DE19752143A1 - Filterelement - Google Patents

Filterelement

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DE19752143A1 DE19752143A DE19752143A DE19752143A1 DE 19752143 A1 DE19752143 A1 DE 19752143A1 DE 19752143 A DE19752143 A DE 19752143A DE 19752143 A DE19752143 A DE 19752143A DE 19752143 A1 DE19752143 A1 DE 19752143A1
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere für die Filtrierung von Flüssigkeiten, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bekannt, daß bei bekannten Filterelementen unter­ schiedliches Filtermaterial zur Erzeugung eines für die auszufilternden Partikel und die durchströmende Flüssig­ keit optimalen Filterverhaltens miteinander kombiniert wird. Für sich gesehen ist beispielsweise ist aus der DE 44 43 158 A1 bekannt, ein Meltblown als Filtermedium in einem Gasstrom zusammen mit einem ausschließlich zur Sta­ bilisierung dienenden Trägermaterial einzusetzen.
Weiterhin ist aus der WO 96/34673 bekannt, bei einem holzylindrischen Filterelement mehrere Filterlagen aus einem Meltblown auf einer Trägerlage anzuordnen. Die La­ gen bilden dann zusammen ein auswechselbares Filterele­ ment, das in eine Filteranordnung einsetzbar ist.
Aus der US-PS 5,496,627 und aus der WO 95/17946 ist die Hintereinanderschaltung von Filtermedien aus syntheti­ schen Fasern mit abgestufter Filterfeinheit bekannt, wo­ bei hier die Filterfeinheit der Filterlagen in Strömungs­ richtung zunimmt.
Außerdem ist aus der US-PS 5,427,597 und aus der WO 96/34673 bekannt, daß mehrere Filterlagen oder nur eine Filterlage aus einem nach dem Meltblown-Verfahren herge­ stellten Vlies auf einem zur Stabilisierung dienenden Trägerlage angeordnet werden. Die Filterwirkung der Trä­ gerlage ist dabei gegenüber den anderen Lagen zu vernach­ lässigen.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterele­ ment der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Filterwirkung durch einen Mehrlagenaufbau insgesamt ver­ bessert und über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Filterelement ist in vorteilhafter Weise geeignet, mit den Merkmalen des Hauptanspruchs die gestellte Aufgabe zu lösen. Beim erfindungsgemäßen Filte­ relemente sind in Durchströmungsrichtung mehrere Lagen eines Filtermediums aneinandergefügt, wobei die Filter­ feinheit in Durchströmungsrichtung zunimmt, bei abnehmen­ der Schmutzkapazität der Einzellagen zur Verbesserung der gesamten Kapazität bei gegebener Filterfeinheit oder zur Erhöhung der Filterfeinheit bei gegebener Kapazität.
Mit der Erfindung ist weiterhin eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit und eine Erhöhung der mechanischen Sta­ bilität zur Herstellung selbsttragender sterngefalteter Filterelemente, insbesondere zur wirtschaftlichen Her­ stellung auf rotierenden Prägefaltmaschinen, erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Filterelements wird das oben beschriebene Zusammen­ wirken der verschiedenen Abscheidegrade und Speicherfä­ higkeiten der unterschiedlichen Lagen dadurch erreicht, daß das anströmseitige Filtermedium aus einem cellulose­ haltigen Filterpapier und das abströmseitige Filtermedium ebenfalls aus einem cellulosehaltigen Filterpapier be­ steht. Hierbei wird somit durch eine entsprechend ange­ paßte Beimischung von Cellulosefasern in einen Papier­ filter jeweils eine entsprechende Filterwirkung der je­ weiligen Lage, wie oben erwähnt, erreicht.
Die cellulosehaltigen Filterpapiere können auch einen Fremdstoffanteil von bis zu 50% aufweisen, wobei die Fremdstoffe Glas- oder Polyesterfasern sein können.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist in vorteilhaf­ ter Weise das anströmseitige Filtermedium als ein Melt­ blown, bzw. aus synthetischen Fasern und das abströmsei­ tige Filtermedium als ein plissierbares Filterpapier aus­ geführt.
Die erfindungsgemäße Verwendung von sog. Meltblown- Vliesen als eine Lage eines Filtermediums ist äußerst vorteilhaft, da diese eine sehr hohe Speicherkapazität für die ausgefilterten Partikel bei einem geringen Durch­ strömungswiderstand für das zu filternde Medium aufweist. Dieser Vorteil wird durch die geringen Faserdurchmesser (ca. < 2 µm) und die große Porösität des Meltblown- Vliesmaterials erreicht. Die Filterwirkung, insbesondere der Abscheidegrad, steigt dabei mit der Aufnahme von aus­ gefilterten Partikeln während der Gebrauchsdauer zunächst an. Die Filterfeinheit der anströmseitigen Lage ist hier­ bei so gewählt, daß durch diese Feinlage eine hinrei­ chend lange Standzeit des Filterelements erreichbar ist.
Um auch in der Anfangsphase des Gebrauchs des Filterele­ ments bereits einen hohen Abscheidegrad der gesamten An­ ordnung zu erreichen, kann auch hier in vorteilhafter Weise als abströmseitige Lage ein Filterpapier mit cellu­ losehaltigen Zusätzen verwendet werden. Dieses Material weist auch in der Anfangsphase schon einen sehr hohen Ab­ scheidegrad für die auszufilternden Partikel auf, aller­ dings bei einer gegenüber dem Meltblown-Vlies geringeren Speicherfähigkeit. Insgesamt kann also mit den mindestens zwei Lagen bei allen Ausführungsformen eine relativ lange Betriebsdauer bei gleichbleibend hohem Abscheidegrad des Filterelements erreicht werden.
Günstige Ausführungsformen können im einzelnen dadurch gebildet werden, daß anströmseitig ein Meltblown-Vlies mit ca. 15 bis 150 g/m2 Flächengewicht und abströmseitig ein cellulosehaltiges Filterpapier mit ca. 50 bis 200 g/m2 Flächengewicht verwendet wird. Als Ausgangsmaterial für das Meltblown-Vlies kommt beispielsweise PP (Polypropylen), insbesondere für nichtaggressive Flüssig­ keiten, oder PES (Polyethersulfon) in Frage, das auch bei der Filtrierung von Kraftstoff oder Hydraulikölen bis in den Temperaturbereich von ca. 80°C Verwendung finden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Filterelements ergibt sich, wenn zwischen dem anströmsei­ tigen Filtermedium und dem abströmseitigen Filtermedium eine dritte Lage eines kalandrierten Meltblowns angeord­ net ist.
Eine vorteilhafte Weiterverarbeitung der erfindungsgemä­ ßen Filteranlagen mit der beschriebenen Gradientenstruk­ tur hinsichtlich der Speicherfähigkeit und des Abscheide­ grades erfolgt bevorzugt dadurch, daß die aneinanderge­ fügten Lagen der Filtermedien zur Bildung des Filterele­ ments sterngefaltet sind. Insbesondere können die Lagen der Filtermedien vor oder während der Faltung ultra­ schallverschweißt oder durch Flächenpressung während des Faltvorgangs, beispielsweise an einer Prägefaltmaschine, aneinandergefügt werden. Die Lagen können auch mit einem Klebstoff verklebt werden, wobei auch ein pulverförmiger Klebstoff oder ein Hotmelt-Imprägniermittel Verwendung finden kann.
Als Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Filterele­ ment kommen beispielsweise Ölfiltersystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, in Frage. Die oben beschriebenen Mehrlagen-Filterelemente sind den bekannten einlagigen Filtermedien hinsichtlich Durchflußwiderstand und Kapa­ zität deutlich überlegen. Jeweils angepaßte Kombinatio­ nen von wenigen Basiselementen für die Filtermedien er­ lauben hier eine große Variationsbreite der Filtereigen­ schaften, so daß hier eine erhöhte Standzeit bei beste­ hendem Bauvolumen, einer gesteigerten Filterfeinheit ohne Standzeiteinbuße und ein geringerer Durchflußwiderstand mit relativ einfachen Mitteln erreicht werden kann.
Weitere Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Un­ teransprüchen angegeben.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Filterelemen­ ten werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Filterelement mit einer anströmseitigen Lage aus Meltblown-Vlies und einer abströmseitigen Lage aus cellulosehaltigem Filterpapier;
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Filterelement nach Fig. 1 mit einer Zwischenlage aus,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein Filterelement mit einer anströmseitigen und einer abströmseitigen Lage aus cellulosehaltigem Filterpapier;
Fig. 4 eine Prinzipskizze eines Beispiels einer Sternfaltung und
Fig. 5 ein Diagramm für den von der Partikelbela­ stung des Filterelements abhängigen Verlauf des Ab­ scheidegrades.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein Filterelement 1 mit einer anströmseitigen Lage 2 aus Meltblown-Vlies und ei­ ner abströmseitigen Lage 3 aus cellulosehaltigem Filter­ papier gezeigt. Das Meltblown-Vlies der Lage 2 kann bei­ spielsweise mit einem Fasermaterial von ca. 15 bis 150 g/m2 Flächengewicht und abströmseitig die Lage 3 mit cel­ lulosehaltigem Filterpapier mit ca. 50 bis 200 g/m2 Flä­ chengewicht hergestellt werden.
Als Ausgangsmaterial für das Meltblown-Vlies kommt bei­ spielsweise PP (Polypropylen), insbesondere für nichtag­ gressive Flüssigkeiten, oder PES (Polyethersulfon) in Fra­ ge.
Beim einem Ausführungsbeispiel eines Filterelements 4 nach Fig. 2 ist zwischen der anströmseitigen Lage 2 und der abströmseitigen Lage 3 eine dritte Lage 5 eines ka­ landrierten Meltblowns angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Fil­ terelements 6 ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei besteht das anströmseitige Filtermedium aus einer Lage 7 eines cellulosehaltigen Filterpapiers und eine Lage 8 des ab­ strömseitigen Filtermediums ebenfalls aus einem cellulo­ sehaltigen Filterpapier. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird somit durch eine entsprechend angepaßte Beimischung von Cellulosefasern in ein Papierfiltermedium jeweils ei­ ne entsprechende Filterwirkung der jeweiligen Lage, wie weiter unten beschrieben, erreicht.
Zur Weiterverarbeitung der anhand der Fig. 1 bis 3 be­ schriebenen Filterlagen der Filterelemente 1, 4 oder 6 werden die aneinandergefügten Lagen der Filtermedien ge­ mäß der Skizze nach Fig. 4 zur Bildung eines Filterele­ ments 9 sterngefaltet. Hierbei können die Lagen der Fil­ termedien vor oder während der Faltung ultraschallver­ schweißt, durch Klebung oder durch Flächenpressung wäh­ rend des Faltvorgangs, beispielsweise an einer Prägefalt­ maschine, aneinandergefügt werden.
Zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Filterwirkungen sind nach einem Diagramm gemäß Fig. 5 Kurven für den von der Partikelbelastung (g/m2) des Filterelements abhängigen Verlauf des Abscheidegrades (%) gezeigt. Die Kurve zeigt hier beispielsweise einen Verlauf 10 für die anströmsei­ tige Lage 2 (vgl. Fig. 1) aus einem Meltblown-Vlies, die Kurve 11 einen Verlauf für die abströmseitige Lage 3 (vgl. Fig. 1) aus einem cellulosehaltigem Papiermateri­ al. Die Kurve 12 zeigt die Kombinationswirkung aus den beiden Lagen 2 und 3 nach Fig. 1.
Es ist aus dem Diagramm nach der Fig. 5 erkennbar, daß bei Beginn der Partikelbelastung anströmseitig eine Lage 2 eines Filtermediums mit hoher Speicherkapazität und ge­ ringem Abscheidegrad für die auszufilternden Partikel hergestellt ist und abströmseitig sich eine Lage 3 eines Filtermediums mit geringer Speicherkapazität und hohem Abscheidegrad für die auszufilternden Partikel befindet.
Bezugszeichenliste
1
Filterelement
2
anströmseitige Lage
3
abströmseitige Lage
4
Filterelement
5
dritte Lage
6
Filterelement
7
anströmseitige Lage
8
abströmseitige Lage
9
sterngefaltetes Filterelement
10
Abscheidegrad der anströmseitigen Lage
11
Abscheidegrad der abströmseitigen Lage
12
Abscheidegrad der kombinierten Lagen

Claims (12)

1. Filterelement, bei dem in Durchströmungsrichtung meh­ rere Lagen (2, 3, 5; 7, 8) eines Filtermediums aneinanderge­ fügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - mindestens die reinseitige Lage (3; 8) aus einem über­ wiegend cellulosehaltigen Filterpapier besteht und alle Filterlagen (2, 3, 5; 7, 8) einen in Durchströmungsrichtung zunehmenden Abscheidegrad für die auszufilternden Parti­ kel bei in gleicher Durchströmungsrichtung abnehmender Speicherkapazität aufweisen.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die anströmseitige Lage (2) aus einem überwiegend cel­ lulosehaltigen Filterpapier mit einem Flächengewicht von 50 bis 200 g/m2 besteht und die reinseitige, abströmseiti­ ge Lage (3) aus einem überwiegend cellulosehaltigen Fil­ terpapier mit einem Flächengewicht von 50 bis 200 g/m2 besteht.
3. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die anströmseitige Lage (2) aus einem überwiegend cel­ lulosehaltigen Filterpapier mit einem Flächengewicht von 50 bis 200 g/m2 besteht und einen einseitigen Imprägnier­ auftrag auf der abströmseitig angeordneten Seite des Fil­ termediums aufweist und daß
  • - die reinseitige Lage (3) aus einem überwiegend cellulo­ sehaltigen und durchgehend imprägnierten Filterpapier mit einem Flächengewicht von 50 bis 200 g/m2 besteht.
4. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die anströmseitige Lage (2) aus einem Meltblown-Vlies mit ca. 15 bis 150 g/m2 Flächengewicht und die reinseiti­ ge Lage (3) aus einem überwiegend cellulosehaltigem Fil­ terpapier mit ca. 50 bis 200 g/m2 Flächengewicht besteht.
5. Filterelement, bei dem drei Lagen (2, 5, 3) eines Fil­ termediums aneinandergefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die abströmseitige Lage (3) aus einem überwiegend cel­ lulosehaltigen Filterpapier besteht und vorwiegend zur Stabilisierung des Filterelements heranziehbar ist und daß
  • - alle anderen Lagen (2, 5) Vliesmaterialien aus syntheti­ schen Fasern sind, wobei diese Filterlagen einen in Durchströmungsrichtung zunehmenden Abscheidegrad für die auszufilternden Partikel bei gleichzeitig abnehmender Speicherkapazität aufweisen.
6. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - zwischen dem anströmseitigen Filtermedium und dem ab­ strömseitigen Filtermedium eine dritte Lage (5) eines ka­ landrierten Meltblown-Vlieses mit einem Flächengewicht von 15 bis 150 g/m2 angeordnet ist.
7. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die aneinandergefügten Filtermedien zur Bildung des Filterelements (9) sterngefaltet sind.
8. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Lagen (2, 3, 5; 7, 8) der Filtermedien ultraschallver­ schweißt sind.
9. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß
  • - die Lagen (2, 3, 5; 7, 8) der Filtermedien durch Flächen­ pressung während eines Faltvorgangs aneinandergefügt sind.
10. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß
  • - die Lagen (2, 3, 5; 7, 8) der Filtermedien durch Klebung mit pulverförmigem Kleber oder mit einem Hotmelt- Imprägniermittel oder durch Flächenpressung während eines Faltvorgangs aneinandergefügt sind.
11. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - eine oder mehrere der cellulosehaltigen Filterlagen ei­ nen Anteil von bis zu 50% aus synthetischen Fasern, ins­ besondere Polyester oder Glasfasern, aufweist.
12. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Filterelement als Haupt- oder Nebenstromfilter in einem Öl- oder Kraftstoffiltersystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, angewendet wird.
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