DE4309921A1

DE4309921A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Filtern sowie danach hergestellte Filter

Info

Publication number: DE4309921A1
Application number: DE19934309921
Authority: DE
Inventors: Klaus Schumann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1994-09-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zum Herstellen von Filtern und dergleichen offenporigen Elementen.

Es sind bereits eine Vielzahl von unterschiedlichen Herstel lungsverfahren für Filter bekannt. So werden Filter unter Ver wendung von Vliesstoff und Fasermaterial hergestellt, wobei nach einer Rohstoffaufbereitung ein mechanisches Verfestigen z. B. durch Vernadeln und dann ein Veredeln z. B. durch Sprü hen, Trocken vorgenommen wird. Die dafür verwendeten Filterma terialien müssen für diese einzelnen Verfahrensschritte ge eignet sein. Daraus resultiert eine entsprechende Einschrän kung bei der Verwendung von Filtermaterialien.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Filtern zu schaffen, das einfach durchführbar ist und bei dem auch sehr unterschiedliche Filtermaterialien verwendet werden können. Insbesondere sollen sonst nur noch Abfall bildende Restmaterialien verwendbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß eine Dispersion oder dergleichen mit in ei ner Flüssigkeit befindlichem Filtermaterial durch eine poröse, im wesentlichen flüssigkeitsdurchlässige Filterform gefördert wird und daß nach einer vorgebbaren Zeit der sich aus den in der Filterform angelagerten Fasern und/oder Filtermateri alteilchen gebildete Filterkörper entnommen wird.

Bei diesem Verfahren werden die Filtermaterialteilchen in ei nem Flüssigkeitsstrom der Filterform zugeführt und lagern sich an dieser, praktisch selbst ein Filter bildende Filterform an. Es bauen sich dabei sehr gleichmäßige, durchlässige Fil terschichten auf, da die Filtermaterialteilchen auch gleichmä ßig in der Flüssigkeit verteilt sind. Es besteht bei diesem Verfahren die Möglichkeit, sonst nicht mehr verwendbare Mate rialien zur Filterherstellung zu verwenden. Beispielsweise können nun auch sonst nicht mehr verwendbare Kurzschnitt-, Reiß- oder aufbereitete Abfallfasern verwendet werden.

Vorteilhafterweise wird die durch die Filterform hindurchge förderte Dispersion mit einem sehr geringen Restgehalt von Filtermaterial in einem im wesentlichen geschlossenen Filter kreislauf der Filterform erneut zugeführt.

Es ist somit ein geschlossener Produktionskreislauf vorhanden, was erheblich zu einer umweltfreundlichen Herstellung bei trägt. Außerdem fällt dadurch praktisch kein Abfall an.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Filter oder so geformte, offenporige Element vorzugsweise noch in der Filter form einem anschließenden Trocken- und/oder Schmelz- und/oder Sinter- und/oder Tauch- und/oder Sprühvorgang zugeführt. Das Filter kann dadurch formfixiert und entsprechend seinem späte ren Verwendungszweck nachbehandelt werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Filtern aus Fasern und/oder Filtermaterialteilchen, die sich in einer Flüssigkeit verteilt befinden und zusammen mit der Flüssigkeit eine Dispersion bilden. Diese Vorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine poröse und von der Flüssigkeit durchströmbare Filterform auf weist, die in einem Strömungskanal oder dergleichen eingesetzt ist und daß Fördermittel zur Erzeugung der Flüssigkeitsströ mung vorgesehen sind.

Eine solche Vorrichtung läßt sich einfach realisieren und es lassen sich damit Filter oder offenporige Elemente in allen gängigen Formen herstellen. Versuche haben gezeigt, daß auch dreidimensionale Filter mit in Hauptströmrichtung bzw. schräg bis senkrecht dazu verlaufenden Wandungen hergestellt werden können.

Eine Ausführungsform sieht vor, daß zur Aufnahme der Disper sion oder dergleichen ein Mischtank mit vorzugsweise im unte ren Bereich angeordneter Filterformaufnahme sowie ein abström seitig hinter der oder den Filterformaufnahmen angeordnetes Auffang- und Vorratsbehältnis vorgesehen sind und daß in dem Mischtank stromaufwärts vor der Filterformaufnahme Durchmi schungsmittel angeordnet sind. Mit diesen wenigen Behältnissen und Einrichtungen ist auf einfache Weise im wesentlichen die gesamte Vorrichtung gebildet.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein nach dem erfindungsge mäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herge stelltes Filter. Dieses ist insbesondere dadurch gekennzeich net, daß es aus einer oder mehreren Schichten von aus einer Dispersion herausgefilterten Filtermaterialteilchen gebildet ist und daß das Filtermaterial zumindest anteilig aus Kurzfa sermaterial und/oder Mikrofasern, Granulaten und/oder Sinter materialien und anderem besteht.

Die sonst praktisch nicht mehr verwendbaren Fasern können bei diesem Filter problemlos verwendet werden. Die Schichtdicke des Filters kann dabei in weiten Grenzen variiert und an den späteren Verwendungszweck angepaßt werden, einerseits durch die Konzentration der Filtermaterialteilchen innerhalb der Di spersion und andererseits in Abhängigkeit der Zeit, über die eine Anlagerung von Filtermaterialteilchen an der Filterform erfolgt.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch nä her erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine etwas schematisierte Darstellung einer Vorrich tung zum Herstellen von erfindungsgemäßen Filtern und/oder offenporigen Elementen,

Fig. 2 einen Filterwandabschnitt eines dreilagigen Filters und

Fig. 3 ein zick-zack-förmiges, mehrere Faserlagen aufweisen des Filter.

Eine in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient zur Herstellung von Filtern 2 und/oder dreidimensionalen Elementen in einer Filterform 3. Diese Filterform 3 befindet sich innerhalb eines Mischtankes 4 und wird bei der Herstellung des Filters von ei ner Flüssigkeit mit darin enthaltenen Fasern und/oder Filter materialteilchen durchströmt. Diese Flüssigkeit - in der Regel Wasser - bildet zusammen mit den Filtermaterialteilchen eine Dispersion 5.

Die Filterform 3 besteht aus porösem, im wesentlichen flüssig keitsdurchlässigem Material. Beim Durchströmen der Dispersion 5 durch diese Filterform lagern sich Filtermaterialteilchen zuströmseitig an der Filterformoberfläche an. Ist eine genü gend dicke Filterschicht aufgebaut, kann dieses Filter einer Nachbearbeitung zugeführt werden, wo z. B. in einem Trocken verfahren das Filter oder Element thermofixiert bzw. stabili siert wird. Es sind noch weitere Nachbearbeitungsvorgänge mög lich, um die Eigenschaften des Filters zu verändern und an die jeweilige Verwendung anzupassen.

Die Filterform 3 befindet sich im unteren Bereich des etwa vertikal angeordneten Mischtankes 4. Sie ist innerhalb einer Trennwand 6 angeordnet, so daß die zuströmseitig angeförderte Dispersion 5 durch die poröse Filterform 3 hindurchtreten muß. Für die Filterform 3 kann eine Filterformaufnahme vorgesehen sein, so daß die Filterform selbst zusammen mit einem darin befindlichen Filter entnommen und einer Nachbehandlung zuge führt werden kann.

Je nach Querschnitt des auch einen Durchströmkanal bildenden Mischtankes 4 können eine oder auch mehrere, gegebenenfalls auch unterschiedliche Filterformen 3 gleichzeitig vorgesehen sein, so daß in einem Arbeitsgang auch unterschiedlich ge formte bzw. unterschiedlich große Filter oder Elemente her stellbar sind.

An den Mischtank 4 schließt sich ein Auffang- und Vorratsbe hältnis 7 an. In diesem wird die durch die Filterform 3 ge langte Dispersion mit einem äußerst geringen Restbestand an Fasern und/oder Filtermaterialteilchen als recyclebares Fil trat 8 aufgefangen.

Im Verbindungsbereich zwischen dem Mischtank 4 und dem Auf fang- und Vorratsbehältnis 7 befindet sich noch ein Ventil 9, daß beim Befüllen des Mischtankes geschlossen ist.

Das Auffang- und Vorratsbehältnis 7 ist über eine Rückführlei tung 10 mit dem zuströmseitigen Teil des Mischtankes 4 ober halb der Filterform 3 verbunden. In dieser Rückführleitung be findet sich auch eine Förderpumpe 11 mit der das im Behältnis 7 aufgefangenen Filtrat 8 wieder dem Mischtank 4 zugeführt werden kann. Es ist somit ein geschlossener Produktionskreis lauf gebildet.

Zuströmseitig oberhalb der Filterform 3 kann ein Überdruck und abströmseitig hinter der Filterform 3 bzw. im Auffang- und Vorratsbehältnis 7 ein Unterdruck erzeugt werden. Die Druck differenz sorgt dann für ein schnelles Durchströmen der Fil terform 3 mit dabei erfolgender Ablagerung der Filtermateri alteilchen auf der zuströmseitigen Oberfläche der Filterform.

Damit die Filtermaterialteilchen in der Flüssigkeit gut und möglichst gleichmäßig verteilt sind, sind vor der Filterform 3 Durchmischungsmittel vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungs beispiel sind ein Rührwerk 12 sowie nahe bei der Filterform Druckluftdüsen 13 angedeutet.

Bei dem Herstellungsprozeß wird zunächst das Ventil 9 abström seitig hinter der Filterform 3 geschlossen. Der Mischtank 4 wird dann bis über die Filterform, wie dies in Fig. 1 ange deutet ist, mit Wasser befüllt. Anschließend wird Filtermate rial und Wasser zugegeben und miteinander vermischt. Dies kann mit Hilfe des Rührwerkes 12 und auch mit Hilfe der Druckluft düsen 13 erfolgen.

Wie in Fig. 1 angedeutet, kann das Rührwerk 12 schrägstehend oder aber mit gegenläufigen "Propellern" ausgebildet sein, da mit die Fasermaterialteilchen gut mit dem Wasser zu einer Dispersion vermischt werden. Gegebenenfalls könnte es aber ge nügen, nur Druckluftdüsen zum Durchmischen der Dispersion vor zusehen.

Diese Drucklufteinlässe oder Düsen dienen gleichzeitig noch dazu, innerhalb des Mischtankes einen Überdruck aufzubauen. Während der Durchmischungsphase ist nämlich das Ventil 9 ge schlossen und auch die Rückführleitung 10 beispielsweise bei der Pumpe 11 abgedichtet.

Durch das Einblasen von Luft baut sich oberhalb des Flüssig keitsspiegels in dem Mischtank 4 ein entsprechender Überdruck auf. Gleichzeitig kann auch in dem Auffang- und Vorratsbehält nis 7 ein entsprechender Unterdruck erzeugt werden.

Nach Abschluß des Durchmischungsvorganges wird das Ventil 9 geöffnet und es scheiden sich entsprechend Filtermaterialteil chen beim Durchströmen der Filterform 3 zuströmseitig an die ser ab.

Die im Mischtank 4 befindliche Menge der Dispersion und auch der aufgebaute Überdruck sind so bemessen, daß nach dem Durch tritt der Dispersion durch die Filterform 3 noch ein Durch strömen des angelagerten Filters mit Luft erfolgt, so daß im Filter befindliches Wasser bzw. Flüssigkeit ausgetrieben wird und somit eine Vortrocknung des Filters und/oder Elementes er folgt. Die ganze Filterform kann nach dieser Vortrocknung ent nommen werden.

Danach wird das Ventil 9 wieder geschlossen, der Mischtank 4 teilweise mit Wasser gefüllt und dann Filtermaterial gegebe nenfalls unter Hinzufügung des im Auffang- und Vorratsbehälter 7 befindlichen Filtrates 8 hinzugemischt und der vorbeschrie bene Produktionsablauf beginnt von neuem.

Die Filterform(en) kann (können) wie im Ausführungsbeispiel gezeigt eine zick-zack-förmige Anlagerungsfläche oder aber auch eine beliebig anders geformte, dreidimensionale Struktur aufweisen.

Fig. 3 zeigt ein in einer zick-zack-förmigen Filterform 3 hergestelltes Filter bei dem ebenso wie in Fig. 2 gut erkenn bar ist, daß hier drei Aufbau-Schichten 14, 15, 16 vorhanden sind. Beispielsweise könnte die Schicht 14 aus Grobfasern, die Schicht 15 aus normalen Fasern und die Schicht 16 aus Mikrofa sern bestehen. Man erhält dadurch, zugeschnitten auf besondere Anwendungsfälle, spezielle Filtereigenschaften.

Fig. 2 zeigt noch einen Filterabschnitt, ebenfalls mit drei Schichten 14, 15 und 16, hier jedoch in Flachform.

Es sind auch andere Schichtung mit anderen Materialkombinatio nen und auch aus einer Filtermaterialschicht bestehende Filter herstellbar.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Filterschichten 14, 15, 16 kön nen innerhalb der Vorrichtung 1 nacheinander aufgebaut werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die einzelnen Schichten jeweils separat hergestellt werden und dann außer halb des Herstellungsprozesses ineinander gestapelt werden. Gerade bei Filterformen, wie in Fig. 3 gezeigt, ist dies be sonders gut möglich. Damit ist dem späteren Anwender die Mög lichkeit gegeben, ein Filter nach seinen Anforderungen durch Ineinanderstapeln beispielsweise unterschiedlicher Filter schichten dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Filter, wo zwischen den einzelnen Filterschichten keine formschlüssige Verbindung vorhanden ist, wird zweckmäßigerweise eine Herstellung innerhalb der Vorrich tung 1 erfolgen, indem nacheinander die unterschiedlichen Schichten durch Abscheiden von Filtermaterialteilchen aus der Dispersion gebildet werden.

Es ist ein besonderer Vorteil des Herstellungsverfahrens, daß damit eine hohe Flexibilität hinsichtlich der herzustellenden Filter vorhanden ist, wobei auf einfach Weise eine Umstellung auf unterschiedliche Filtermaterialien und/oder Filterformen möglich ist. Da hierbei auch sonst nicht verwendbare Fil termaterialteilchen, beispielsweise Mikrofasern oder aufberei tete Abfallfasern verwendet werden können, trägt die Erfindung wesentlich mit zu einer Abfallreduzierung bei.

Die Produktion ist durch den geschlossenen Kreislauf auch um weltfreundlich.

Kurz zusammengefaßt ergeben sich folgende Vorteile:

- gleichmäßige Faserverteilung, Porengrößen, Dichte
- selbsttragend, gegebenenfalls mit integriertem Rahmen und/oder Dichtung
- typenrein, recyclefähig, veraschbar, z. B. nur aus Fasern bestehend
- mit der Wandstärke progressiv veränderte Porengrößen, ent weder für größtmögliches Staubaufnahmevermögen oder für regenerierbare Oberflächenfiltration
- kein Abfall, keine Staubbildung oder Produktionslärm
- geringer Energieverbrauch, umweltfreundlich durch ge schlossenen Wasserkreislauf
- Abfall- und Kurzfasern können fast ausschließlich verwen det werden
- höchste Abscheideleistungen der Filter durch Einsatz von Mikrofasern
- Eigenschaften, wie z. B. Leitfähigkeit, Elektretcharakter, Steifigkeit und Härte können integriert werden.

Außer Filterelementen können beispielsweise auch Lärmschutzelemente, Dämmelemente, Luftverteilerelemente, Stützelemente und andere, offenporige, luft- und wasser-durch lässige Elemente hergestellt werden.

Wie bereits vorerwähnt, können Dicht- und Anklemmrahmen aus dem gleichen Material wie das Filter selbst mit angeformt wer den. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Filter oder dergleichen zusätzlich mit einem Dicht- oder Versteifungsrah men auszurüsten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen insbesondere von Filtern und der gleichen offenporigen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dispersion (5) oder dergleichen mit in einer Flüssigkeit befindlichen, durch Fasern und/oder Filterma terialteilchen gebildetem Filtermaterial durch eine po röse, im wesentlichen flüssigkeitsdurchlässige Filterform (3) gefördert wird und daß nach einer vorgebbaren Zeit der sich aus den in der Filterform angelagerten Fil termaterialteilchen gebildete Filterkörper entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Filterform (3) hindurch geförderte Dispersion (5) mit einem Restgehalt von Filtermaterial in einem im wesentlichen geschlossenen Förderkreislauf der Filterform (3) erneut zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise im wesentlichen Wasser vermischt und dann der Filterform zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dispersion (5) vor dem Zuführen zu der Filterform (3) durchlüftet und/oder mechanisch durch mischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß zum Durchfördern der Dispersion (5) durch die Filterform (3), zuströmseitig ein Überdruck und/oder abströmseitig ein Unterdruck erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Filter (2) vorzugsweise noch in der Filterform (3) befindlich einem anschließenden Trocken- und/oder Schmelz- und/oder Sinter- und/oder Tauch- und/oder Sprühvorgang zugeführt wird.

7. Vorrichtung zur Herstellung insbesondere von Filtern aus Fasern und/oder Filtermaterialteilchen, die sich in einer Flüssigkeit verteilt befinden und zusammen mit der Flüs sigkeit eine Dispersion bilden, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine poröse und von der Flüssigkeit durchströmbare Filterform (3) aufweist, die in einem Strö mungskanal oder dergleichen eingesetzt ist und daß Förder mittel zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmung vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Dispersion (5) oder dergleichen ein Mischtank (4) mit vorzugsweise im unteren Bereich angeord neter Filterformaufnahme sowie ein abströmseitig hinter der Filterformaufnahme angeordnetes Auffang- und Vorrats behältnis (7) vorgesehen sind und daß in dem Mischtank (4) stromaufwärts vor der Filterformaufnahme Durchmischungs mittel (12, 13) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterformaufnahme(n) zur Aufnahme bzw. zum Einsetzen einer oder mehrerer, auch unterschiedlicher Filterformen (3) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß stromabwärts hinter der Filterform (3) in einem zum Auffang- und Vorratsbehältnis (7) führenden Auslaßkanal oder dergleichen, gegebenenfalls auch in einer zu dem Mischtank (4) führenden Rückführleitung (10) ein Ventil (9) angeordnet ist (sind).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß als Durchmischungsmittel im Mischtank (4) ein Rührwerk (12) und/oder Drucklufteinblasdüsen (13) oder dergleichen vorgesehen sind und daß die Druckluftein blasdüsen vorzugsweise auch zum Druckaufbau innerhalb des Mischtankes (4) dienen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dispersion als Flüssigkeit vorzugs weise Wasser und als Filtermaterialteilchen Fasern, insbe sondere Kurzschnitt-, Reiß- oder Abfallfasern oder Mikro fasern und/oder Granulat und/oder Sintermaterial und/oder Aktivkohle enthält.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mischtank (4) mit seiner Längser streckung etwa vertikal auf dem Auffang- und Vorratsbe hältnis (7) angeordnet ist und daß eine Rückführleitung (10), in der sich eine Förderpumpe (11) befindet, vom Auf fang- und Vorratsbehältnis (7) zu dem Mischtank (4) führt.

14. Filter oder dergleichen hergestellt nach dem Verfahren ge mäß Anspruch 1 bis 6 bzw. mit Hilfe der Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es aus ei ner oder mehreren Schichten (14, 15, 16) von aus einer Di spersion oder dergleichen herausgefilterten Filtermateri alteilchen gebildet ist und daß das Filtermaterial zumin dest anteilig aus Kurzfasermaterial und/oder Mikrofasern und/oder Abfallfasern besteht.

15. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Schichten (14, 15, 16) aus unterschiedlichen Fa sern und/oder Filtermaterialteilchen aufweist.