DE2600938A1

DE2600938A1 - Filtermittel, verfahren zu seiner herstellung und damit versehenes filterelement

Info

Publication number: DE2600938A1
Application number: DE19762600938
Authority: DE
Inventors: George H Bishop
Original assignee: American Air Filter Co Inc
Current assignee: American Air Filter Co Inc
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-01-13
Publication date: 1977-01-13
Also published as: JPS525056A; ES443962A1; AU497285B2; AU8796675A; ES224338Y; FR2315305A1; GB1554935A; NL7600145A; SE7600776L; ZA757447B; ES224338U; ES453144A1

Description

PAl ENTANWALT E A. GRUNECKER

H. KINKELDEY

DR-ING

2600938 W. STOCKMAIR

OR-ING. · H

K. SCHUMANN

DR RER No₁T. · OPL-PHYS.

P. H. JAKOB

CHPL-ING

G. BEZOLD

DR RERNAT-

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. BER OEC ING

LINDAU

S MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

13- Januar 1976 P 9891

AMERICAN AIR FILTER COMPANY, INC.

215 Central Avenue, Louisville, Kentucky 4-0201, USA

Filtermittel, Verfahren zu seiner Herstellung und damit versehenes Filterelement

Die Erfindung betrifft allgemein Filterappaiate mit zusätzlichen Stützeinrichtungen an der oder den Seitenflächen eines Filterelementes. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Filtermittel aus einer expandierten bzw. porigen_ Fasermatte mit einer Lage aus porösem Material, die auf eine Oberfläche des Filtermittels geklebt ist und zur Abstützung des Filtermittels dient. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Filtermittel sowie ein Filterelement mit einem solchen Filtermittel.

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TELEFON (089)22 28 82 TELEX O5-2S38O TELEQRAMME MONAPAT

Expandierte bzw. porige Filtermittel aus Fasermatten sind bekannt und kommen in der Regel bei Filterelementen bzw. Filtereinheiten zur Anwendung.

Ein -bekanntes Filterelement umfaßt einen Durchfluß- bzw. Hohlrahmen, ein FiltermittelHatt aus einer expandierten bzw. porigen Fasermatte, das in der öffnung des Hohlrahmens angeordnet ist und am Hohlrahmen befestigt ist, sowie durchlässige Stützgitter, die über der Zuströmfläche und der Abströmfläche des Filtermittelblattes angeordnet und am Hohlrahmen befestigt sind und dazu dienen, das Filterblatt gegen die Kräfte der Strömung des zu filtrierenden Fluids abzustützen.

In der Regel bestehen die Stützgitter aus bei der Flaschenverschlußherstellung anfallendem Abfall. Solche Stützgitter haben in der Regel eine freie Fläche von 90%. Ferner sind Stützgitter bekannt, die aus gestrecktem Metall hergestellt sind. Sowohl die Abfälle der Flaschenverschlußherstellung als auch gestrecktes Metall werden zunehmend teurer, und diese Materialien stehen nicht in ausreichender Menge zur Verfügung.

Filterelemente sind in der Regel nur zu einmaligem Gebrauch bestimmt. Daher muß ihre Herstellung billig sein, damit sie für einen relativ niedrigen Preis verkauft werden können.

Für Filterelemente wird daher eine billige Alternative zu Stützgittern aus Flaschenverschlußherstellungsabfällen oder gestrecktem Metall gesucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein billig herstellbares Filterelement bzw. Filtermittelblatt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filtermittelblattes zu schaffen.

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Dabei soll die Herstellung- des Filtermittelblattes möglichst einfach und wirtschaftlich erfolgen können.

Das erfindungsgemäße Filtermittelblatt zeichnet sich aus durch eine porige bzw. expandierte Glasfasermatte und eine Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies, die auf zumindest einer Oberfläche der porigen Glasfasermatte angeordnet und mit dieser verklebt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Filtermittelblattes zeichnet sich dadurch aus, daß eine Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies auf eine Oberfläche einer noch nicht wärmebehandelten, porigen Fasermatte aufgebracht wird, wobei diese Oberfläche dann eine Oberfläche des Filtermittelblattes bildet, und daß die porige Fasermatte mit dem darauf befindlichen Faservlies einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, durch die das dann gehärtete bzw. vernetzte Bindemittel, das Bestandteil der Fasermatte ist, das Faservlies mit der Matte verbindet bzw. verklebt.

Die Erfindung betrifft somit ein Filtermittelblatt, das aus einer expandierten bzw. porigen Filtermatte aus Glasfasern sowie aus einer Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies gebildet wird, das mittels des nicht gehärteten bzw. vernetzten Bindemittels der porigen Glasfasermatte dann mit einer Oberfläche der Filtermatte verklebt bzw. verbunden wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Filterelement mit dem beschriebenen Filtermittel sowie ein Verfahren zur Herstellung des Filtermittels.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In sämtlichen Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende

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Teile benutzt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine herkömmliche Anlage

zur Herstellung einer dichten Fasermatte auf einer drehbaren Trommel;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung 2- 2 gemäß

Fig. 1;

Fig. 3 schematisch das Recken der dichten

Fasermatte zur Erzeugung einer expandierten bzw. porigen Fasermatte ;

Fig. 4 schematisch die Schritte des erfindungs

gemäßen Verfahrens;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines

erfindungsgemäßen Filtermittelblattes;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht von der

Zuströmseite eines erfindungsgemäßen Filterelementes;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, die die

. Abströmseite des Filterelementes gemäß Fig. 6 zeigt;
und

Fig. 8 einen Querschnitt gemäß 8-8 in Fig.

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Ein Beispiel für eine herkömmliche Anlage zur Herstellung einer dichten Fasermatte ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Diese Anlage umfaßt einen Faserziehkopf 10, der über dem und im wesentlichen parallel zum ablaufenden Rand einer drehbaren Trommel 12 in deren Axialrichtung verfahren werden kann. Der Antrieb für die Trommel ist nicht dargestellt. Aus nicht dargestellten öffnungen im Boden des Faserziehkopfes 10 treten Fäden 14 aus bestimmtem Material, beispielsweise aus geschmolzenem Glas, aus, die dann von der sich drehenden Trommel 12 ausgezogen und aufgenommen werden. Die öffnungen im Boden des Faserziehkopfes 10 können in jeder beliebigen Geometrie, beispielsweise in in Längsrichtung verlaufenden Reihen, so angeordnet sein, daß die Fäden in bestimmtem Muster auf die Trommel gelangen. Der Durchmesser der von der Trommel 12 aus dem Faserziehkopf 10 gezogenen Fäden 14 hängt von der Drehgeschwindigkeit der Trommel 12 sowie dem Durchmesser und der Temperatur der Öffnungen ab.

Oberhalb des ablaufenden Randes der Trommel 12 befinden sich Schienen 16, auf denen der Faserziehkopf 10 abwechselnd vor- und zurückgefahren wird. Der Faserziehkopf 10 ist mit einer Endloskette 18 verbunden, die von einem Kettenrad 20 angetrieben wird, das von einer Antriebseinrichtung 22 angetrieben wird, deren Drehzahl veränderlich ist. Außerdem läuft die Endloskette 18 um ein Umlenkrad 24. Die Kettenräder 20 und 24 sind in bestimmtem Abstand voneinander angeordnet und befinden sich vorzugsweise über den entgegengesetzten Enden der Trommel 12. Die Endloskette

ist mit dem Faserziehkopf 10 über einen Stift 26 verbunden, der in einem senkrecht verlaufenden Schlitz 28 eines Armes 30 sitzt, der am Faserziehkopf 10 angebracht ist. Der Stift 26 kann sich in senkrechter Richtung frei im Schlitz 28 bewegen, wogegen der Faserziehkopf 10 von der umlaufenden Kette 18 im wesentlichen waagerecht auf den Schienen 16

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-β-

verfahren wird.

Während der Faserziehkopf 10 über dem ablaufenden Rand der Trommel 12 im Betrieb vor- und zurückgefahren wird, bewegt sich der Stift 26 zwischen den Kettenrädern 20 und 24 zusammen mit der Kette 18 in waagerechter Richtung und treibt dadurch den Faserziehkopf 10 entsprechend an. Am Ende eines Durchlaufs des Faserziehkopfes erreicht der Stift 26 eines der Kettenräder, beispielsweise das Kettenrad 20. Während er um das Kettenrad läuft, wird er im Schlitz 28 im wesentlichen in senkrechter Richtung verschoben, so daß nur eine verhältnismäßig geringe waagerechte Verschiebung des Faserziehkopfes 10 erfolgt, während der Stift 26 um das Kettenrad 20 läuft. Wenn dann der Stift 26 das Kettenrad 20 verläßt, wird der Faserziehkopf 10 mit gleicher .Horizontalgeschwindigkeit wie die Kette 18 angetrieben, wobei er jetzt jedoch in entgegengesetzter Richtung zu der Fahrtrichtung fährt, die er hatte, bevor der Stift 26 um das Kettenrad gelaufen war. Es liegt auf der Hand, daß sich bei jedem Umlauf des Stiftes 26 um eines der Kettenräder ein ähnlicher Vorgang abspielt, so daß der Faserziehkopf 10 auf den Schienen 16 entlang dem ablaufenden Rand der sich drehenden Trommel 12 auf Bahnen, die im wesentlichen vom Kettenrad 20 zum Kettenrad 24 und umgekehrt verlaufen, vor- und zurückgefahren wird. Auf die auf die Trommel gewickelten Fäden wird von einer Sprühvorrichtung 27 gleichmäßig ein geeignetes Bindemittel aufgebracht. Die Sprühvorrichtung 27 kann so ausgebildet sein, daß sie periodisch entlang der Trommel verfahren wird. Bei dem Bindemittel handelt es sich um ein wärmehärtbares Flüssigharz.

Der Steigungswinkel der um die Trommel 12 gewickelten Fäden, der mit dem Steigungswinkel der Fäden einer ebenen

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Matte übereinstimmt, die später von der Trommel abgenommen wird, kann gemessen werden als Winkel zwischen einer Längsachse der Trommel und den Projektionen der Fäden 14 auf eine in Längsrichtung durch die Trommel verlaufende Ebene. Dieser Steigungswinkel wird durch die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Vorlaufs des Faserziehkopfes 10 entlang dem ablaufenden Rand der Trommel 12 und der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Trommel 12 bestimmt. Der Steigungswinkel der Fäden 14 wird für diejenigen Fäden, die auf der Trommel 12 abgelegt werden, während der Faserziehkopf 10 in einer Richtung entlang der Trommel 12 läuft, in einem ersten Quadranten gemessen. Wenn der Faserziehkopf 10 jedoch in dazu entgegengesetzter Richtung läuft, wird der Steigungswinkel in einem zum ersten Quadranten spiegelbildlich liegenden Quadranten gemessen. Wenn die lineare Fahrgeschwindigkeit des Faserziehkopfes 10 für aufeinanderfolgende Durchläufe in entgegengesetzten Richtungen entlang der Trommel 12 gleich ist, ist daher der Steigungswinkel der auf der Trommel 12 abgelegten Fäden jeweils der gleiche, obwohl bzw. weil diese Winkel für aufeinanderfolgende Faserlagen in spiegelbildlich liegenden Quadranten gemessen werden.

Nachdem die ununterbrochenen Fäden . 14 in gewünschter Dicke um die Trommel 12 gewickelt worden sind, wird die auf diese Weise erzeugte Matte parallel zur Längsachse der Trommel aufgeschnitten und als dichte Fasermatte 31 (siehe Fig. 3) von der Trommel abgenommen.

Danach wird die dichte Fasermatte 31 quer zur grundsätzlichen Wickelrichtung der Fäden in der Matte gezogen bzw. gereckt. Während dieses Reckvorgangs wird die dichte Fasermatte 31 in Reckrichtung gedehnt, so daß sich die Fäden . verdrehen und ' die Dicke der Fasermatte 31 zunimmt, so daß schließlich eine

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aufgeweitete bzw. porige Fasermatte 32 entsteht. Während des Reckvorgangs werden die Fäden der dichten Fasermatte 31 zunächst voneinander weggezogen, wobei sie sich kräuseln oder ringeln, so daß die Dicke der Matte zunimmt und so daß die Matte poriger wird, was schließlich zu der aufgeweiteren bzw. porigen Matte 32 führt.

Bisher war es üblich,die aufgeweitete Matte 32 dann in einzelne Segmente bzw. Filterblätter zu zerschneiden, die dann zusammen mit gitterartigen Elementen in einen Durchfluß- bzw. Hohlrahmen eingesetzt werden. Diese gitterartigen Elemente bestehen beispielsweise aus dem bei der Flaschenverschlußherstellung anfallenden Abfall und werden sowohl über der Zuströmfläche als auch über der Abströmfläche des Filtermittelblattes eingebaut, damit dieses im Rahmen abgestützt wird. Erfindungsgemäß wird nun ein Filtermittelblatt vorgeschlagen, bei dem keine gitterartigen Stützelemente erforderlich sind bzw. bei dem zumindest über einer Oberfläche des Filterblattes das Stützelement eingespart werden kann. Ferner wird erfindungsgemäß ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung des Filtermittelblattes vorgeschlagen.

Fig. 4 erläutert schematisch das erfindungsgemäße Verfahren. Nach der Reckung, die in zuvor beschriebener Weise oder auch auf beliebige andere Weise durchgeführt werden kann, wird die porige Matte 32 einer insgesamt mit 34 bezeichneten Bearbeitungsstation zugeführt, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein laufendes Endlosförderband 36, einen Wärmebehandlungsofen 38 und eine drehbar gelagerte Vorratsrolle 40 aus porösem nicht gewebtem Faservlies umfaßt, die über dem Förderband 36 vor dem Ofen 38 angeordnet ist. Die porige Matte 32 liegt auf dem Förderband 36 und bewegt sich zusammen mit diesem durch die Bearbeitungsstation 34. Während die porige Matte 32 auf dem Förderband unter der

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Vorratsrolle 40 durchläuft, wird eine ununterbrochene Bahn aus dem porösen nicht gewebten Faservlies 42 von der Vorratsrolle 40 zugeführt und auf zumindest eine Oberfläche der porigen Matte 32 gelegt. In der Praxis haben sich als. poröses nicht gewebtes Faservlies Polyestervlies, Polyamidvlies, Acrylpolymervlies, Polyolefinvlies oder gesponnenes Glas als brauchbar erwiesen. Diese Materialien bzw. Vliese sind so porös, daß sie einen Gasstrom hindurchtreten lassen, und haben eine solche Zugfestigkeit, daß sie die von einem Gasstrom erzeugten Kräfte aushalten können, ohne sich zu dehnen oder zu zerreißen.

Nachdem die Bahn aus porösem nicht gewebtem Faservlies 42 auf die Oberfläche 44 der Matte 32 aufgebracht worden ist, wird die Matte 32 mit ihrer Schicht aus nicht gewebtem Vlies 42 vom Förderband 36 durch den Wärmebehandlungsofen 38 transportiert. Im Wärmebehandlungsofen 38 wird auf die Matte 32 und die Schicht aus nicht gewebtem Faservlies 42 Wärme aufgebracht, die das wärmehärtbare, flüssige Harzbindemittel vernetzt bzw. härtet, das zuvor auf die kontinuierlichen Fäden 14 aufgebracht worden ist, als diese in zuvor beschriebener Weise auf die Trommel 12 gelegt wurden.

Die Härtung bzw. Vernetzung des Harzbindemittels erfüllt zwei Funktionen. Einerseits verbindet das gehärtete Harzbindemittel die Fäden 14 der porigen Matte 32 miteinander, so daß die porige Matte 32 verfestigt wird. Andererseits verbindet das gehärtete¹ Harz das nicht gewebte Faservlies 42 mit der porigen Matte 32.

Im Anschluß an die Härtung wird die gehärtete porige Matte 32, mit der das Faservlies 42 fest verbunden ist, im wesentlichen quer zur Längsachse der porigen Matte 32 in kleine Teile zerschnitten, so daß sich einzelne FiIter-

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mittelblätter 48 (siehe Fig. 5) ergeben, die in geeignete Rahmen eingesetzt werden können.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein Luftfilterelement 50. Dieses Luftfilterelement umfaßt einen Hohlrahmen 52, der eine Durchflußöffnung 54 begrenzt, ein die öffnung 54 überdeckendes Filtermittelblatt 48, das am Hohlrahmen 52 so befestigt ist, daß die Oberfläche ,auf die die nicht gewebte Faserbahn 42 geklebt ist, nach außen weist und eine Seite des Luftfilterelementes bildet (siehe Fig. 7 und'8), sowie ein gitterartiges Filterstützelement 56, das sich auf der zur Faservliesbahn 42 entgegengesetzten Seite des Filtermittelblattes 48 quer zur Durchflußöffnung 54 erstreckt und am Rahmen 52 befestigt ist (siehe Fig. 6 und 8).

Im praktischen Betrieb ist festgestellt worden, daß dann, wenn lediglich eine Seite des Filtermittelblattes mit einer Faservliesbahn 42 versehen ist, diese Seite vorzugsweise die stromab gelegene Seite bzw. Abströmseite des Filtermittelblattes 48 sein sollte, da die Abströmseite einer geringeren Fluidströmungsgeschwindigkeit als die stromauf gelegene Seite bzw. Zuströmseite und somit geringeren Kräften ausgesetzt ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die mit der Faservliesbahn 42 versehene Oberfläche des Filtermittelblattes als Zuströmseite des Filtermittelblattes 48 benutzt wird und daß das gitterartige Filterstützelement die stromab gelegene Seite des Blattes 48 bedeckt.

Ferner kann auch auf beide Oberflächen der porigen Matte 32 jeweils ein nicht gewebtes Faservliesblatt 42 geklebt sein. Dies führt dann zu einem Filterelement mit einem Filtermittelblatt, bei dem sowohl die Zuströmseite als auch die Abströmseite von nicht gewebten Faservliesbahnen bzw. -stücken bedeckt wird, so daß keinerlei gitter*

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artige FilterStützelemente benötigt werden.

Die vorstehende Beschreibung soll hauptsächlich dem Verständnis der Erfindung dienen. Sie soll jedoch die Erfindung nicht einschränken. Aufgrund der vorstehenden Offenbarung liegen für den Fachmann Abwandlungen auf der Hand, die vorgenommen werden können, ohne den Rahmen oder den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Filtermittel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies auf eine Oberfläche einer ungehärteten, porigen Fasermatte aus Glasfasern aufgebracht wird und daß die porige Fasermatte mit dem darauf befindlichen Faservlies einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, durch die das Harzbindemittel für die Glasfasern der Fasermatte vernetzt bzw. gehärtet wird und das Faservlies mit der Matte verbindet bzw. verklebt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t, daß die Fasermatte mit dem damit verbundenen Faservlies in einzelne Filtermittelblätter zerschnitten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht gewebte Faservlies aus Polyestervlies oder Polyamidvlies oder Acrylpolymervlies oder PolyolefLnvlies oder gesponnenem Glas besteht.
4. Filtermittelblatt, gekennzeichnet durch eine porige bzw. expandierte Fasermatte (32) aus Glasfasern und eine Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies (42), die mittels eines vernetzten bzw. gehärteten Harzbindemittels auf zu mindest eine Oberfläche der Fasermatte geklebt ist.
5. Filterelement, gekennzeichnet durch eine Filtermittelmatte, die eine Filtermatte (32) aus expandiertem bzw. porigem Glasfaserfiltermaterial umfaßt und in der öffnung (54) eines Durchfluß- bzw. Hohlrahmens (52) angeordnet und an diesem befestigt ist, eine Lage aus

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porösem nicht gewebtem Faservlies (42), die auf einer Oberfläche der porigen Filtermatte angeordnet und mit dieser mittels des gehärteten bzw. vernetzten Harzbindemittels in der Filtermatte verbunden bzw. verklebt ist, und ein steifes, gitterartiges, fluiddurchlässiges Stützelement (56) aus Metall, das über der anderen Oberfläche der porigen Filtermatte angeordnet ist und am Hohlrahmen befestigt ist.

Filterelement, gekennzeichnet durch einen Durchfluß- bzw. Hohlrahmen (52) und ein Filtermittelblatt (48), das aufgebaut ist aus einer Filtermatte (32) aus expandiertem bzw. porigem Glasfaserfiltermaterial, die in der öffnung (54) des Hohlrahmens angeordnet und am Hohlrahmen befestigt ist, einer Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies (42\ die auf einer Oberfläche der porigen Filtermatte angeordnet und mit dieser mittels des gehärteten bzw. vernetzten Harzbindemittels in der Filtermatte verbunden bzw. verklebt ist, und einer Lage aus porösem nicht gewebtem Faservlies, die auf der anderen Oberfläche der porigen Filtermatte angeordnet und mit dieser mittels des gehärteten bzw. vernetzten Harzbindemittels in der Filtermatte verbunden bzw. verklebt ist.

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