DE3719415C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Filtereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 1 37 299 A2 bekannt. Dort wird derartig vorgegangen, daß nach dem Auf- bzw. Einbringen des ersten relativ großen Adsorbermaterials eine Wärmebehandlung erfolgt, um den Kleber zu trocknen und das erste Adsorbermaterial mittels des Klebers zu fixieren. Nach der Trocknung des Klebers und der Festlegung des ersten Adsorbermaterials wird dann das zweite Adsorbermaterial vorgesehen. Bei diesem zweiten Adsorbermaterial handelt es sich vorzugsweise um Adsorberpartikel, die im Vergleich zu dem ersten Adsorbermaterial eine kleine Korngröße aufweisen. Nachdem die zweiten Adsorberpartikel erst nach dem Aushärten des Klebers vorgesehen werden, dient der für das erste Adsorbermaterial vorgesehene Kleber nicht auch zum Festlegen des zweiten vergleichsweise kleinen Adsorbermaterials. Bei der Durchführung dieses bekannten Verfahrens sind zwei voneinander entfernte äußere Gewebelagen vorgesehen. Das bedingt jedoch einen nicht zu vernachlässigenden Material- und Zeitaufwand zur Handhabung der Gewebelagen bei der Herstellung einer derartigen Filtereinrichtung.
Aus der DE 29 27 287 A1 ist eine Filtereinrichtung aus offenporigem Schaumstoff bekannt, in dessen Poren ein Adsorbermaterial angeordnet ist. Die Filtereinrichtung weist mindestens zwei Lagen aus offenporigem Schaumstoff auf, die in Strömungsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet sind und die unterschiedliche Porengrößen aufweisen. Auf dem Schaumstoff und in seinen Poren befindet sich eine Kleberschicht, durch die das Adsorbermaterial am Schaumstoff befestigt ist. Bei dieser bekannten Filtereinrichtung sind die Poren jeder Lage mit Adsorbermaterial versehen, das innerhalb eines gewissen Streubereiches eine bestimmte Partikelgröße besitzt. Außerdem kann zwischen den benachbarten Lagen ein Adsorbermaterial vorgesehen sein, das im Vergleich zu den genannten Adsorberpartikeln eine große Korngröße aufweist. Dieses grobkörnige Adsorbermaterial wird vorzugsweise während des Zusammenbondierens der Schaumstofflagen zwischen den Schaumstofflagen festgelegt, es liegt also quasi nur in einer einzigen Schicht vor, so daß die Adsorptionseigenschaften dieser bekannten Filtereinrichtung primär durch die kleineren, in den einzelnen Lagen vorgesehenen Adsorberpartikel bestimmt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben beschriebenen Art zu schaffen, mit dem ohne großen Material- und Zeitaufwand eine Filtereinrichtung hergestellt werden kann, die bei einer einfachen Ausbildung und bei guten Adsorptionseigenschaften einen relativ kleinen Strömungswiderstand aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die beiden Schaumstofflagen unterschiedlicher Porosität ist es möglich, den Strömungswiderstand durch die Filtereinrichtung hindurch den jeweiligen Anforderungen entsprechend zu dimensionieren. Ein erheblicher Vorteil besteht darin, daß nicht nur die relativ großen ersten Adsorberpartikel sondern auch die im Vergleich hierzu kleinen zweiten Adsorberpartikel mittels ein- und desselben Klebers fixiert werden, wobei die zwischen den großen ersten Adsorberpartikeln verbleibenden Flächenabschnitte zur unmittelbaren Festlegung der kleinen zweiten Adsorberpartikel vorgesehen sind. Dadurch wird die Herstellung der Filtereinrichtung vereinfacht und gleichzeitig der Vorteil einer guten Adsorptionskinetik und eines guten Speichervermögens erzielt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine Filtereinrichtung, deren Filterwirkung, d.h. insbes. das Adsorptionsverhalten, auch bei relativ dünnwandiger Ausbildung der Filtereinrichtung gut ist. Das bedeutet, daß eine Filtereinrichtung mit einem relativ niedrigen Strömungswiderstand geschaffen wird, ohne daß darunter die Filter- bzw. Adsorptionswirkung leidet. Die Porengröße der Lagen liegt z.B. im Bereich zwischen 15 ppi und 100 ppi (=Poren pro inch), was einer mittleren Porengröße zwischen 0,25 mm und 1,7 mm entspricht. Die Porengröße ist in den verschiedenen Lagen vorzugsweise konstant.
Die Porengröße der Schaumstofflagen wird in Strömungsrichtung der Filtereinrichtung vorzugsweise derart gewählt, daß sie stromabwärts zunimmt. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand durch die unterschiedlichen Schaumstofflagen hindurch nicht wesentlich erhöht, wobei gleichzeitig das Adsorptionsverhalten der Filtereinrichtung wunschgemäß variiert bzw. eingestellt werden kann.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Dadurch, daß jede Schaumstofflage zur Imprägnierung mit dem Kleber getränkt und die imprägnierte Schaumstofflage dann abgequetscht wird, wonach das erste größere Adsorbermaterial und anschließend das zweite kleinere Adsorbermaterial auf die Schaumstofflage bzw. in die offenen Poren der Schaumstofflage eingebracht wird, ergibt sich eine gleichmäßige Schichtdicke der Kleberschicht auf der Schaumstofflage in den offenen Poren derselben, so daß die mechanisch feste Fixierung des ersten großkörnigen Adsorbermaterials und des zweiten kleinkörnigen Adsorbermaterials auf einfache Weise möglich ist.
Die Auf- bzw. Einbringung des Adsorbermaterials in die offenen Poren des Schaumstoffs kann dadurch erfolgen, daß das Adsorbermaterial jeweils aus einer bestimmten Fallhöhe in die mit Klebermaterial imprägnierte Schaumstofflage eingebracht wird. Das Adsorbermaterial und die Schaumstofflage können während des Einbringens des Adsorbermaterials bzw. der Adsorbermaterialien in den Schaumstoffträger elektrostatisch entgegengesetzt aufgeladen werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Beschleunigung des Einbringvorgangs und eine Vergleichmäßigung der Verteilung der Adsorbermaterialien in jeder Schaumstofflage.
Zur weiteren Verbesserung der Einbringung bzw. Verteilung der Adsorbermaterialien hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß an der der Quelle für Adsorbermaterial gegenüberliegenden Seite der Schaumstofflage während des Einbringens des Adsorbermaterials ein Unterdruck angelegt wird.
Das erste Adsorbermaterial weist vorzugsweise Adsorberpartikel mit einer Korngröße auf, die zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,9-fachen des mittleren Porendurchmessers der entsprechenden Schaumstofflage liegt. Die ersten Adsorberartikel ergeben ein großes Speichervermögen, ohne den Strömungswiderstand durch die Filtereinrichtung hindurch wesentlich zu erhöhen. Die zweiten, kleinen Adsorberpartikel sorgen für eine gute Adsorptionskinetik. Eine derartige Filtereinrichtung weist gute Filtereigenschaften bei einem relativ kleinen Strömungswiderstand auf.
Die ersten Adsorberpartikel können kugelförmig sein oder sie weisen z.B. eine körnige Granulatform auf. Die zweiten kleinen Adsorberpartikel sind vorzugsweise pulverförmig.
Bei dem Adsorbermaterial handelt es sich vorzugsweise um Aktivkohle. Die Aktivkohle kann mit einem Katalysator imprägniert sein. Diese Katalysatoren sind vorzugsweise an den zu absorbierenden Schad- bzw. Geruchsstoff angepaßt. Bei diesen Katalysatoren kann es sich um Metalloxide handeln.
Nach dem Einbringen eines ersten Adsorbermaterials in die offenen Poren mindestens einer Schaumstofflage wird vorzugsweise vor dem Aushärten der Klebstoffschicht in die offenen Poren dieser Schaumstofflage ein zweites Adsorbermaterial eingebracht, dessen Korngröße wesentlich kleiner ist als die Korngröße des ersten Adsorbermaterials. Dieses erste Adsorbermaterial weist vorzugsweise eine Korngröße auf, die zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,9-fachen des mittleren Porendurchmessers der entsprechenden Schaumstofflage liegt. Der Verbindungs-Flächenbereich zwischen diesen ersten Adsorberpartikeln und der Porenoberfläche liegt größenordnungsmäßig bei 4% der Oberfläche der ersten Adsorberpartikel, so daß quasi die gesamte Oberfläche dieser ersten Adsorberpartikel zur Speicherung der zu adsorbierenden Geruch- bzw. Schadstoffe zur Verfügung steht. Die zweiten wesentlich kleineren Adsorberpartikel, die die verbleibende Oberfläche der offenen Poren bedecken, bilden eine große aktive Fläche, so daß sich insgesamt eine Filtereinrichtung mit guten Adsorptionseigenschaften bei relativ geringem Strömungswiderstand ergibt.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispieles einer Filtereinrichtung beschrieben:
Ausführungsbeispiel:
1. Schaumstofflage:
Polyurethanschaum mit einer Porengröße von 60 ppi (=mittlere Porendurchmesser 0,4 mm)
2. Schaumstofflage:
Polyurethanschaum mit einer Porengröße von 15 ppi (=mittlerer Porendurchmesser 1,7 mm).
Beide Lagen sind mit Aktivkohle belegt. Als Adsorbermaterial kommt kugelförmige oder pulverförmige Aktivkohle zum Einsatz. Die kugelförmige Aktivkohle weist eine Korngröße zwischen 0,1 mm und 0,9 mm auf. Die beiden Lagen sind in Strömungsrichtung derart angeordnet, daß die Strömung des gasförmigen Strömungsmittels zuerst die feinporige erste Lage und unmittelbar anschließend die grobporige zweite Lage passieren muß. Die Lagen können beispielsweise plattenförmige Elemente darstellen. Je nach erforderlicher Luftdurchlässigkeit der Filtereinrichtung können selbstverständlich auch mehr als zwei Lagen hintereinandergeschaltet sein. Die pulverförmige und die kugelförmige Aktivkohle sind in den beiden Schaumstofflagen passend kombiniert.
Aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit läßt die Adsorptionsleistung von Aktivkohle bekanntermaßen mit der Zeit nach. Um die Lebensdauer der Filtereinrichtung zu erhöhen, kann die Aktivkohle mit einer dünnen Schicht aus Polymeren umhüllt sein. Diese Schicht aus Polymeren hält Wasser zurück, während sie die Schad- und Geruchsstoffe ungehindert passieren läßt.
Durch die Anwendung feinporigen Schaumstoffmaterials wird eine gleichmäßige Strömungsmittelverteilung über die Anströmfläche der Filtereinrichtung erzielt. In der Filtereinrichtung wird die Anströmgeschwindigkeit des Strömungsmediums reduziert, wobei es in der Filtereinrichtung zu einer vielfachen Umlenkung der Schad- und Geruchsstoffe beim Durchströmen der Filtereinrichtung und folglich zu einer ausreichenden Verweilzeit mit dem Adsorbermaterial kommt. In Strömungsrichtung stromabwärts kann sich an eine feinporige Schaumstofflage bspw. eine grobporige Schaumstofflage anschließen, die mit kugelförmiger Aktivkohle versehen sein kann. Durch die kugelförmige Aktivkohle wird eine große Speicherkapazität zur Verfügung gestellt, wodurch gleichzeitig durch die Grobporigkeit dieser Schaumstofflage für eine ausreichende Durchlässigkeit des gasförmigen Strömungsmittels gesorgt ist. Durch geeignete Auswahl der Porosität, d.h. der Anzahl Poren/Längeneinheit des Schaumstoffmaterials, kann somit auf den Druckabfall in der Filtereinrichtung Einfluß genommen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch den sog. progressiven Aufbau bei vergleichsweise hoher Adsorptionsleistung die Gesamtdicke der Filtereinrichtung vergleichsweise klein sein kann im Vergleich zu bekannten Filtereinrichtungen mit einer Schaumstofflage mittlerer Porengröße und einem Adsorbermaterial mit einer daran angepaßten mittleren Korngröße. Durch geeignete Auswahl der Korngröße des Adsorbermaterials ist es möglich, die Adsorptionsleistung der Filtereinrichtung wunschgemäß zu beeinflussen. Adsorbermaterial mit einer kleinen Korngröße führt zu einer guten Adsorptionskinetik, während Adsorbermaterial mit einer großen Korngröße zu einer hohen Speicherkapazität führt. Durch die Anwendung unterschiedlicher Metallimprägnierungen ist es möglich, verschiedene spezifische Schad- und Geruchsstoffe zu zerstören.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Filtereinrichtung kann bspw. in Belüftungs- und Klimaanlagen, insbes. zur Reinigung der Zuluft in Fahrzeugkabinen Anwendung finden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht darin, die Filtereinrichtung in Küchen- Dunstabzugshauben zu verwenden. Desgleichen ist es möglich, die Filtereinrichtung bspw. bei Atemschutzmasken anzuwenden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Filtereinrichtung, bei dem mindestens zwei Schaumstofflagen mit offenen Poren vorgesehen werden, wobei zunächst auf der Oberfläche der offenen Poren mindestens einer der Schaumstofflagen ein erstes Adsorbermaterial mittels einer Klebung befestigt wird, und anschließend ein zweites Adsorbermaterial mit einer im Vergleich zu dem ersten Adsorbermaterial wesentlich kleineren Korngröße auf die Oberfläche der offenen Poren aufgebracht wird, worauf die Schaumstofflagen unmittelbar hintereinander angeordnet und miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Schaumstofflagen mit einer unterschiedlichen Porengröße hergestellt werden und daß das erste und zweite Adsorbermaterial bei jeder der Schaumstofflagen vorgesehen wird, wobei jede Schaumstofflage vor dem Aufbringen des ersten und zweiten Adsorbermaterials mit einem aushärtbaren Kleber imprägniert wird und das zweite Adsorbermaterial vor dem Aushärten des Klebers aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaumstofflage zur Imprägnierung mit dem Kleber getränkt wird, daß die imprägnierte Schaumstofflage dann abgequetscht wird, wonach das erste größere Adsorbermaterial und anschließend das zweite kleinere Adsorbermaterial auf die Schaumstofflage bzw. in die offenen Poren der Schaumstofflage eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbermaterial jeweils aus einer bestimmten Fallhöhe in die mit Klebermaterial imprägnierte Schaumstofflage eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbermaterial und die Schaumstofflage während des Einbringens des Adsorbermaterials in den Schaumstoffträger elektrostatisch entgegengesetzt aufgeladen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der der mindestens einen Quelle für Adsorbermaterial gegenüberliegenden Seite der Schaumstofflage während des Einbringens des Adsorbermaterial ein Unterdruck angelegt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes größeres Adsorbermaterial Adsorberpartikel mit einer Korngröße verwendet werden, die zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,9-fachen des mittleren Porendurchmessers der entsprechenden Schaumstofflage liegt.
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