DE19915447C2

DE19915447C2 - Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters sowie Aktivkohlefilter

Info

Publication number: DE19915447C2
Application number: DE1999115447
Authority: DE
Inventors: Michael Hager; Apostolos Katefidis
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG; Mann and Hummel Innenraumfilter GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: DE19915447C5; DE19915447A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters, bei dem Aktivkohlepartikel zu einem Filtermaterial verbunden werden, indem sie auf einen mit Klebstoff beschichteten gitterartigen Träger aufgebracht werden, sowie ein Aktivkohlefilter, insbesondere zur Verwendung in einem Automobil-Lüftungssystem, mit dadurch zu einem Filtermate rial verbundenen Aktivkohlepartikeln, daß sie auf einen gitterartigen Träger aufgeklebt sind.

Insbesondere in Automobilen werden in jüngster Zeit zunehmend Aktivkohlefilter eingesetzt. Sie dienen dazu, aus der zuströmenden oder auch umgewälzten Luft schädliche Stoffe an sich zu binden und auf diese Weise am Eindringen in den Innenraum des Fahrzeuges zu hindern oder aus der umgewälzten Luft zu entfernen. Diese Aktivkohlefilter müssen nach einiger Zeit regeneriert werden, wozu sie auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht werden müssen.

Ältere bekannte Aktivkohlefilter bestehen aus einer Schüttung von Aktivkohlepartikeln in einem entsprechenden Behältnis oder auch aus einem Verbundkörper, der die Aktivkohlepartikel in einer entsprechenden Bindemittelmat rix enthält. Die Herstellung dieser bekannten Aktivkohle filter ist verhältnismäßig kompliziert; die Aktivkohlefil ter selbst sind vergleichsweise teuer. Außerdem ist zuweilen der Durchströmungswiderstand der bekannten Aktivkohlefilter recht hoch.

Aus der DE 297 14 196 U1 sind ein Herstellungsverfahren und ein Aktivkohlefilter der eingangs genannten Art bekannt. Hier wird ein gitterartiger Träger, z. B. ein Fliegengitter, eingesetzt, der entweder selbst biege steif ist oder durch einen Rahmen biegesteif gemacht wird. Die Aktivkohlepartikel sollen die Maschen des Gitters offen lassen, um auf diese Weise den Druckabfall am Filter gering zu halten. Mehrere derartige beschich tete Träger werden hintereinander von dem zu reinigenden Gas durchströmt. Dieses Aktivkohlefilter benötigt jedoch verhältnismäßig viel Platz und ist in seinem mechanischen Aufbau verhältnismäßig aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches preiswert durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

a) der gitterartige Träger von den Stegen einer Streck metallbahn gebildet ist;
b) auf die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn Aktivkohlepartikel mit einer Körnungsgröße aufge bracht werden, bei welcher die Öffnungen der Streck metallbahn durch die Aktivkohlepartikel zugesetzt werden;
c) die so entstandene Filtermaterialbahn zum fertigen Filter konfektioniert wird.

Erfindungsgemäß werden also die Aktivkohlepartikel an eine Streckmetallbahn gebunden, die aufgrund ihrer ein Steggitter mit zwischenliegenden Öffnungen aufweisenden Struktur von Hause aus gut luftdurchlässig ist. An die Stege, die mit Klebstoff beschichtet sind (möglichst so, daß die Öffnungen innerhalb des Steggitters nicht durch Klebstoff verschlossen sind), werden die Aktivkohlepartikel angebunden. Sie haften dabei im wesentlichen ausschließlich an den Stegen selbst und ragen - ohne selbst in den Klebstoff vollständig eingebunden zu sein - in die Öffnun gen des Steggitters hinein bzw. setzen diese zu. Sie bleiben auf diese Weise im Bereich der Öffnungen des Steggitters gut durchströmbar. So entsteht ein flächiges Vorprodukt, das hier "Filtermaterialbahn" bezeichnet wird. Diese wird sodann zum eigentlichen Filter "konfektioniert". Hierunter wird das erforderliche Beschneiden der Filter materialbahn sowie anschließende Verformungsvorgänge, wie z. B. ein Biegen oder Falten, verstanden.

Vorteilhafterweise wird der Klebstoff in nicht bindefähigem Zustand auf das Streckmetallgitter aufgebracht und (erst) danach aktiviert. Der noch nicht bindefähige Klebstoff sammelt sich besser als ein bereits aktivierter Klebstoff aufgrund seiner Benetzungs- und Oberflächenspannungseigen schaften auf den Stegen des Streckmetallgitters, ohne die Öffnungen zu überspannen.

Besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich ein Klebstoff erwiesen, der eine wässrige Polymerdispersion auf Acrylatbasis ist. Dieser Klebstoff bleibt nach dem Aushärten dauerhaft elastisch, so daß der abschließende Konfektionierungsschritt bei der Herstellung des Aktivkohlefilters durchgeführt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Klebstoff und damit auch die Aktivkohlepartikel insbesondere im Bereich von engen Krümmungen oder Faltungen abplatzen.

Der Klebstoff auf Acrylatbasis sollte einen Feststoffan teil zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent, stärker bevor zugt zwischen 50 und 60 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt zwischen 52 und 53 Gewichtsprozent aufweisen.

Der pH-Wert des Klebstoffes sollte zwischen 7,0 und 10,0, vorzugsweise zwischen 8,0 und 9,0 liegen.

Zudem kann der Klebstoff bis zu 0,2 Gewichtsprozent Ammoniak, vorzugsweise bis zu 0,1 Gewichtsprozent Ammoniak, enthalten.

Ein Streckmetallgitter, das aus Stahl besteht, weist die erforderliche mechanische und chemische Stabilität auch bis zu höheren Temperaturen auf.

Zur Erhöhung der Kapazität des Aktivkohlefilters kann es sich empfehlen, nach dem Aufbringen der Aktivkohle partikel, welche die Öffnungen der Streckmetallbahn zusetzen, mindestens eine weitere Schicht aus Aktiv kohlepartikeln aufzubringen.

Da, wie oben erwähnt, die unmittelbar auf die Stege der Streckmetallbahn aufgebrachten Aktivkohlepartikel eine Größe besitzen müssen, bei welcher sie die Öffnungen der Streckmetallbahn zusetzen, können zwischen diesen Aktivkohlepartikeln verhältnismäßig große Zwischenräume verbleiben. Diese können dann besonders gut zugesetzt werden, wenn die Aktivkohlepartikel in der mindestens einen weiteren Schicht eine kleinere Körnungsgröße als diejenigen in der vorher aufgebrachten Schicht besitzen.

Es empfiehlt sich, zunächst eine Seite der Streckmetall bahn in der geschilderten Weise mit Aktivkohlepartikeln zu beschicken, die Streckmetallbahn sodann zu wenden und die andere Seite der Streckmetallbahn in entsprechen der Weise mit Aktivkohlepartikeln zu beschichten. Selbst verständlich ist es aber auch möglich, beide Seiten der Streckmetallbahn gleichzeitig zu beschichten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung im kontinuierlichen Durchlauf, was die Kosten besonders niedrig hält. Die Streckmetallbahn kann dabei von einer Vorratsrolle abgezogen und als durchgehen des Band durch die gesamte Beschichtungsanlage hindurch geführt werden. Alternativ ist es aber auch möglich, einzelne Zuschnitte der Streckmetallbahn auf einem geeig neten Fördersystem durch die Beschichtungsanlage hindurch zuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Aktivkohlefilter der eingangs genannten Art so auszuge stalten, daß es einerseits preiswert herzustellen ist und andererseits einen geringen Durchströmungswiderstand aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Aktivkohlefilter eine Filtermaterialbahn umfaßt, welche eine Streckmetallbahn als gitterartigen Träger enthält, auf welche Aktivkohlepartikel mit einer solchen Körnungsgröße aufgeklebt sind, daß die Öffnungen der Streck metallbahn durch die Aktivkohlepartikel zugesetzt sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Aktivkohlefilters ergeben sich sinngemäß aus den oben geschilderten Vor teilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dies gilt sinn gemäß auch für die in den Ansprüchen 16 und 17 angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Aktivkohlefilters.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen

Fig. 1: schematisch die Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Streckmetallbahn, die als Träger der Filterbahn dient und mit Aktivkohlepartikeln beschichtet wird;

Fig. 2: eine Draufsicht auf den Ausschnitt der Fig. 1 nach der Beschichtung mit Aktivkohlepartikeln;

Fig. 3: in stark verkleinertem Maßstab eine Draufsicht auf ein Plissee-Filter, welches aus der in Fig. 2 dargestellten Filtermaterialbahn gefaltet ist.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Filter wird von einer Streckmetallbahn 1 ausgegangen, wie sie aus schnittsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Sie besteht aus Stahl oder einem vergleichbaren elastischen, wärme festen und korrosionsbeständigen Material. Sie weist in bekannter Weise ein Gitter aus Stegen 2 auf, zwischen denen eine Vielzahl von Öffnungen 3 ausgebildet ist. Die Öffnungen 3 sind beim dargestellten Ausführungsbei spiel quadratisch und haben typischerweise eine Seiten länge von etwa 2 bis 8 mm. Noch günstiger ist eine Streck metallbahn mit rautenförmigen Öffnungen, die in einer Richtung verhältnismäßig schmal sind.

Die Streckmetallbahn 1 kann entweder eine durchgehende Bahn sein, die von einer Vorratsspule abgezogen wird; alternativ kann es sich um einzelne Zuschnitte einer bestimmten Länge handeln.

In jedem Falle wird die Streckmetallbahn 1 in einem kontinuierlichen Durchlaufverfahren den folgenden Be handlungsschritten unterzogen.

Zunächst wird mit geeigneten Behandlungsflüssigkeiten das Streckmetallgitter 1 entfettet, gereinigt und durch Vorbeiführen an einer geeigneten Heizeinrichtung vorgewärmt. In einer nachfolgenden Behandlungsstation wird ein Kleb stoff, dessen Beschaffenheit weiter unten näher erläutert wird, aufgetragen, was insbesondere zwischen zwei Walzen erfolgen kann. Der Klebstoff ist zunächst beim Aufbringen noch nicht bindefähig, weist jedoch eine solche Viskosität, Benetzungsfähigkeit und Oberflächenspannung auf, daß er im wesentlichen die Stege 2 der Streckmetallbahn 1 umgibt, die zwischen diesen liegenden Öffnungen 3 jedoch frei läßt.

Durch Zufuhr von Wärmeenergie wird der Klebstoff jetzt aktiviert. Hierzu kann beispielsweise erwärmte Umluft, UV-, IR-, Mikrowellen- oder Hochfrequenzstrahlung einge setzt werden. Auf die so aktivierte, die Stege 2 der Streckmetallbahn 1 umgebende Klebstoffschicht werden nunmehr Aktivkohlepartikel 4 (Fig. 2) aufgetragen. Hierzu wird die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn 1 durch eine Wirbelschicht gefahren; alternativ können die Aktivkohlepartikel 4 auch aufgestreut werden. Es erfolgt eine Verdichtung der aufgebrachten Aktivkohlepartikel 4 z. B. zwischen zwei Walzen.

Die Körnungsgröße der Aktivkohlepartikel 4, die bei die sem Vorgang auf die Streckmetallbahn 1 aufgebracht wer den, ist so, daß sie im wesentlichen die Öffnungen 3 der Streckmetallbahn 1 zusetzen können. Das Ergebnis der bisher geschilderten Behandlungsvorgänge ist das in Fig. 2 dargestellte Zwischenprodukt. In dieser Figur ist das Gitter aus Stegen 2 der Streckmetallbahn 1, da verdeckt, gestrichelt gezeichnet.

Verbleiben nach diesem ersten Auftragen von Aktivkohlepar tikeln 4 zwischen diesen noch größere Zwischenräume, so können in einem weiteren Schritt nunmehr Aktivkohlepartikel kleinerer Körnungsgröße aufgebracht werden, welche die Zwischenräume zwischen den zuerst aufgebrachten Aktivkohle partikeln 4 größerer Körnungsgröße ausfüllen. Auch nach Aufbringung dieser zweiten Körnungsgröße von Aktivkohle partikeln wird zwischen zwei Walzen verdichtet.

Damit ist die Beschichtung des Streckmetallgittes 1 auf einer Seite abgeschlossen. Die Streckmetallbahn 1 wird nunmehr gewendet; lose anhaftendes Material wird durch Abbürsten oder Absaugen entfernt.

Es schließt sich nunmehr auf der gegenüberliegenden Seite der Streckmetallbahn 1 dasselbe Beschichtungsver fahren an, welches oben schon beschrieben wurde: Zunächst wird der Klebstoff durch Erwärmen aktiviert, Aktivkohle partikel 4 größerer Körnung werden aufgebracht und verdich tet und sodann ggf. Aktivkohlepartikel 4 kleinerer Körnungs größe zur Schließung von Lücken aufgetragen und ebenfalls verdichtet. Nach einem erneuten Wenden der nunmehr beid seitig beschichteten Filtermaterialbahn 1 werden wiederum lose Aktivkohlepartikel 4 abgebürstet oder abgesaugt.

In vielen Fällen werden gegenüberliegende Randbereiche der Streckmetallbahn-Zuschnitte bzw. bei einem durchgehenden Streckmetallband bestimmte Zwischenbereiche unbeschichtet belassen. Diese frei von Aktivkohlepartikeln 4 verblei benden Bereiche dienen zur elektrischen Kontaktierung des fertiggestellten Filters, um hier bespielsweise einen zur Regenerierung eingesetzten Heizstrom einleiten zu können.

Der Klebstoff, welcher zur Beschichtung der Streckmetall bahn 1 eingesetzt wird, muß eine Vielzahl von Bedingungen erfüllen: Zum einen muß er vor seiner Aktivierung die gewünschte Eigenschaft haben, die Stege 2 der Streckme tallbahn 1 zu umschließen, ohne einerseits von diesen abzutropfen oder andererseits die zwischen den Stegen 2 liegenden Öffnungen 3 zu verschließen. Hierzu sind eine bestimmte Viskosität und Oberflächenspannung sowie bestimmte Benetzungseigenschaften des Klebstoffes erfor derlich. Darüber hinaus muß der Klebstoff nach dem Abbdin den dauerhaft elastisch bleiben, um die fertiggestellte, auf beiden Seiten beschichtete Filtermaterialbahn 10 zum fertigen Filter konditionieren, also beispielsweise Biegen oder Falten zu können. Wäre bei diesem Vorgang der Kleb stoff brüchig, würden die Aktivkohlepartikel von den Stegen 2 der Streckmetallbahn 1 wieder abplatzen. Schließ lich muß der verwendete Klebstoff bis zu etwa 160°C temperaturbeständig sein, da diese Temperatur im Betrieb des Filters zur thermischen Regeneration erreicht werden muß.

All diese Anforderungen erfüllt in idealer Weise ein Klebstoff, der eine wässrige Polymerdispersion auf Acry latbasis ist. Der Feststoffanteil des bevorzugten Kleb stoffes liegt bei 52 bis 53%, der pH-Wert zwischen 8,0 und 9,0.

Das Endprodukt des oben beschriebenen Beschichtungsver fahrens ist zunächst eine Filtermaterialbahn 10, die auf beiden Seiten mit Aktivkohlepartikeln 4 versehen ist. Wie bereits erwähnt, wird das eigentliche Filter aus dieser Filtermaterialbahn durch "Konfektionieren" herge stellt. Bei diesem Konfektioniervorgang erfolgt insbe sondere die Beschneidung auf die erforderliche Größe und Form, das Biegen in die gewünschte Gestalt und in häufigen Fällen auch ein Falten. Ein Beispiel für ein fertig konfektioniertes Filter, wie es aus der erfindungsge mäßen Filtermaterialbahn 10 hergestellt werden kann, ist in Fig. 3 in Draufsicht gezeigt: Dort ist die Filter materialbahn 10 plisseeartig gefaltet. Dieses Filter wird als Einsatz in ein geeignetes Filtergehäuse eingebracht und beispielsweise im Innenraum axial abgesaugt und radial von außen angeströmt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters, bei dem Aktivkohlepartikel zu einem Filtermaterial verbunden werden, indem sie auf einen mit Klebstoff beschichteten gitterartigen Träger aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der gitterartige Träger von den Stegen (2) einer Streckmetallbahn (1) gebildet ist;
b) auf die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn (1) Aktivkohlepartikel (4) mit einer Körnungsgröße aufgebracht werden, bei welcher die Öffnungen (3) der Streckmetallbahn (1) durch die Aktivkohlepartikel (4) zugesetzt werden;
c) die so entstandene Filtermaterialbahn (10) zum fer tigen Filter konfektioniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff in nicht bindefähigem Zustand auf die Streckmetallbahn (1) aufgebracht und danach aktiviert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Klebstoff eine wässrige Polymer dispersion auf Acrylatbasis ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff einen Feststoffanteil zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff einen Feststoffanteil zwischen 50 und 60 Gewichtsprozent aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff einen Feststoffanteil zwischen 52 und 53% aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff einen pH-Wert zwischen 7,0 und 10,0 aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff einen pH-Wert zwischen 8,0 und 9,0 aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff bis zu 0,2 Gewichts prozent Ammoniak enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff bis zu 0,1 Gewichtsprozent Ammoniak enthält.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckmetallbahn (1) aus Stahl besteht.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Aktivkohlepartikel (4), welche die Öffnungen (2) der Streckmetallbahn (1) zusetzen, mindestens eine weitere Schicht aus Aktivkohlepartikeln (4) aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohlepartikel (4) in der mindestens einen weiteren Schicht eine kleinere Körnungsgröße als diejenigen in der vorher aufgebrachten Schicht besitzen.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Seite der Streckmetallbahn (1) in der geschilderten Weise mit Aktivkohlepartikeln (4) beschichtet wird, die Streck metallbahn (1) sodann gewendet und die andere Seite der Streckmetallbahn (1) in entsprechender Weise mit Aktivkohlepartikeln (4) beschichtet wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im kontinuierlichen Durchlauf durchgeführt wird.

16. Aktivkohlefilter, insbesondere zur Verwendung in Automobil-Lüftungssystemen, mit dadurch zu einem Filtermaterial verbundenen Aktivkohlepartikeln, daß sie auf einen gitterartigen Träger aufgeklebt sind dadurch gekennzeichnet, daß es eine Filtermaterialbahn (10) umfaßt, welche eine Streckmetallbahn (1) als gitterartigen Träger enthält, auf welche Aktivkohlepartikel (4) mit einer solchen Körnungsgröße aufgeklebt sind, daß die Öffnungen (3) der Streckmetallbahn (1) durch die Aktivkohlepartikel (4) zugesetzt sind.

17. Aktivkohlefilter nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß der Klebstoff ein Acrylatpolymer ist.