Verformungswerkzeug
23 behandelt wird. Das bier wiedergegebene Filterelement besteht aus drei Schichten
24, 25 und 26 unterschiedlicher Materiali@@, wobei lediglich die zwei äußeren Schichten
24 und 26 aus thermoplastischen Fasern bestehen. ie mittlere Schicht 25 besteht
aus einem anderen Material, vorzugsweise aus inez solchen, beispielsweise Baumwoll-Lintern
oder anderer Naturfasern oder Celluloseacetat-Fasern, das Öl oder eine andere nicht
flüchtige Flüssigkeit aufnehmen und speichere
kann.
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Für den Zusammenbau des Filterelementes 21 werden die Ränder 27 und
28 der äußeren Schichten 24 und 26 durch Verschmelzen und Verschweißen in der Wärme
vereinigt.
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Hierbei wird der mittlere Teil vermittels eines Strmungsmittels, beispielsweise
Luft oder Wasser, gekühlt. Das Strömungsmittel tritt durch den mittleren Hohlraum
29 des Verformungserkzeuges, über das Filterelement 21 und durch die Löcher 30 der
Platte 22 bindurch.
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In der Fig. 4 ist eine weitere Anordnung für die Ausbildung des Rande.
aus thermoplastischen Fasern bestehenden Filterelements 31 gezeigt. Das Element
31 wird auf eine mit Löchern 33 versehene Platte 32 aufgebracht, wie in der Fig.
3 gezeigt ist. Am äußeren Ende eines durch eine Welle 36 getragenen Armes 35 ist
ein Kopf 34 so angeordnet, daß durch das Drehen dieser elle siob der Kopf über den
Umfang des Elementes 31 dreht.
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Der Kopf 34 weist eine mittlere Düse 37 auf, durch die ein Strömungsmittel,
beispielsweise Luft, durch die Anschlüsse 38 - 39 zugeführt und über die Kante des
Elementes 31 geblasen wird. Die Luft ist auf eine für das Schmelzen der Fasern ausreichend
hohe Temperatur erhitzt, und die Krafteinwirkung des Luftstrabls verdichtet die
erweichten Fasern in Richtung auf die Platte 32, wobei eine kompakte und geschmolzene
Kante 40 entsteht.
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Um das Erhitzen auf die äußere Kante des Elementes 31 zu begrenzen,
ist eine zweite, die Düse 37 ringförmig umgebende Düse 41 in dem Kopf 34 angeordnet.
Auf Grund eines über den Anschluß 42 der Düse 41 zugeführten kalten Luftstrahls
wird vermieden, daß die beiße Luft aus der Düse 37 auf andere Fasern als die @nmittelbar
an dem Rand des Elementes 31 liegenden Fasern einwirkt.
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In der Fig. 5 ist im Schnitt ein strangförmiges Verstärkungselement
56 wiedergegeben, durch das das Element 52 aus dem Fasermaterial am Rand mit einer
Kunststoffumkleidung umgeben wird, die eine dichtende Aufnahme im Filtergebäuse
gewährleistet. Die Anwendung dieses Verstärkungselementes ist nicht suf aus thermoplastischen
Fasern bstehende Filterelemente Beschränkt, sondern eignet sich in gleicher Weis
für alle Filterelemente, die aus beliebigen Fasern hergestellt sind0 In der Fig.
5 ist ein Teil des Verformungswerkzeuges gezeigt, das eine Platte 51 aufweist. Diese
dient sur Aufnahme des aus Fasern bestehenden Filterelementes 52.
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Weiterhin weist das Verformungswerkzeug einen oberen Teil 55 auf,
das auf den Rand des Elementes 52 drückt. Die Platte 51 und der obere Teil 53 sind
so ausgebildet, daß zwischen ihnen ein Raum für dio Aufnahme der verdichteten Fasern
am Rand des Elementes 52 und ein Hohlraum 56 freibleibt, der den äußeren Rand des
Elementes umgibt. Eine bes@i@mte Zahl von Zuführungslöchern 57 Zu dem Hohlraum 56
sind für das
Einführen eines Kunststoffes im Spritzgußverfahren
vorgesehen.
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Zur Herstellung des Filterelementes wird die Fasermatte auf die Platte
51 aufgelegt und der obere Teil 53 so nach unten geführt, daß der Rand des Elementes
zwischen den Teilen 51 und 53 eingeklemmt wird. Sodann wird ein geeigneter Kunststoff
zwecks Bildung eines massiven tranges in den Hohlraum 56 eingespritzt. Dieser Strang
schließt den Rand des elementes 52 ein und stellt eine feste Kante an dem Element
52 dar.
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Die so ausgebildete verstärkte Randkante kann sowohl in der Aufsicht
als auch im Schnitt beliebige Formen aufweisen, die den Einspannorganen des das
Filterelement aufnehmenden Gehäuses angepaßt sind.
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Wenn ein Filter großer Oberfläche und geringer Dicke, wie es beispielsweise
bei Luftfiltern für Kraftfahrzeugmotoren verlangt wird, ist es vorteilhaft, in einem
flachen Gehäuse mehrere Filterelemente nebeneinander anzuordnen.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, den Kantenverbindungen dieser Filterelemente
einen derartigen Querschnitt zu gehen, daß sie dichtend miteinander in Eingriff
gebracht werden können.
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Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform ist im Schnitt in
der Fig. 7 wiedergegeben. Die erfindungsgemäß ausgeführten Bauelemente 61, 62, 63
sind in des flachen Gehäuse 64 angeordnet. Diese Filterelemente, die
in
der Aufsicht rechteckig sind oder jede andere Form aufweisen können, werden gegeneinander
dichtend angeordnot und durch eine Trennwand 64a, z.B. aus Metalblech, getragen.
Das Gehäuse weist ein Teil 65 aufX das eine Austrittsöffnung 66 trägt. @ie kann
an die Einleßöffnung eines Motors angeschlossen werden. Das Gehäuse weist weiterhin
ein oberes Teil 67 auf. Die beiden Teile 65, 67 besitzen Stirnwände 68 und 69, zwischen
denen die Kenten 70 der Filterelemente 61 und 63 eingespannt sind. Klammern 71 oder
andere Befestigungsmittel halten die Teile 65 und 6? so zusammengepreßt, daß der
gesamte Umfang der Filterelemente abgedichtet ist.
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Die Luft dringt in das Filter durch die Leitung 72 ein, die an dem
Teil 67 befestigt ist. Die Luft tritt durch die Offnung 79 in die Kammer oberhalb
der Filterelemente ein und tritt dann durch diese Filterelemente 61, 62, 63 hindurch
und aus der Öffnung 66 aus, Die zwischen zwei benschbarten Filterelementen erforderliche
Abdichtung wird durch geeignete Form der Kantenverbindungen dieser Filterelemente
erreiobt, die derartige Profile aufweisen, daß sie miteinander unter Erzielung einer
dichtenden Verbindung ineinander eingreifen.
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Die Fig. 6 zeigt derartige Verbindungsprofile in Form einer Feder
78 der Kantenverbindung 76 und der Nut 81 der
Kantenverbindung
79.
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Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen verschiedene weitere Profilformen. Nach
der Fig. 8 kommt die Stirnkante 85 der Verbindung 83 mit der Nut 84 der Verbindung
82 in Eingriff, wobei der Strömungsdruck der zu filternden Luft eine dichtende Verbindung
gewährleistet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 9 sind die zwei Kantenverbindungen
86 und 87 identisch ausgeführt und weisen identische Nuten 88 und 89 auf, in die
ein stegartiges Verbindungsband 90 eingeführt wird. Die Ausführungsform nach der
Fig. 10 ist derjenigen nach der Fig. 8 analog.
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Die Kantenverbindungen weisen Stirnkanten 93 und 94 entsprechender
Form auf, durch die eine Vereinigung der Filterelemente sittels gleichtender Führung
erreicht wird.
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Wenn die Filterelemente tür das Filtrieren eines Gases dienen sollen,
wird ihre Wirksamkeit insbesondere gegenüber feinen Staubmaterialien wesentlich
dadurch verbessert, daß die Fasern mit einer dünnen Scbicbt einer nicht flüchtigen
Flüssigkeit, wie z.B. eine O1, übersogen worden. Wenn jedoch die Fasern aus einem
glatten und nicht permeablen Kunststoff besteben, verbleibt die Flüssigkeit nicht
in einer ausreichenden Menge auf deren Oberfläche, um größere Staubmengen zu binden.
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Erfndungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch überwunden, daß den synthetischen
Fasern eine bestimmte Menge
poröser Fasern beigegeben wird, die
die Benetsungsflüssigkeit in sich aufnehmen und sie über einen Kapillareffekt an
die synthetischen Fasern abgeben und balten. Vermittels verschiedener Verfabren
kann diese Kombination wirtschaftlich erzielt werde In der Fig. 3 ist ein erstes
Ausführungsbeispiel wiedergegeben, nach dem ein Filterkissen aus einer Schicht Baumwoll-oder
Celluloseacetat-Fasern 25 besteht, die zwischen swEi Schichten 24, 26 aus thermoplastischen
Fasern angeordnet ist.
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Die Fig. 11 und 12 zeigen ein eiteres Verfahren, das darin besteht,
daß in die Faserkissen Fäden aus einem Material eingedrückt werden, das das 01 aufnimmt
und speichert, z.B. Fäden aus Celluloseacetat.
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Das Faserkissen 101 wird auf die Platte 102 einer Presse gelegt,
deren beweglicher Pressentisch 103 durch die Pfosten 104 geführt wird. Der pressentisch
103 ist hohl und weist ein Zuführungsrohr 105 auf, durch das man das einzuspritzende
Material einführen kann. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um Celluloseacetat
1 in flüssiger Form handeln.
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Auf der inneren Oberfläche dos Pressentisches 103 ist eine bestimmte
Anzahl bobler Einspritzdorne 106 kegliger und aehr spitzer Form angrordnet, doren
Länge für den vollständigen oder; praktisch vollständigen Durchtritt durch das Faserkiasen
ausreichend ist. Man beginnt
den Arbeitsgang, indem der Pressentisch
103 so abgesenkt wird, daß die Dorne vollständig in das Faserkissen eindringen,
und spritzt dann gleichzeitig mit dem langsamen Anbeben des pressentisches 103 daß
Celluloseacetat in das @issen 101 ein. Jeder der Dorne hinterläßt somit einen Faden
oder Band 107 aus Celluloseacetat, das sieb durch die gesamte Dicke des Kissens
erstreckt. Diese Fäden oder Bänder sind vorzugsweise dicker und starrer als die
Fasern des Kissens 101.
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Die Fäden 107 verstärken vorteilhafterweise das Filterkissen und
tragen zur Aufrechterhaltung seiner Form bei, insbesondere unter der Druckeinwirkung
des zu filtrierenden Gases. Diese Verstärkungswirkung kann in gleicher Weise dadurch
ersielt werden, daß die Verstrkungsfäden aus einem beliebigen einspritzbaren Kunststoff
bestehen, der das Öl nicbt aufnimmt, wenn das Filterelement ein Faserkissen ist,
das selber das Benetzungsmittel aufnimmt.
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@ie Fig. 12 zeigt ein Filterkissen 111, in dem die Fäden 112 mittels
iner Vorrichtung gemäß Fig. 11 ausgebildet sind, bei geringfügiger Abänderung, die
dadurob erreicht wird, daß während des Zurückziebens die dorne eine seitliche oder
kreisförmige Bewegung ausführen. Hierdurch ergibt sieb, daß die Fäden eine Zick-Zack-Form
odor Schraubenform aufweisen.
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Man kann in gleicher Weise in das Faserkissen vorgeformte Fäden oder
Bänder einführen. In der Fig. 13 sind die freien Enden derartiger über die Fasern
114 des Kissens vorspringender Fäden 113 gezeigt. In diesem Fall können die Fäden
aus jedem geeigneten Material einschließlich Kunststoffen und Metallen bestehen.