DE4010732A1 - Filterelement aus einem zick-zack-foermig gefalteten, ring- oder plattenfoermig angeordneten filterbahnmaterial - Google Patents
Filterelement aus einem zick-zack-foermig gefalteten, ring- oder plattenfoermig angeordneten filterbahnmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Problem bei derartigen Filterelementen besteht in
der Anbringung eines Randbereiches, in dem das Filterelement
dicht in einem Träger bzw. einem Filtergehäuse
derart einbringbar ist, daß durch das Filterelement
eine dichte Trennung zwischen einem Roh- und
Reinraum erzeugt werden kann.
Bei sternförmig gefalteten Filterbahnmaterialien, bei
denen das Filterelement in der Form einer zylindrischen
oder kegelförmigen Patrone radial durchströmt
wird, sind die Stirnkanten des Filterbahnmaterials
fest mit Endscheiben, die Ringscheiben sein können,
verbunden.
Bei Plattenfiltern, bei denen das Filterelement quer
zur Plattenebene durchströmt wird, sind zumindest die
Stirnkanten zu dichten und das gesamte Plattenfilter
mit einer Art Rahmen zur Aufnahme in einem Träger-
bzw. Filtergehäuse auszurüsten. Lediglich die Stirnkanten
sind zu dichten, wenn das Filterelement ein
ringförmiges Plattenfilter ist. In diesem Fall sind
dann zusätzlich nur noch die beiden Enden der aneinanderstoßenden
Falten dicht miteinander zu verbinden.
Liegt dagegen ein eckiger Plattenfilter vor, so ist
an den beiden Seiten, an denen die Filterbahn endet,
ebenfalls für eine Dichtung zu sorgen, mit der das
Filterelement in diesem Bereich dicht in einen Träger
eingelegt werden kann.
Insbesondere die Dichtung der Stirnkanten der einzelnen
Falten ist bisher aufwendig und teilweise von dem
Aufbau her recht kompliziert und wenig raumsparend.
So werden die Stirnenden bisher in vielen Fällen faltenweise
zu einzelnen über die Faltenhöhe geschlossenen
Taschen verklebt. Um das Filterelement in einem
Träger halten zu können, wird zusätzlich noch ein
Rahmen dicht angebracht, wobei dieser Rahmen beispielsweise
angeschäumtes Polyurethan sein kann. Das
Verbinden der Stirnenden zu Taschen hat den Nachteil,
daß dadurch aktive Filterfläche verlorengeht, da die
Verklebung in der Regel mindestens 2-3 mm der
Stirnrandzone der Filterbahn auf jeder Seite erfaßt.
Es ist auch schon bekannt, die Stirnkanten mit Streifenmaterial,
das über die komplette Höhe der Falten
verläuft, zu verkleben. In diesem Fall ist die Herstellung
recht aufwendig.
Ausgehend von dem geschilderten vorbekannten Stand
der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die gattungsgemäßen Filterelemente auf möglichst einfache
Weise an ihren freien Rändern zu dichten.
Darüber hinaus soll die so erreichte Randdichtung
wiederum auf einfache Weise mit einer elastischen
Dichtung zur Aufnahme des Filterelementes in einem
Trägerteil verbindbar sein.
Ferner soll bei einfacher Herstellung und Konstruktion
bei Plattenfiltern ein steifer Dichtrahmen erzielbar
sein.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausführung des
gattungsgemäßen Filterelementes nach dem Kennzeichen
des Patentanspruchs 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sowie Verfahren
zur Herstellung solcher Filterelemente sind
Gegenstand der Unteransprüche. Mit dem Verfahren nach
Anspruch 12 lassen sich ausgehend von einfachen Ausgangsformen
des Filterbahnmaterials, insbesondere einen
an den Längskanten gerade verlaufenden Bandmaterial,
Filterelemente mit verschiedenartig geformten
Randeinfassungen auf recht unkomplizierte Weise herstellen.
Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sowie eine nähere
Erläuterung der Gegenstände der Unteransprüche
lassen sich der nachfolgenden Beschreibung verschiedener
Ausführungsbeispiele entnehmen.
Einzelne dieser Ausführungsbeispiele sind in der
Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
eckigen Plattenfilters,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Plattenfilter
nach Linie II-II,
Fig. 3 einen Schnitt durch das Plattenfilter
nach Linie III-III,
Fig. 4 eine Induktions-Heizvorrichtung im
Schnitt in perspektivischer Darstellung
als Ausschnitt,
Fig. 5 eine Ultraschweißeinrichtung mit eingelegtem
Filterelement im Schnitt,
Fig. 6 Filterelement mit kreisringförmigem
Querschnitt und zwischen parallelen
Konusflächen verlaufenden Faltenkanten
teils im Schnitt, teils in
Ansicht,
Fig. 7 Plattenfilter mit sich außen verjüngender
Rahmenkante im Schnitt
nach VII-VII in Fig. 1 als
alternative Ausführung des Filterelementes
nach Fig. 1.
Das Plattenfilter besteht aus einer an den Rändern
dicht gefaßten gefalteten Bahn eines Kunststoffvlieses
1. Das Material ist ein Thermoplast.
Die Stirnkanten der einzelnen Falten des Bahnmaterials
sind fest mit einem Aluminiumstreifen 2 verbunden.
Die feste Verbindung ist dadurch erzielt, daß
die Randzone der Stirnkanten der Falten aufgeschmolzen
und mit dem Aluminiumstreifen eine feste Verbindung
eingegangen ist. Um die Verbindung zu dem Aluminiummetallstreifen
2 zu verbessern, ist der Streifen
2 üblicherweise mit einem Kunststoffhaftvermittler
beschichtet, der bei der Erzeugung der Verbindung mit
aufgeschmolzen wird. Diese Schicht auf dem Aluminiumstreifen
2 ist in der Zeichnung mit 3 bezeichnet.
Während an den Stirnseiten der Filterfalten bereits
ein dünner Aluminiumstreifen 2 im Verbund mit den
daran angebundenen Falten des Filterbahnmaterials für
eine ausreichende Rahmensteifigkeit sorgt, ist dies
ab den Querseiten des Plattenfilters nicht der Fall.
Denn hier kann sich ein dünner Metallstreifen zumindest
in Plattenebene leicht durchbiegen und besitzt
auch im übrigen keine Torsionssteifigkeit. Deshalb
empfiehlt es sich, an den Querseiten einen torsions-
und biegesteifen Steg 4 aus einem Thermoplasten einzusetzen.
Ein Thermoplast soll es deshalb sein, um
diesen Steg sowohl mit den Aluminiumstreifen 2 an den
Stirnseiten als auch mit dem Kunststoffvlies 1 selbst
über ein Aufschmelzen bzw. Verschmelzen zu verbinden.
Umlaufend ist um den Plattenfilter in der Plattenebene
ein elastisches Zusatz-Dichtmaterial 5 aufgebracht,
das ein Kunststoffvlies ist. Die Aufbringung
erfolgt wiederum durch ein Aufschmelzen der Berührungszone
des Zusatzdichtmaterials 5, wobei die Aluminiumstreifen
2 auch an dieser Berührungsfläche mit
einer Kunststoffschicht 3 als Haftvermittler versehen
sind.
Die Verbindung der Metallstreifen mit dem Kunststoffvlies
1 und dem Zusatzdichtmaterial 5 einerseits und
die Verbindung der Querstege 4 mit dem Kunststoffvlies
1 und dem Zusatzdichtmaterial 5 andererseits
erfolgt jeweils wie folgt.
Eine Induktionsheizeinrichtung 6 sorgt dafür, daß der
Aluminiumstreifen 2 gleichzeitig mit dem Kunststoffvlies
1 und dem Zusatzdichtmaterial 5 verbunden werden
kann.
Zu diesem Zweck ist die Induktionsheizeinrichtung 6
in der Form einer U-förmigen Aufnahmevorrichtung ausgebildet.
In der Basis dieser Form befindet sich eine
elektrische Induktionsspule 7. Auf diese wird das Zusatzdichtmaterial
5 aufgelegt, das oben mit einem
Aluminiumstreifen 2 abgedeckt wird. Auf dem Aluminiumstreifen
wird sodann das Filterbahnmaterial mit
seinen Stirnkanten aufgelegt. Ist die Induktionsheizeinrichtung
derart befüllt, wird die Induktionsspule
elektrisch aktiviert mit der Folge, daß der Aluminiumstreifen
2 derart erhitzt wird, daß die angrenzenden
Zonen des Zusatzdichtmaterials 5 und des Kunststoffvlieses
1 gleichzeitig aufschmelzen. Aufgeschmolzen
wird dabei gleichzeitig der sich auf beiden
Seiten des Aluminiumstreifens 2 in Form von Kunststoffschichten
3 sich befindliche Haftvermittler.
Nach Inaktivieren der Induktionsspule ist der Aluminiumstreifen
2 fest über Anschmelzschichten mit dem
Kunststoffvlies 1 und dem Zusatzdichtmaterial 5 verbunden.
Bei dem Querstegen 5 erfolgt die Verbindung zwischen
dem Stegmaterial und dem Kunststoffvlies 1 sowie dem
Zusatzdichtmaterial 5 ebenfalls gleichzeitig und zwar
hier durch eine Hochfrequenzschweißung (Ultraschall).
Wie eine solche Ultraschall-Schweißeinrichtung hier
konkret aussieht, zeigt die Fig. 5. Sie besteht im
wesentlichen aus einer Sonotrode 8 und einem Amboß 9.
An dem Amboß 9 liegt die letzte Falte des Kunststoffvlieses
1 an. Dabei wird das freie Ende dieser Falte
von dem Amboß 9 gegen den Quersteg 5 gedrückt. Der
Quersteg 5 ist aus thermoplastischem Material. An der
nach außen weisenden Seite des Quersteges 5 liegt das
Zusatzdichtmaterial 5 an. Die Sonotrode ist an ihrem
auf das Zusatzdichtmaterial 5 aufzusetzenden Ende U-
förmig ausgebildet. Durch die U-förmige Ausbildung
wird das Zusatzdichtmaterial 5 nur linienförmig mit
dem Quersteg 4 verbunden.
Die Verbindung des Quersteges 4 mit den Aluminiumstreifen
2 erfolgt durch ein Aufschmelzen der Stirnkanten
des Quersteges 4 unterhalb der Aluminiumstreifen
und zwar zu dem Zeitpunkt, in dem die Aluminiumstreifen
in der Induktionsheizeinrichtung 7 erhitzt
werden, d. h. gleichzeitig mit der Verbindung zwischen
dem Aluminiumstreifen und dem Kunststoffvlies 1 sowie
dem Zusatzdichtmaterial 5.
Wenn das Zusatzdichtmaterial 5 ein Kunststoffvlies
ist, kann es für die spätere Montage des Filterelementes
in einem Halterahmen zweckmäßig sein, das
Vlies an der Längskante, an der es bei der Montage
des Filterelementes zuerst in den Halterahmen eingebracht
wird, durch Verschmelzen zu verdichten. Dieses
Verschmelzen einer Längskante kann bereits bei der
Herstellung des Zusatzdichtmaterials 5 erfolgen, d. h.
bevor dieses Vlies zur Herstellung des Filterelementes
verwendet wird. Insbesondere an den Querstegen
kann dies jedoch durch eine entsprechende Form der
Sonotrode auch erst bei der Anbindung des Zusatzdichtmaterials
5 an den Quersteg 4 erfolgen.
Bei der Filterpatrone nach Fig. 6 ist das Filterbahnmaterial
mit seinen eingeformten Falten zu einem radial
durchströmbaren Ring zusammengefaltet. Der Querschnitt
dieses Ringes ist ein Parallelogramm, bei dem
die Stirnkanten des Filterbahnmaterials jeweils in
einer senkrecht zur Ringachse verlaufenden Ebene liegen.
In diesen beiden Ebenen sind die Stirnkanten jeweils
durch eine Ringscheibe 10 aus Metall gedichtet.
Die Metallringscheiben 10 sind auf ihren den Stirnkanten
der Filterbahnmaterialfalten angrenzenden Seiten
wiederum kunststoffbeschichtet.
Die strichpunktiert gezeichneten Dreiecke im Bereich
der Stirnkanten der Filterpatrone nach Fig. 6 deuten
an, wie das Filterbahnmaterial 1, das aus Bandmaterial
mit parallelen Längskanten hergestellt ist, vor
dem erfindungsgemäßen Aufbringen der Ringscheiben 10
zu liegen kommt. Durch ein Aufbringen der Ringscheiben
10 unter Wärme auf das Filterbahnmaterial werden
die zunächst dreieckförmig überstehenden Filterbahnmaterialbereiche
auf einfache Weise abgeschmolzen.
Auf diese Weise läßt sich eine Filterpatrone mit zwischen
parallelen Konusflächen verlaufenden Faltenkanten
erzeugen.
Bei dem plattenförmigen Filter nach Fig. 7 lassen
sich auf entsprechende Weise die Rahmenaußenkanten in
sich von einer Plattenseite zur anderen verjüngender
Form auf die Stirnkanten des Filterbahnmaterials aufbringen,
wobei bei dem Filterbahnmaterial wiederum
vom Bandmaterial mit parallelen Längsseiten ausgegangen
werden kann.
Claims (18)
1. Filterelement aus einem zick-zack-förmig gefalteten
ring- oder plattenförmig angeordneten Filterbahnmaterial
aus schmelzbarem Kunststoff mit einem
zumnindest die Längskanten der Filterbahn abdeckenden
platten- oder streifenförmigen Dichtmaterial,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtmaterial (12) über eine an der Berührungsfläche
mit dem Filterbahnmaterial (1)
aufgeschmolzene Zone des Filterbahnmaterials (1)
mit diesem verbunden ist.
2. Filterelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtmaterial (2) ein gut wärmeleitendes
Metall ist.
3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (2) mit einem aufschmelzbaren
Kunststoff beschichtet und das Filterbahnmaterial
(1) mit dieser Kunststoffschicht (3) verschmolzen
ist.
4. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (2) des Dichtmaterials Aluminium
ist.
5. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die auf das Metall (2) aufgebrachte Kunststoffschicht
ein Haftvermittler (Haftprimer) ist.
6. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Filterbahnmaterial (1) ein Kunststoffvlies ist.
7. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche
in der Form einer ebenen oder gewölbten
Platte mit einem die Falten des Filterbahnmaterials
einfassenden Rahmen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnkanten der Falten abdichtende
Teil des Rahmens ein Metallstreifen (2) ist.
8. Filterelement in der Form einer ebenen oder gewölbten
Platte mit einem die Falten des Filterbahnmaterials
einfassenden Rahmen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch
7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die parallel zu den Falten verlaufenden Rahmenteile
(Rahmenquerstege (4)) aus schmelzbarem
Kunststoff sind, die mit den angrenzenden Rahmenteilen
(2) durch eine Aufschmelzzone verbunden
sind.
9. Filterelement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rahmenquerstege (4) ein relativ torions-
und biegesteifes Querschnittsprofil besitzen.
10. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtmaterial (2) zur dichten Aufnahme
des Filterelementes in einem Trägerteil bzw. in
einem Filtergehäuse mit einem elastischen zur Anlage
an dem Trägerteil bzw. dem Filtergehäuse bestimmten
Zusatzdichtmaterial 5 aus schmelzbarem
Kunststoff über eine hieran aufgeschmolzene Randzone
verbunden ist.
11. Filterelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtmaterial (2) ein Metall mit beidseitiger
Beschichtung aus aufgeschmolzenem Kunststoff
(Haftvermittler) ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes
nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtmaterial (2) und des Filterbahnmaterial
(1) an den Flächen, an denen diese beiden
Materialien beim fertigen Filterelement flächenschlüssig
dicht aneinanderliegen, zu Beginn des
Zusammenfügens des Filterelementes bei noch nicht
aufgeschmolzenem Filterbahnmaterial nur in Teilbereichen
Kontakt haben und daß der dichte Flächenschluß
erst durch das Auf- und damit verbundene
Abschmelzen des Filterbahnmaterials (1) erfolgt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
das Dichtmaterial Metall ist, insbesondere durch
Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall bei auf dem Filterbahnmaterial
aufliegender Position induktiv zum Aufschmelzen
des Filterbahnmaterials erwärmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, zur Herstellung
eines kreisringförmigen Filterelementes mit
radial verlaufenden Zick-Zack-Falten und einem
trapezförmigen Querschnitt des Kreisringes, bei
dem die Faltenkanten auf parallelen zur Ringachse
geneigten Mantellinien und die Stirnkanten auf im
wesentlichen senkrecht zur Kreisringachse verlaufenden
Flächen liegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Filterbahnmaterial (1) ein Bandmaterial
mit parallelen Längsseiten und eingeformten Falten
eingesetzt wird, das in die im Oberbegriff
definierte Form gebracht wird und daß danach die
an den axialen Enden jeweils über die senkrecht
zur Kreisringachse verlaufenden Ebenen hinausragenden
Filterbahnmaterialecken beim Auftragen des
als im wesentlichen flache Scheibe ausgebildeten
Dichtmaterials (2) abgeschmolzen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 zur Herstellung
eines plattenförmigen Filters mit einem umlaufenden
unter anderem auf die Stirnkanten des
Filterbahnmaterials aufgebrachten Rahmen aus
Dichtmaterial, bei dem sich die senkrecht zur
Plattenebene verlaufenden äußeren Rahmenkanten zu
einer Seite der Plattenseite hin nach innen verjüngen,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Filterbahnmaterial (1) ein Bandmaterial
mit parallelen Längsseiten und eingeformten Falten
eingesetzt wird, und daß die dann in der Form
des Filterelementes senkrecht zur Plattenebene
verlaufenden Faltenstirnkanten beim Aufbringen
des Dichtmaterials (2) abgeschmolzen werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Induktionsheizeinrichtung (7) mit Abstand
gegenüber dem aufzuwärmenden Dichtmaterial
(2) angeordnet ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung des Dichtmaterials (2) mit dem
Filterbahnmaterial (2) einerseits und dem elastischen
Zusatzdichtmaterials (5) andererseits
gleichzeitig erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Dichtmaterial
insbesondere aus schmelzbarem Kunststoff
besteht oder zumindest mit einem solchen beschichtet
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gleichzeitige Verbindung durch Hochfrequenzschweißung
(Ultraschallschweißung) erfolgt.
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