DE202017105472U1 - Synthetischer Farbnebelabschneider - Google Patents

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Abstract

Filterelement zur Verwendung als Farbnebelabscheider aus synthetischen Fasern, wobei die synthetischen Fasern innerhalb des Filterelements progressiv angeordnet sind.

Description

  • In Lackierkabinen und Durchlauflackieranlagen und -systemen werden Grundierungen, Lacke und andere Polymersysteme als Beschichtung durch Überdrucksysteme mittels Sprühdüsen und ähnlichem aufgebracht. Die Partikel, die nicht auf dem zu lackierenden Gegenstand auftreffen und vom Luftstrom in der Lackierkabine weitergetragen werden, müssen aus dem Luftstrom der Lackieranlage entfernt werden bevor die Luft im Umluftsystem zurückgeführt oder als Abluft aus dem System herausgeführt wird. Diese nicht applizierten Partikel-, Beschichtungs- und/oder Lackanteile werden auch als Overspray bezeichnet.
  • Nach aktuellem Stand der Technik werden Filtermatten aus Glasfilamenten eingesetzt. Diese bestehen aus einem sehr offenen Vlies mit geringer Dichte von Endlosglasfaserfilamenten. Diese Filtermatten können Farbnebelstäube von feinteiligen Lacksystemen nicht oder nur unzureichend aufnehmen und speichern, da die Struktur der Filtermatte zu grob ist. Der Overspray passiert die Filtermatte nahezu ungefiltert. Aus diesem Grund sind die Filtermatten für einen Großteil der eingesetzten Lacksysteme wirkungslos. Daraus resultiert eine äußerst unzureichende Abscheidung des Oversprays und eine Kontamination der Lackieranlage sowie der Umwelt. Überdies ist die Verarbeitung und/oder der Zuschnitt der Glasfiltermatten nur mit Schutzausrüstung möglich, da die aus dem Zuschnitt resultierenden abgebrochenen Fasern hautirritierend sind und auch lungengängig sein können. Zusätzlich ist die Qualität des Farbergebnisses bzw. Lackergebnisses abhängig von den die Filtermatte passierenden Partikeln und die daraus resultierende Beeinflussung Luftstromes.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Filterelement zur Verfügung zu stellen, welches das Overspray wirkungsvoll zurückbehält und ein optimales Farb- bzw. Lackierergebnis ermöglicht. Des Weiteren soll die vorliegende Erfindung die persönliche Schutzausrüstung des Verarbeiters beispielsweise beim Zuschnitt und der Handhabung der Filter, minimieren.
  • Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Filter mit seinem textilen Aufbau gelöst.
  • Der Filter umfasst ein System von mindestens zwei unterschiedlichen texturierten Fasern und thermoplastischen, die als Volumenfasern und Bindefasern bezeichnet werden. Diese beiden Fasertypen erfüllen unterschiedliche Hauptaufgaben. Beide Fasern erzeugen eine dreidimensionale Matrix. Die Volumenfaser dient jedoch hauptsächlich der Ausbildung der dreidimensionalen Matrix, wobei die Verfestigung nur mechanisch erfolgt. Die Bindefaser ist hauptsächlich für die Verklebung und/oder Verschmelzung der Matrix verantwortlich. Die dreidimensionale Struktur wird bei der Bindefaser nur in zweiter Linie erzeugt.
  • Die texturierten Fasern sind synthetische Fasern auf Basis von thermoplastischen Polyestern, Bikomponenten-Fasern (BiCo-Fasern) und/oder polyolefine Fasersysteme. Mithilfe der BiCo“-Technologie können die einzelnen Fasern bei Mantel und Kern differenziert werden und somit unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die synthetischen Fasern können alle bauschfähigen und texturierbaren Fasernsein. Fasern die diese Eigenschaft nicht besitzen sind für die Anwendung nicht geeignet. Die synthetischen Fasern können jede im Stand der Technik bekannte Faser auf Basis von textureierten thermoplastischen Polyestern und/oder BiCo Fasern auf Basis von mindestens einem Teil Polyester sein. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der synthetischen Faser um Polyester, sowie um eine BiCo Faser mit zwei Polyester-Komponenten (PES Komponenten) unterschiedlichen Schmelzpunktes.
  • Die texturierten thermoplastischen Polyester, die eine Basis der Volumenfaser bilden, weisen in einer Ausführungsform einen definierten Schmelzpunkt, Feinheit und/oder Länge auf. Der Schmelzpunkt der thermoplastischen Polyester liegt im Bereich von 180°C und 260° C. Die Feinheit der verwendeten Polyester liegt im Bereich von 3 Dezitex (dtex) bis 60 dtex. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Feinheit bei 5 dtex bis 40 dtex, besonders bevorzugt bei 3 dtex bis 30 dtex. Die Stapellänge / Länge der verwendeten Polyester liegt im Bereich von 20 bis 90 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Länge 30 mm bis 80 mm, besonders bevorzugt bei 30 mm bis 70mm.
  • Die texturierten thermoplastischen BiCo Polyester, auch Bindefasern genannt, die andere Basis der Fasern bilden, weisen in einer Ausführungsform einen definierten Schmelzpunkt, eine Feinheit und/oder eine Länge auf. Der Schmelzpunkt der thermoplastischen BiCo Polyester-Fasern liegt im Bereich von 60°C und 180°C. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Schmelzpunkt bei 75°C bis 150°C besonders bevorzugt bei 90°C bis 130°C. Die Feinheit der verwendeten Polyester liegt im Bereich von 3 dtex bis 60 dtex. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Feinheit bei 5 dtex bis 40 dtex, besonders bevorzugt bei 3 dtex bis 30 dtex. Die Stapellänge und/oder Länge der verwendeten Polyester liegt im Bereich von 20 mm bis 90 mm In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Länge 30 mm bis 80 mm, besonders bevorzugt bei 30 mm bis 70mm.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die texturierten thermoplastischen Polyester einen definierten Schmelzpunkt von 220° bis 240°C und die texturierten BiCo Polyester-Fasern einen definierten Schmelzpunkt von 90 bis 130°C, eine Feinheit von 3 dtex bis 30 detx und eine Stapellänge / Länge von 30 mm bis 70 mm auf.
  • In einer Ausführungsform sind die Fasern des Filters in einer dreidimensionalen Matrix angeordnet. Diese dreidimensionale Matrix, auch High Loft Nonwoven genannt, ist über die gesamte Dicke des Farbnebelabscheiders kontinuierlich veränderlich in der Dichte aufgebaut, wodurch diese der Partikelgröße des Overspray im Luftstrom angepasst ist.
  • In der dreidimensionalen Matrix sind die synthetischen Fasern in einem ungeordneten Faserverbund angeordnet, in welchem die Fasern zonenweise parallel zueinander, verzweigt und/oder quer zueinander angeordnet sein können. Die Fasern können auch miteinander verschlungen sein, wobei der Grad der Verschlingung unterschiedlich stark ausgebildet sein kann. In einer Ausführungsform wird der ungeordnete Faserverbund mittels eines Vliesbildungsverfahren gebildet. Die Faservliese werden von Karden oder Krempeln abgenommenen Floren, die zu Vliesen übereinandergelegt werden gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bildung der ungeordneten Fasern im Kardierverfahren. Diese Vliesschicht bildet eine erste Schicht des Filters. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fasern nach dem Kardierverfahren in einem anschließenden Kreuzlegeprozess in Schichten übereinander kreuzweise angeordnet. Hierbei entsteht eine weitere Schicht des Filters mit einer veränderten Porosität. Die Verdichtung und Verfestigung der Fasern erfolgt mittels Vernadelung. Hierbei werden die Fasern durch mechanische Einwirkungen miteinander verschlungen und miteinander verhakt, sodass eine Verfestigung der Faserschicht des Filters erfolgt. Diese Schicht des Filters ermöglicht durch die Verbindung der Fasern eine weitere Ablenkung des Luft-, Farb- und/oder Lackstroms. Aufgrund der verschieden aufgebauten Schichten aus den synthetischen Fasern innerhalb des Filters weist der Filter in seiner Dicke, abhängig von den Schichten, eine sich verändernde Dichte auf. Diese führt zu einer Verminderung des Oversprays.
  • Diese Faserschichten, die kardiert, kreuzgelegt und vernadelt wurden, weisen eine höhere Beständigkeit und Formstabilität auf, als durch beispielsweise Laminierung oder andere Fügeprozesse hergestellte Fasersysteme oder durch diese Herstellungsart imitierte.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Filter einen progressiven Aufbau. Dieser Aufbau wird auch als gradient bezeichnet, d.h. die Fasern im Filter sind in unterschiedlich dichten Schichten angeordnet. Die Dichte nimmt dabei in Durchströmrichtung, vorzugsweise gleichmäßig, zu. Die Zunahme der Dichte und entsprechende Abnahme der Porosität wird durch die zunehmend mechanisch vernetzte Struktur der Fasern im Filter erreicht, welche vorzugsweise durch eine ungeordnete im Kreuzlegeprozess erfolgte Faserlegung erfolgt. Die Aufgabe des Filters ist die Umlenkung der Luft und der Farbe innerhalb der Faserschichten, wobei mögliche Schmutzteilchen durch die immer kleiner werdenden Poren zurückgehalten werden und an diesen haften bleiben, um ein optimales Lackier- und/oder Farbergebnis zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher die Dichte der Fasermatrix auf der Anströmseite niedriger als auf der Abluftseite. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform steigt die Dichte von der Anströmseite in Durchströmrichtung zur Abluftseite an.
  • Die Dicke der einzelnen Schichten, die Kreuzlegung der Fasern und/oder die Vernetzung, d.h. die verschiedenen Abscheidestufen, sind abhängig von den verwendeten Farb- und/oder Lacksorten sowie vom Luftstrom. Je nach Anforderung können unterschiedliche Dicken der Filter, der einzelnen Schichten der vorgesehen sein, um gröbere oder kleinere Filtereinheiten entstehen zu lassen. Hierdurch kann der Filter beispielsweise an dicke oder feuchte Lacke angepasst werden. Bei relativ dicken Lacksorten ist der Overspray sehr trocken, wodurch keine Öffnungen oder Poren verschlossen werden, bei feuchten Lacken hingegen empfiehlt sich zumeist Einsatz einer möglichst engmaschigen Filtereinheit.
  • Durch die Auswahl der verwendeten Faserquerschnitte und die Dichte der Matrix wird die Abscheideleistung des Farbnebelabscheiders definiert und sichergestellt. Die Abscheideleistung liegt dabei im Bereich von 70% bis 100 %, vorzugsweise bei 80 % bis 100%, besonders bevorzugt bei 95% bis 100%.
  • Die synthetischen Fasern auf Basis von thermoplastischen Polyestern sorgen für eine Verformungsbeständigkeit und Dimensionsstabilität im Rahmen der maximalen Staubspeicherkapazität. Hierdurch ist der Filter in der Lage Farbnebel, Farbnebelstaub sowie Overspray und andere Partikel bis zum Erreichen der durch den maximalen Druckabfall definierten Standzeit aufzunehmen. Der maximale Druckabfall und die damit erreichbare Standzeit wird durch den Hersteller der Lackierkabine und die Leistungsfähigkeit der Lüftungsaggregate definiert. Vorzugsweise behindert die Ausführungsform der Erfindung den Luftwiderstand und/oder Druckabfall nur wenig um gegen Ende der Standzeit bis zum definierten Druckabfall anzusteigen.
  • In einer Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung zusätzlich eine überproportional stärker verdichtete Faserschicht auf. Diese verdichtete Faserschicht, die auch Deckel, Faserdeckel oder Abschlussschicht genannt werden kann, ist auf der Reinluftseite des Systems angeordnet. Der Deckel wird aus dem Faserverbund in einem Stück herausgearbeitet, wodurch er eine erhöhte Festigkeit und Stabilität im Vergleich zu den anderen Faserschichten des Filters aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Filter eine Färbung auf der Abluftseite und/oder der Reinluftseite auf. Diese Färbung ermöglicht die einfache und korrekte Installation des Filters in Bezug auf die Filtrationsleistung. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Färbung der Fasern auf der Anströmseite der Durchströmrichtung folgend.
  • Die Verwendung des Filterelements hat eine erhöht die Wirksamkeit und/oder Filtrationsleistung im Vergleich zum Stand der Technik, wodurch auf aufwändige Nachfilterung der Abluft nach Passieren verzichtet werden kann. Das Filtrationselement weist in einer Ausführungsform weniger als 5 mg/m3 Partikel im Abgasstrom auf, vorzugsweise weniger als 3 mg/m3, besonders bevorzugt weniger als 2 mg/m3 auf.
  • Diese und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung und den Beispielen offenbart und sind durch diese umfasst. Weitere Literatur über eine bekannte der Materialien, Verfahren und Anwendungen die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können aus öffentlichen Bibliotheken und Datenbanken, beispielsweise unter Verwendung elektronischer Geräte aufgerufen werden. Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Figuren erhalten werden, die zum Zweck der Illustration bereitgestellt wurden und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
  • 1 Progressiver/ gradienter Aufbau des Filterelements. Dargestellt sind drei aufeinander gelegte Filterelemente, um die progressive Anordnung der Fasern in dem Filterelement zu verdeutlichen. Wie der 1 zu entnehmen ist, nimmt die Faserdichte in den einzelnen Filterelementen von der Anströmseite (dunkelgrau; links) zur Abluftseite (rechts) zu.
  • 2 Dargestellt ist ein Filterelement mit aufgenommenen Overspray und/oder weiteren Schutzpartikeln. Wie der 2 zu entnehmen ist weist das Filterelement eine in Durchströmrichtung gesteigerte Filterleistung auf. Das Filterelement füllt sich füllt sich von unten nach oben mit Overspray und/oder anderen Schutzteilchen, wobei die untere verdichtete Schicht (Deckel) als Sicherheitszone gegen das Durchströmen agiert. Es bildet sich eine Art Filterkuchen, d.h. eine Aufeinanderlagerung von Partikeln. Das Ende der Standzeit beschreibt den maximalen Filterkuchen den das Produkt „halten“ kann. Das hier dargestellte Filterelement ist noch lange nicht am Ende seiner Standzeit angekommen, dass durch eine Schwarzfärbung ersichtlich wäre.
  • 3 Vergleich zwischen Glasfilamentmatte (links) und Filterelement (rechts). Bei der Figur ist ersichtlich, dass die Glasfilamentmatte eine deutlich höhere Porosität aufweist als das erfindungsgemäße Filterelement. Bei dem parallelen Test der beiden Elemente wird durch die Färbung (schwarz) deutlich, dass die dichtere Struktur des erfindungsgemäßen Filterelements eine höhere Aufnahme von Overspraypartikeln und/oder Schmutzpartikel aufweist als die offenen Glasfilamentmatte, bei welcher nur wenig Rückhaltung des Overspray zu sehen ist.
  • 4 Vergleich zwischen Glasfilamentmatte (links) und Filterelement (rechts) – Seitenansicht. Das erfindungsgemäße Filterelement (rechts) zeigte eine Aufnahme des Oversprays und/oder anderer Schutzteilchen, während die Glasfaser die Partikel ungehindert passieren ließ. Die Partikel wurden im Versuch erst durch ein unterlegte erfindungsgemäßes Element aufgefangen. Des Weiteren wies die Glasfilamentmatte sichtbare Faserbruchstücke in Form von Glasfaser auf, die mit entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen und Hautreizungen verbunden sind.
  • Beispiele
  • Beispiel: Wirksamkeitsuntersuchung
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Praxisbedingungen getestet. Bei der Untersuchung wurden die Abgasströme in einer Lackieranlage mittels Flammenionisationsdetektor (FID) untersucht und die darin enthaltenen Partikel gemessen. Wie aus der Tab. 1 zu entnehmen ist, wies das erfindungsgemäße Filterelement im Vergleich zum Grenzwert, welcher bei 10 mg/m3 (Großbritannien) liegt, ca. 75 % weniger Partikel auf. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Testanlage bis zu diesem Zeitpunkt mit Glasfiltern verwendet wurde. Eine grundlegende Verschmutzung der Anlage aufgrund von Altlasten ist in Betracht zu ziehen, wodurch die Partikelmasse im Abstrom deutlich geringer geschätzt wird. Tab. 1 Überwachungsergebnisse der FID-Messung
    Konzentration
    Parameter Einheit Ergebnis Abweichung Grenzwert
    Gesamte Partikelmasse* mg/m3 2,6 0,45 10
    Wasserdampf % v/v 0,95 0,06
    Abgastemperatur °C 33,4
    Strömungsgeschwindigkeit m/s 16,6 0,30
    Volumenstrom (tatsächlich) m3/Std. 21070 1025
    Volumenstrom (Referenz)* m3/Std. 190001 924
    *Referenzkonditionen (Referenz): 273 K, 101.3 kPa, ohne Korrektur des Wasserdampfgehalts Tab. 2 Massenemissionswerte
    Massenemissionswerte
    Einheit Ergebnis Abweichung Grenzwert
    g/Std. 50,1 8,9 -

Claims (10)

  1. Filterelement zur Verwendung als Farbnebelabscheider aus synthetischen Fasern, wobei die synthetischen Fasern innerhalb des Filterelements progressiv angeordnet sind.
  2. Filterelement nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei unterschiedliche Fasertypen, vorzugsweise texturierte und thermoplastische Fasern, umfasst sind.
  3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die texturierten synthetischen Fasern des Filterelements als Basis thermoplastische Polyester Bikomponenten-Fasern (BiCo-Fasern) und/oder polyolefine Fasersysteme aufweisen.
  4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die synthetischen Fasern in einer dreidimensionalen Matrix innerhalb des Filterelements angeordnet sind.
  5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dichte der Fasermatrix auf der Anströmseite niedriger als auf der Abluftseite, vorzugsweise wobei die Dichte von der Anströmseite in Durchströmrichtung zur Abluftseite ansteigt.
  6. Filterelement nach einem der Anspruche 1 bis 5, wobei die texturierten thermoplastischen Polyester einen definierten Schmelzpunkt, Feinheit und/oder Länge aufweisen, wobei i) der Schmelzpunkt im Bereich von 180°C und 260° C; ii) die Feinheit im Bereich von 3 Dezitex (dtex) bis 60 dtex, vorzugsweise bei 5 dtex bis 40 dtex, besonders bevorzugt bei 3 dtex bis 30 dtex; und iii) die Länge im Bereich von 20 bis 90 mm, vorzugsweise bei 30 mm bis 80 mm, besonders bevorzugt bei 30mm bis 70mm, liegt;
  7. Filterelement nach einem der Anspruche 1 bis 6, wobei die texturierten thermoplastischen BiCo-Fasern einen definierten Schmelzpunkt, eine Feinheit und/oder eine Länge aufweisen, wobei i) der Schmelzpunkt im Bereich von 60°C bis 180°C, vorzugsweise bei 75°C bis 150°C, besonders bevorzugt bei 90°C bis 130°C; ii) die Feinheit im Bereich von 3 dtex bis 60 dtex, vorzugsweise bei 5 dtex bis 40 dtex, besonders bevorzugt bei 3 dtex bis 30 dtex; und iii) die Länge im Bereich von 20 mm bis 90 mm, vorzugsweise 30 mm bis 80 mm, besonders bevorzugt bei 30 mm bis 70mm, liegt.
  8. Filterelement nach einem der Anspruche 1 bis 7, wobei das Filterelement eine überproportional verdichtete Abschlussschicht aufweist, vorzugsweise wobei die Abschlussschicht an der Reinluftseite angeordnet ist.
  9. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die synthetischen Fasern zum Filterelement kardiert, kreuzgelegt und vernadelt sind.
  10. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fasern des Filterelements teilweise eingefärbt sind, vorzugsweise wobei die Fasern des Filterelements an der Anströmseite gefärbt sind.
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