DE60002690T2

DE60002690T2 - Methode und apparat zur herstellung schmelzgeblasener filterkartuschen mit schmelzgeblasenen kernen und daraus hergestellte filterkartuschen

Info

Publication number: DE60002690T2
Application number: DE60002690T
Authority: DE
Inventors: Brian Mozelack; J. Robert SCHMITT; D. Steven BARBOZA; Praveen Jana; Ngoc Son NGUYEN; R. Ronald GSCHWANDTNER; D. Robert CONNOR; W. Timothy YINGLING
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: CN1353624A; CA2366456A1; CA2366456C; AU4038700A; US6662842B2; WO2000057983A1; IL145657A0; ATE240146T1; US6342283B1; EP1165205A1; US20020031629A1; EP1165205B1; DE60002690D1; US20020025397A1; JP2002539931A; JP4785253B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Strömungsmittelfiltration. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung zylindrische, entsorgbare Filterpatronen und Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Herstellung, wobei die Filterpatrone ein Kernelement und ein das Kernelement umgebendes, schmelzgeblasenes Vlies-Filtermedium hat.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Filterpatronen, die aus einer Vliesmasse aus schmelzgeblasenen Polymerfasern von unbegrenzter (kontinuierlicher) Länge gebildet sind, sind bekannt und haben bei der Strömungsmittelfiltration vielfache Verwendung gefunden. Typischerweise werden diese schmelzgeblasenen Filterpatronen durch Extrudieren eines Polymeren durch Austrittsöffnungen in Verbindung mit einer Schmelzblasform hergestellt, um Fasern von ununterbrochener Länge zu bilden, die zu einem axial länglichen, rotierenden Dorn geleitet werden. Während des Schmelzblasens wirkt ein Strom Inertgas (z. B. Luft) auf die geschmolzenen Fasern, um die Fasern auf relativ feine Durchmesser zu verjüngen und die verjüngten Fasern auf dem Dorn zufällig zu verteilen. Mit der Zeit entsteht daher auf dem Dorn eine ringförmige Masse vliesartiger, regellos miteinander vermischter, fest gewordener Fasern. Eine gesteuerte Axialbewegung der aufgebauten Masse der schmelzgeblasenen Fasern relativ zu der Schmelzblasform ermöglicht daher die kontinuierliche Bildung einer zylindrischen Filterpatrone von unbegrenzter Länge.
In der Vergangenheit wurde vorgeschlagen, diese schmelzgeblasenen Filterpatronen mit und ohne ein separates Kernelement kontinuierlich herzustellen. Beispielsweise sind kernlose schmelzgeblasene Filterpatronen in der Technik aus US-Patent Nr. 5,340,479 von Szczepanski et al. bekannt (nachfolgend "das Patent '479 von Szczepanski et al."). Nach dem Patent '479 von Szczepanski et al. werden kernlose schmelzgeblasene Filterpatronen dadurch gebildet, daß man Ströme von Polymerfasern zu einem rotierenden Dorn leitet, der zur Unterstützung der schmelzgebla senen polymeren Filamente während des Herstellungsverfahrens dient. Der resultierende rohrförmige Filterteil wird anschließend von dem Dorn axial abgezogen und enthält eine zentrale Trägerzone aus vliesartigen Polymerfilamenten und eine Filtrationszone aus vliesartigen polymeren Filamenten, die die zentrale Trägerzone umgibt.
Es sind auch rohrförmige Filterpatronen mit separaten zentralen Kernelementen bekannt. Hierzu werden verjüngte Ströme polymerer Fasern typischerweise durch Schmelzblasen auf ein rotierendes und sich axial verschiebendes Kernelement aufgebracht, wo die Fasern sich zu einer faserartigen Vliesmasse aufbauen. Das Kernelement bildet so eine integrale, zentrale Trägerkontruktion für die faserige Vliesmasse während des Herstellungsverfahrens und später währned der Filtration, wenn die Filterpatrone in Betrieb ist. Die Bildung solcher Filterpatronen mit integrierten Kernelementen ist jedoch bei kontinuierlicher Produktion etwas problematisch.
In der Technik existieren mehrere Vorschläge zur Herstellung von Filterpatronen mit integralen separaten Kernelementen auf kontinuierlicher Produktionsbasis. Beispielsweise beschreiben die US-Patente Nr. 4,112,159 und 4,116,738 von Pall (nachfolgend "die Pall-Patente '159 und '738) die zeitweilige stirnseitige Verbindung von aufeinanderfolgenden vorgeformten Kernelementen mittels koaxial zwischengesetzter Distanzkörper, so daß die verbundenen vorgeformten Kernelemente relativ zu einer Schmelzblasform während der kontinuierlichen Produktion der schmelzgeblasenen Filterpatronen als eine Einheit rotieren und axial verfahren werden können. Die schmelzgeblasene Faserschicht wird anschließend etwa in der Mitte der Distanzkörper durchschnitten, wobei eine Überlappung bleibt, die sich an jedem Ende über die Kernelemente hinaus erstreckt und es dadurch ermöglicht, eine Filterlänge wegzuziehen, indem man den Kernteil des nächstfolgenden Distanzkörpers abzieht. Vermutlich werden die von den Filterlängen entfernten Distanzkörper dann in dem in den Pall-Patenten '159 und '738 beschriebenen Verfahren wieder benutzt.
Als Alternative zum Einsatz vorgeformter Kernelemente beschreiben die Pall-Patente '159 und '738 auch, daß das Kernelement durch eine kontinuierliche, drehbare, rohrförmige Extrusionsform in situ gebildet werden kann. Das Kernelement wird so kontinuierlich in Rohrform mit einem offenen zentralen Durchgang kontinuierlich extrudiert. Vor der Ankunft der schmelzgeblasenen Fasern wird das extrudierte Kernelement durch Schneideinrichtungen perforiert oder geschlitzt, um eine Mehrzahl von Öffnungen für den Strömungsmitteldurchtritt in den zentralen offenen Kanal des Kerns zu schaffen.
Die in den Pall-Patenten '159 und '738 beschriebenen Verfahren sind nicht ohne Nachteile. Wenn man beispielsweise Distanzkörper als Mittel zur stirnseitigen Kupplung vorgeformter Kernelemente benutzt, muß dafür gesorgt werden, daß das schmelzgeblasene Fasermedium etwa in der Mitte des Distanzkörpers geschnitten wird, wodurch die Maximallänge der Filterpatrone auf die Länge des vorgeformten Kernelements begrenzt ist. Ferner kann der Schnitt nicht gänzlich durch das schmelzgeblasene Fasermedium und den Distanzkörper durchgeführt werden, da sonst ein Verlust des Distanzkörpers resultieren würde, wodurch die Gesamtproduktionskosten der Filterpatrone erhöht würden. Auf der anderen Seite beinhaltet die kontinuierliche Extrusion des Kernelements notwendigerweise die Bereitstellung einer drehbaren Extrusionsform und einer Einrichtung zur Kernperforierung, die bei schon vorgebildeten Kernelementen nicht kostenwirksam sein können.
In jüngerer Zeit wurde durch US-Patent Nr. 5,653,833 von Mozelack et al. (nachfolgend "das Patent '833 von Mozelack et al.") ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung schmelzgeblasener Filterpatronen mit vorgeformten Kernelementen beschrieben. Nach dem Patent '833 von Mozelack et al. werden vorgeformte thermoplastische Elemente koaxial mit ihren Stirnseiten aneinander reibungsverschweißt, so daß die Kernelemente integral miteinander verbunden sind. Das integral koaxial verbundene, vorgeformte Kernelement kann so während der kontinuierlichen Herstellung zylindrischer, schmelzgeblasener Filterpatronen unbeschränkter Länge relativ zu den Schmelzblasformen als Einheit rotiert und verfahren werden. Im Anschluß an das Schmelzblasen der polymeren Fasern auf die verbundenen Kernelemente können die Filterpatronen-Vorformlinge (vorzugsweise on-line) auf die gewünschten Längen geschnitten werden.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert. Im umfassenden Sinne betrifft die vorliegende Erfindung Filterpatronen mit einem Kernelement, das gebildet ist aus einer nicht-filtrierenden, selbsttragenden Vliesmasse aus kontinuierlichen synthetischen polymeren Fasern unbegrenzter Länge und wenigstens einer ringförmigen Filtrationszonenschicht, die aus einer Masse kontinuierlicher synthetischer polymerer Vliesfasern unbegrenzter Länge gebildet ist. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung dieser Filterpatronen werden hier beschrieben.
Besonders bevorzugt wird das Vlies-Kernelement in situ bei der Filterpatronenherstellung durch Schmelzblasen von synthetischen polymeren Faserstömen hin zu einem Formierdorn gebildet. Die das Kernelement bildenden Fasern haben genügenden Durchmesser und/oder eine ausreichende Dichte, um eine Vlies-Matrixstruktur von in hohem Maße offenem Querschnitt zu definieren, die unter normalen Filtrationsbedingungen keine Filterfunktion hat, jedoch dem Kernelement eine ausreichende axiale und radiale Steifigkeit verleiht, um während der Herstellung und der Filtration die Fasern der Filtrationszone zu tragen. Wenn das Kernelement einmal gebildet ist, stellt es einen Formierungsdorn dar, auf dem die anschließend schmelzgeblasenen Fasern der Filtrationszone gesammelt werden können.
Es ist wichtig, daß die faserige Vliesmasse des Kernelements voll-kommen fest geworden sein muß, bevor die Fasern der Filtrationszone aus der Schmelze aufgeblasen werden. Nach der vorliegenden Erfindung bedeutet das, daß die Fasern der Filtrationszone mit der das Kernelement bildenden Fasermasse überwiegend mechanisch ineinandergreifen anstatt mit ihr schmelzgebunden zu sein. Auf diese Weise kann eine relativ offene Porenstruktur des Kernelements in dem Filterpatronen-Fertigprodukt aufrecht erhalten werden (d. h. es führt keine Filterfunktion aus).
Filterpatronen vorbestimmter Länge können aus einem anströmseitigen Filterpatronen-Vorformling unbegrenzter Länge geschnitten werden, der eine schmelzgeblasene ringförmige Schicht schmelzgeblasener Filtrationszonen-Vliesfasern hat, die ein schmelzgeblasenes faserartiges Kernelement umgeben. Nach der vorliegenden Erfindung können Filterpatronen von sehr genauer Länge dadurch erhalten werden, daß man den Vorformling einer Luft-Zwangskühlung unterwirft, um dadurch eine signifikante Schrumpfung der Filterpatrone mit der Zeit zu minimieren (wenn nicht gänzlich zu elimi nieren). Ferner ist quer zu dem Vorformling ein Schneidaggregat angebracht, das aber während des Schneidvorgangs mit dem Vorformling eine geschwindigkeitssynchronisierte Längsbewegung ausführen kann. Auf diese Weise können durch den Vorformling sehr genaue Schnitte geführt werden, die zur Erreichung genauer Nennlängen der Filterpatrone nicht notwendigerweise ein nachfolgendes Beschneiden erfordern.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen klarer.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEGLEITENDEN ZEICHNUNG
Nachfolgend wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren gleiche Strukturelemente bezeichnen.
1 ist ein schematischer Planentwurf einer beispielhaften bevorzugten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2A ist ein etwas vergrößerter Plan des Schmelzblas-Unteraggregats gemäß der vorliegenden Erfindung, das dazu dient, das zentrale Kernelement und darauf die Ringzone des Filtrationsfaservlieses zu bilden.
2B ist ein etwas vergrößerter Plan des Kühlungs-Unteraggregats gemäß der vorliegenden Erfindung.
2C ist ein etwas vergrößerter Plan des Filterpatronen-Schneid/ Umsetz-Unteraggregats gemäß der vorliegenden Erfindung.
2D ist ein etwas vergrößerter Plan des Fertigbearbeitungsunteraggregats gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine vergrößerte Querschnitts-/Seitenansicht des Schmelzblas-Unteraggregats nach der Linie 3-3 der 2A.
4 ist eine perspektivische Ansicht des kernbildenden Dornund Kernantriebssystems.
5 ist eine vergrößerte Stirnansicht des Kühlungsunteraggregats nach der Linie 4-4 der 2B.
Die 6A–6D sind perspektivische Ansichten der Arbeitsschrittfolge des Schneid-Unteraggregats, um die Filterpatronen-Vorform in vorbestimmte Filterpatronenlängen zu trennen.
Die 7A–7D sind perspektivische Ansichten einer Arbeits schrittfolge der Umsetz- und Endbearbeitungsunteraggregate gemäß der Erfindung.
Die 8A–8C sind Längsseitenansichten der Umsetz- und Endbearbeitungs-Unteraggregate gemäß der vorliegenden Erfindung, die die proportionalen Bewegungen ihrer Hauptkomponenten zwecks Anpassung an Filterpatronen unterschiedlicher Endlängen zeigen.
9 ist eine perspektivische, anströmseitig gesehene Ansicht eines sekundären Schneid-Unteraggregats, das es erlaubt, daß die anströmseitigen Produktionssysteme in den Zeiten betriebsfähig bleiben, wenn das primäre Schneidsystem außer Betrieb ist (z. B. zur Auswechselung von Sägeblättern an dem primären Schneid-Unteraggregat).
Die 10A und 10B sind in 20-facher bzw. 35-facher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographien eines beispielhaften schmelzgeblasenen Kernelements der vorliegenden Erfindung, das nach dem Beispiel unten hergestellt wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die begleitende 1 stellt ein Schaubild einer bevorzugten Anlage dar, die bei der Filterpatronenproduktionsvorrichtung FCA der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Hierbei besteht die Vorrichtung FCA allgemein aus einem Kernelement-Produktionsuntersystem 10, einem Filterfaser-Produktionsuntersystem 100, einem Vorform-/Kühlungsuntersystem 200 und einem Schneid- und Umsetzuntersystem 300. Im allgemeinen dient das Kernelementuntersystem 10 zum Schmelzblasen einer Masse von Vliesfasern zur Bildung eines zylindrischen Kernelements. Das Vlies-Kernelement wird dann kontinuierlich in Längsrichtung an dem Filterfaser-Produktionsuntersystem 100 vorbeibewegt, wo Filtrationsfasern auf das kontinuierlich rotierende und in Längsrichtung fahrende Kernelement aus der Schmelze aufgeblasen werden, um eine ausreichende radiale Dicke vliesartiger, schmelzgeblasener Filtrationsfasern als ringförmige Filtrationszone auf ihm zu bilden. Der Filterpatronen-Vorformling wird dann kontinuierlich durch das Kühlungsuntersystem 200 gefahren, wo tiefgekühlte Luft auf den Vorformling gelenkt wird, um sicherzustellen, daß alle ihn bildenden Fasern verfestigt und abgekühlt werden, damit eine spätere Schrumpfung signifikant minimiert (wenn nicht gänzlich verhindert) wird. Der abgekühlte Filterpatronen-Vorformling wird dann in dem Schneid- und Umsetzuntersystem 300 genau in vorbestimmte Längen geschnitten. Einzelne auf vorbestimmte Längen geschnittene Filterpatronen können dann durch das Untersystem 300 je nach Wunsch auf den Produktsammelbehälter PCB oder abstömseitige Endbearbeitungs-/Verpackungsstationen FPS umgesetzt werden.
Die begleitende 2A zeigt in etwas größeren Einzelheiten das Kernelement-Produktionsuntersystem 10 und das Filtrationsfaser-Produktionsuntersystem 100. An dem Kernelement-Produktionsuntersystem 10 ist zu sehen, daß ein längsausgerichteter (d. h. relativ zu der Längsachse des Filterpatronen-Vorformlings FCP und seiner Axialbewegungsrichtung während der Herstellung) Kern 12 auf dem Maschinenrahmen MF an seinem nahen Ende 12a mittels Lagerblöcken 14 nach Art eines Auslegers angebracht ist. Der Dorn 12 wird in einer gewählten Drehrichtung durch den Antriebsriemen 20 gedreht, der die Ausgangsrolle 22 eines (nicht gezeigten) Motors mit der Antriebsrolle 24 verbindet, die fest auf dem Ende 12a des Dorns 12 sitzt.
Thermoplastische Pellets werden durch den Kernfilamentextruder EC aufgeschmolzen und durch die Polymerleitung PL1 zu dem Kernfilament-Formaggregat DC gefördert. Wie bekannt, wird die Polymerschmelze aus dem Extruder EC durch Austrittsöffnungen geeigneter Größe mit der Schmelzblasform DC extrudiert, um Fasern zu bilden, die mit Hilfe eines Luftstroms zu dem rotierenden Formierungsdorn 12 gelenkt werden. Die aus der Blasform DC austretenden Fasern werden dann auf dem Dorn 12 gesammelt und durch eine Druckwalze 30 unter Bildung des Kernelements gepresst (das in 2A durch das Bezugszeichen CE gestrichelt dargestellt ist, siehe jedoch auch 4 und 5).
Die Druckwalze 30 kann durch einen Pneumatikzylinderaggregat 34 zu den gesammelten Fasern hin und von ihnen weg bewegt werden, um auf die Kernelementfasern während der Bildung den gewünschten Druck auszuüben. Ferner ist die Druckwalze 30 vorzugsweise in der Anströmrichtung etwas abgeschrägt (d. h. leicht konisch geformt) und relativ zu der Achse des Dorns 12 verwinkelt zwecks Anpassung an die Dimension des Kernelements CE, wenn es sich durch die Ansammlung der von der Blasform DC abgegebenen Faserströme aufbaut. Die Winkelausrichtung der Walze 30 wird somit zwischen dem anströmseitigen Ende der Walze 30 und der dicht gegenüberliegenden Oberfläche des Dorns 12 einen anströmseitigen Spalt bilden, der eine geringere Dimension hat als der abströmseitige Spalt zwischen einem ab strömseitigen Ende der Walze 30 und dem entsprechenden gegenüberliegenden Oberflächenteil des Dorns 12.
Wie in 2A gezeigt, ist insbesondere die Blasform DC gegenüber der Druckwalze 30 versetzt (d. h. nicht in direkter Gegenüberlage angeordnet). Infolge dieses Versatzes wird sich ein Anströmteil der von der Blasform DC abgegebenen Faserströme zunächst frei auf dem Dorn 12 ohne Kontakt mit der Walze 30 ansammeln. Anschließend wird diese anfängliche Ansammlung von aus der Blasform DC kommenden anströmseitigen Fasern durch den anströmseitigen Spaltraum zwischen dem Anströmende der Walze 30 und dem Dorn 12 gedrückt (nämlich infolge der Abström-Axialverschiebung des Kernelements CE während der Formierung). Diese anfänglichen Anströmfasern werden dann auf ein Maß komprimiert, das nach Beendigung eine relativ glatte innere Oberfläche des Kernelements CE bildet. Die Bildung dieser innenseitigen Glattheit wird ferner dadurch unterstützt, daß der Dorn 12 mit Löchern in der Fläche versehen wird, wo die Fasern aus der Blasform DC gesammelt werden. Ein Preßluftstrom wird dem Hohlraum des Dorns 12 durch die Leitung 12c zugeführt und tritt somit durch die Löcher in jener Fläche aus, wo die Kernelementfasern sich auf dem Dorn 12 angesammelt haben. Demzufolge wird die Preßluft die Kühlung und das Festwerden der von der Blasform DC ausgehenden und auf dem Dorn gesammelten Fasern unterstützen, was seinerseits die Entfernung des Kernelements CE von dem freien Ende 12b des Dorns bei der Axialbewegung zu dem Filtrationsfaser-Produktionsuntersystem 100 unterstützt.
Ein Kernelement-Antriebsaggregat 40 ist abströmseitig der Schmelzblasform DC angeordnet. Wie in den 3 und 4 vielleicht deutlicher zu sehen ist, umfaßt das Antriebsaggregat 40 eine untere angetriebene Walze 42 und ein Paar seitlicher angetriebener Walzen 44. Die Walze 42 und das Walzenpaar 44 sind um den Umfang des Kernelements CE im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Walze 42 ist drehbar auf dem Lagerblock 42-1 angebracht, der an einem Bestandteil des Maschinenrahmens MF starr befestigt ist. Die Walzen 44 andererseits sind jeweils durch Lagerblöcke 44-1 drehbar angebracht. Diese Lagerblöcke 44-1 sind ihrerseits an Montageplatten 44-2 starr befestigt. Die Montageplatten 44-2 sind selbst um die Achsen 44-3 zu dem Kernelement CE hin und von diesem weg schwenkbar angebracht. Die Montageplatten 44-2 sind an den Betätigungs arm 44-4 des Zylinders 44-5 angeschlossen. So wird die Betätigung des Zylinders 44-5 die Schwenkung der Platten 44-2 um die betreffenden Achsen 44-3 veranlassen, um die Walzen 44 gegen das Kernelement CE oder von diesem weg zu bewegen.
Die Walzen 42 und 44 werden durch Aggregate 50 aus Kettenrad und Kette angetrieben, die ihrerseits betriebsmäßig an einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Die Drehachsen der Walzen 44 sind geringfügig, aber absichtlich so verkantet, um das Kernelement CE in eine axiale Verschiebungsbewegung in Abströmrichtung zu treiben (d. h. aus der Ebene der 3 aufwärts). Somit wird das in situ vorgeformte Kernelement CE kontinuierlich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (d. h. bestimmt durch den Verkantungswinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit der Walze 44) von dem freien Ende 12b des Dorns 12 abgezogen und zu dem abströmseitigen Filtrationsfaser-Produktionsuntersystem 100 umgesetzt. Das bedeutet, daß abströmseitig des Antriebsaggregats 40 das Kernelement CE als der Formierungsdorn und die einzige Trägereinrichtung während des Schmelzblasvorgangs der Filtrationsfasern in dem Untersystem 100 dient. Eine Kugelgelenkkupplung 12c ist zwischen dem Ende 12b des Dorns 12 und dem verbleibenden starren anströmseitigen Formierungsabschnitt 12d (das ist der Abschnitt des Dorns 12, auf den die Kernelementfasern in dem Untersysten 10 aus der Schmelze aufgeblasen werden) vorgesehen. Die Kugelgelenkkupplung 12c erlaubt dem Ende 12b somit, sich winkelmäßig frei um zwei Achsen zu bewegen, die zu der Achse des anströmseitigen Formierungsabschnitts 12d senkrecht stehen. Diese Bewegungsfreiheit ist typischerweise beim Anfahren des Systems ganz wichtig, um dem beim Anfahren gebildeten (und typischerweise unvollständigen) Kernelementabschnitt zu ermöglichen, mit den Walzen 42 und/oder 44 in Berührung gehalten zu werden.
Wie in den Photomikrographien der 10A und 10B gezeigt ist, besteht das Kernelement CE aus einer Vliesmasse schmelzgeblasener bandartiger Fäden. Das bedeutet, daß diese bandartigen Fäden aus vielen schmelzgeblasenen Fasern von kleinerem Durchmesser und kontinuierlicher Länge bestehen, die im wesentlichen seitlich aneinanderliegend entlang wenigstens von Längsteilen ihrer Umfangsoberfläche vereinigt sind. So soll die Bezeichnung "Faden" bedeuten, daß viele einzelne schmelzgeblasene Fasern von ununterbrochener Länge an axial ausgedehnten Stellen entlang der Längsausdehnung der Fasern miteinander schmelzverbunden sind, so daß die einzelnen Fasern im wesentlichen Seite an Seite und voneinander untrennbar sind, um eine bandartige (z. B. im wesentlichen ebene) Mehrfachfaserstruktur zu bilden. Diese Fäden in dem Kernelement CE sind an ihren Kreuzungspunkten auch thermisch aneinander gebunden, so daß das Kernelement CE insbesondere nach der Abkühlung gänzlich starr ist.
Der Nenndurchmesser dieser bandartigen Fäden (d. h. der nominelle Querschnittsdurchmesser eines Kreises, der die Querschnittsgeometrie der Fäden vollständig umschreibt oder umgibt) liegt zwischen etwa 100 und etwa 1500 μm und insbesondere zwischen etwa 200 und 900 μm. Diese Vliesfäden bilden so eine relativ offene Matrix, die eine mittlere Porosität (Hohlraumvolumen) von mehr als etwa 30% und typischerweise mehr als etwa 40% hat. Im spezifischen Fall wird die bevorzugte mittlere Porosität (Leerraumvolumen) des Kernelements CE nach der vorliegenden Erfindung zwischen etwa 30% und etwa 80% und insbesondere zwischen etwa 40% und etwa 60% liegen.
Infolge der hochporösen Struktur des Kernelements CE und der relativ großen Porengrößen, die aus dem Aufbau des Kernelements resultieren, hat es auch im wesentlichen keine Filtrationsfunktion. Die Bezeichnung "Filtration" bedeutet, daß ein wesentlicher Anstieg der Druckdifferenz (∆P) nach wenigstens etwa 30 Minuten beobachtet wird, wenn Wasser, das mit 2,5 Gallonen/Minute (gpm) [0,57 m³/h] strömt und 200 Teile je Million (ppm) einer feinteiligen Verunreinigung enthält, von der wenigstens 50 Vol.-% der Teilchen eine mittlere Größe von etwa 65 μm oder mehr haben, durch die Kernwandung eines Kernelements hindurchtritt, das die Dimensionen von 1,07 Zoll Innendurchmesser (ID) × 1,5 Zoll Außendurchmesser (OD) × 10 Zoll Länge hat [2,72 cm ID × 3,81 cm OD × 25,4 cm Länge]. So erfolgt im wesentlichen keine "Filtration", wenn im wesentlichen nach 30 Minuten Strömungsmittelströmung durch die Kernelementwandung nach den unmittelbar zuvor angegebenen Bedingungen keine Druckdifferenz beobachtet wird. Das bedeutet, daß im wesentlichen kein Anstieg der Druckdifferenz somit ein Anzeichen für minimalen (wenn überhaupt) Teilcheneinschluß in der Fasermatrix des Kernelements ist.
Wie oben erwähnt, wird das Kernelement CE kontinuierlich in Abströmrichtung zu dem Filterfaser-Produktionsuntersystem 100 gefahren. Definitiv werden Filtrationsfasern aus der Schmelze auf das kontinuierlich (und gleichzeitig) rotierende und sich axial verschiebende Kernelement CE an dem Untersystem 100 aufgeblasen. Insbesondere entspricht das Filterfaser-Produktionsuntersystem 100 dem US-Patent Nr. 5,591,335 von Barboza et al.. Mehrere (z. B. im Falle der in den beigefügten Figuren abgebildeten Ausführungsform drei) Schmelzblasfiltrationsfaserformen DF1–DF3 werden aus zugehörigen Extrudern FE1–FE3 mit geschmolzenem thermoplastischem Polymermaterial beschickt. Wenigstens eine zusätzliche Schmelzblasform DF4 wird mit einem separaten Strom thermoplastischer Polymerschmelze aus ihrem angeschlossenen Extruder FE4 versorgt. Die von der Form DF4 abgegebenen Filamentströme treffen so auf die Umsetzwalze 102, die sie in Zusammenlage mit wenigstens einem der aus den Formen DF1, DF2 und DF3 abgegebenen Faserströmen bringt. Bei der gezeigten Ausführungsform werden die von der Form DF4 gebildeten Fasern z. B. im wesentlichen mit den durch die Form DF2 gebildeten Fasern in Zusammenlage gebracht, wobei natürlich ersichtlich ist, daß der Ort der Form DF4 verschoben werden könnte, um diese Faserplatzierung zu verändern.
Der resultierende Filterpatronen-Vorformling (in 2A gestrichelt mit Bezugszeichen FCP bezeichnet) wird insbesondere ringförmige Bänder oder Zonen von Filterfasern entsprechend den Fasereigenschaften der von den Formen DF1–DF3 abgegebenen Fasern enthalten. In wenigstens einer dieser ringförmigen Bänder oder Zonen werden mit den Filtrationsfasern zusammen weitere von der Form DF4 abgegebene Fasern angeordnet sein. Insbesondere wird daher der Filterpatronen-Vorformling FCP (und die davon abgetrennten Filterpatronen, wie unten im einzelnen beschrieben wird) infolge von Differenzen zwischen den Fasereigenschaften von einer Ringzone zur anderen Tiefenfiltrationseigenschaften zeigen. Auch könnten gewünschtenfalls in einer Anzahl der Filtrationszonen Stützfasern angeordnet werden. Es ist jedoch zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Herstellung von Tiefenfilterpatronen beschränkt ist. Eine einzige ringförmige Schicht Filtrationsfasern kann daher aus der Schmelze durch eine einzige Schmelzblasform auf das Kernelement CE aufgeblasen werden. Es genügt hier zu sagen, daß zahlreiche Modifizierungen und gleichwertige Filterpatronenstrukturen von Fachleuten unter Benutzung der Vorrichtung und der Produktionstechnik der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden können.
Praktisch jedes thermoplastische Polymere, das schmelzgeblasen werden kann, kann nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Diese Polymeren können z. B. sein Polyolefine (z. B. Polymere und Copolymere von Polyethylen, Polypropylen und dergl.), Polyamide (z. B. Nylon 6, Nylon 6,6 und andere Nylons), Polyester (z. B. Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polycyclohexylendimethylenterephthalat und dergl.), Acetale, Fluorpolymere (z. B. Ethylen-Chlortrifluorethylen), Polyphenylensulfid, bioabbaubare Polymere (z. B. Polylaktid), Flüssigkristallpolymere, Polyetheretherketone (PEEK), Polystyrole, Polymere der Vinylidenmonomeren, wie Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylidenchlorid und Acrylnitril, und deren Gemische. Besonders bevorzugt werden die Polyolefine, Polyester und Nylons. Die thermoplastischen, schmelzblasbaren Polymeren können "jungfräuliche" Polymere sein oder sie können wiederverwertete Polymere sein oder bedeutende Mengen davon enthalten.
Nach dem Schmelzblasen der Filtrationsfasern in dem Filtrationsfaser-Produktionsuntersystem 100 wird der Filterpatronen-Vorformling (nachfolgend als "FCP" bezeichnet) kontinuierlich axial in und durch das Kühlungs-Untersystem 200 gefahren, das genauer in den begleitenden 2B und 5 abgebildet ist. Wie gezeigt, wird der Filterpatronen-Vorformling FCP von einem Paar seitlich (d. h. relativ zu der axialen Bewegung des Vorformlings FCP) auf Abstand gehaltener, paralleler Trägerwalzen 202 getragen. Eine Luftleitung 204 leitet tiefgekühlte Luft aus einem herkömmlichen Luft-Tiefkühler (nicht gezeigt) durch Übergangskammern 206 bzw. 208 zu der Unterseite des Vorformlings FCP.
Wie vielleicht in der begleitenden 5 deutlicher gezeigt ist, hat die Verteilungskammer 208 gegenüberliegende Seitenwände 208a, 208b, die nach oben und nach innen zu dem Vorformling FCP konvergieren und in einem zur Längsachse des Vorformlings parallel ausgerichteten Abgabeschlitz 208c enden. Der Abgabeschlitz 208c ist somit unterhalb des auf den Walzen 202 abgestützten Vorformlings FCP angeordnet. Ein Siebelement 210 ist zwischen der Abgabedüse 208c und dem Vorformling FCP angeordnet, um zu verhindern, daß Fremdmaterial in die Kammer 208 eintritt. Da der Vorformling kontinuierlich rotiert und entlang den Trägerwalzen 202 in Längsrichtung verfahren wird, wird die tiefgekühlte Luft die den Vorform ling FCP bildenden Fasern vor der Weiterverarbeitung wesentlich abkühlen. Wenn der Vorformling FCP das Kühlungsuntersystem 200 verläßt, erfahren daher der Vorformling FCP und die daraus geschnittenen Filterpatronen nur eine minimale Schrumpfung der Dimension.
Der Vorformling FCP wird kontinuierlich aus dem Abkühlungsuntersystem 200 axial in das Schneid- und Umsetzuntersystem 300 übergeben, das im einzelnen in den begleitenden 2C und 2D gezeigt ist. Insbesondere wird der äußere Umfang des Vorformlings FCP durch das Antriebsaggregat 302 erfaßt. Wie das zuvor diskutierte Kernelement-Antriebsaggregat 40 enthält das Vorformling-Antriebsaggregat 302 eine untere Trägerwalze 304 und ein Walzenpaar 306. Diese Walzen 304 und 306 sind an dem Umfang des Filterpatronen-Vorformlings FCP mit Abstand voneinander angeordnet. Die Walzen 306 können durch die Zylinder 306-1 und ihre Betätigungsarme 306-2 zu dem Vorformling FCP hin und von diesem weg bewegt werden. Die Walzen 304 und 306 sind ebenso wie die oben diskutierten Walzen 42 und 44 angetrieben, so daß sie den Vorformling FCP mit derselben Drehgeschwindigkeit und in derselben Drehrichtung drehen. Ferner sind die Achsen der Walzen 304 und 306 geringfügig, aber absichtlich verkantet, so daß ihre Drehung auf den Filterpatronen-Vorformling so einwirkt, daß dieser mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit kontinuierlich axial in Abströmrichtung bewegt wird.
Der Vorformling FCP wird abströmseitig des Antriebsaggregats 302 durch ein Paar seitlich beabstandeter Trägerwalzen 308-1, 308-2 getragen, die beide um ihre Längsachse drehbar gelagert sind. Ein Schneidaggregat 310 ist in der Nähe der anströmseitigen Enden der Walzen 308-1, 308-2 angeordnet, um den Vorformling FCP in vorbestimmte Längen zu schneiden und so daraus Filterpatronen zu bilden. Im einzelnen enthält das Schneidaggregat 310 eine Drehsäge 312, die zu hin und her gehenden Bewegungen zu dem Filterpatronen-Vorformling FCP hin und von ihm weg auf einem Schlittenaggregat 314 angebracht ist. Wenn die Säge 312 somit zu dem Vorformling FCP hin vorbewegt wird, trennt sie ihn längs einer Ebene quer zu der Längsachse des Vorformlings. Der abströmseitige Abschnitt des Vorformlings, der von ihrem anfahrseitigen Abschnitt getrennt wurde, wird so die Filterpatrone FC (siehe z. B. 7A–7D), die gewünschtenfalls weiterverarbeitet werden kann (z. B. durch Anbringung von Endkappen an ihr, Zurichten ihrer Enden und/oder Verpacken zum Vertrieb).
Die Säge 312 wird durch einen Motor 316 mit hoher Drehzahl angetrieben. Die Säge 312, das Schlittenaggregat 314 und der Motor 316 sind gemeinsam auf einer Plattform 318 montiert, damit das gesamte Aggregat axial und parallel zu dem kontinuierlich axial fahrenden Vorformling FCP bewegt werden kann, dessen Zweck weiter unten im einzelnen diskutiert wird.
Ein Geschwindigkeitssensoraggregat 320 ist abströmseitig des Schneidaggregats 310 vorgesehen. Wie weiter unten genauer beschrieben wird, stellt das Geschwindigkeitssensoraggregat 320 im allgemeinen die Geschwindigkeit der axialen Abfahrbewegung des Filterpatronen-Vorformlings FCP fest, die dann die Nachführung des Schneidaggregats 310 und der von ihm getragenen Säge 312 und ihre Bewegung mit der gleichen axialen Verschiebungsgeschwindigkeit wie der des Vorformlings FCP ermöglicht. Auf diese Weise können daher Filterpatronen von extrem genauen Fertiglängen im Vergleich zum Einsatz eines nicht axial beweglichen Schneidaggregats hergestellt werden.
Das Geschwindigkeitssensoraggregat 320 hat einen Trägerrahmen 322, der mit einer mit Gewinde versehenen Steuerstange 324 schraubbar gekuppelt ist. Die Drehung der Steuerstange 324 in der einen oder andere Drehrichtung bewirkt eine Parallelbewegung des Trägerrahmens 322 zu der Längsachse des Filterpatronen-Vorformlings FCP zwischen verschiedenen anström- bzw. abströmseitigen Stellungen. Ein vorderer Abschnitt 322-1 des Trägerrahmens 322 ist auch längs eines Führungsstabs 326 unabhängig verfahrbar. Der vordere Abschnitt 322-1 trägt einen Sensorkopf 328, der koaxial zu dem Filterpatronen-Vorformling FCP angebracht ist und in eine anströmseitige Richtung (d. h. nach rückwärts) vorsteht.
Das Abschlußende des Filterpatronen-Vorformlings FCP wird somit rechtzeitig mit dem Sensorkopf 328 in Kontakt kommen, der über die Steuerstange 324 und den Trägerrahmen 322 an einer nominellen abströmseitigen Stelle positioniert ist, so daß eine fortgesetzte Axialverschiebung des Vorformlings FCP danach den Trägerrahmenabschnitt 322-1 längs des Führungsstabs 326 in eine axiale Abströmrichtung fährt. Die Axialbewegung des Trägerrahmenabschnitts 322-1 wird durch einen geeigneten linearen Abstandssensor 320-1 gemessen, der Positions- und Geschwindigkeitssignale über eine in einem flexiblen Kabelgehäuse 330 enthaltene Verkabelung zu dem programmierbaren Steuerungsgerät PC (siege 1) überträgt. Diese Positions- und Geschwindigkeitssignale werden dann von dem Steuerungsgerät PC benutzt, um die Bewegung des Schneidaggregats 310 zu aktivieren und zu koordinieren, um sicherzustellen, daß von dem Vorformling FCP Filterpatronen von genauer Länge abgeschnitten werden.
Wenn die Filterpatrone FC von dem Vorformling FCP abgetrennt ist, muß sie aus dem ununterbrochenen axialen Verschiebungsweg des Vorformlings herausbewegt werden. Um diesen Vorgang zu bewerkstelligen, ist das Untersystem 300 mit mehreren länglichen Umsetzarmen 340 versehen, die quer unterhalb der axialen Bahn des Vorformlings FCP angeordnet sind. Die Walze 308-2 ist beidendig an Schwenkarmen 348 angebracht, die es ermöglichen, die Walze 308-2 zwischen einem in 2C gezeigten tragenden Zustand, in dem das Walzenpaar 308-1, 308-2 gemeinsam die zwischen ihnen liegende Filterpatrone trägt, und einem nicht-tragenden Zustand zu verschwenken, in dem der Raum zwischen den Walzen 308-1 und 308-2 genügend vergrößert wird, damit die Filterpatrone durch Schwerkraft in die wartenden Greiferfinger 340-1 (siehe 7A) der Umsetzarme 340 fallen kann.
Die von dem Vorformling FCP abgetrennten Filterpatronen FC werden dann zu einer Endbearbeitungsstation 350 umgesetzt, die in der begleitenden 2D deutlicher gezeigt ist. Im einzelnen schwenken die eine Filterpatrone FC tragenden Umsetzarme 340 aus ihrer Aufnahmeposition unmittelbar unter den Walzen 308-1, 308-2 um die Trägerstange 342 (siehe 6A–6D) um etwa 180° in eine Endposition, in der die Filterpatrone FC zwischen zwei axial einander gegenüberliegenden Ultraschall-Schweißhörnern 352, 354 angeordnet ist. Das abströmseitige Ultraschall-Schweißhorn 354 ist auf einem Trägerrahmen 356 angebracht, der selbst mit einer mit Gewinde versehenen Steuerstange 358 schraubbar gekuppelt ist. Die Steuerstange 358 kann durch einen geeigneten Schrittmotor 360 gedreht werden. Wenn daher die Steuerstange 358 in der einen oder anderen ausgewählten Drehrichtung gedreht wird, wird das Ultraschall-Schweißhorn 354 axial näher an das anströmseitige Horn 352 heran oder weiter von diesem weg bewegt. Die Steuerverkabelung kann über einen flexiblen Kabelrahmen 362 zu den Komponenten verlegt werden.
Wie deutlicher in den begleitenden 6A–6D gezeigt ist, ist jeder Umsetzarm 340 an einer parallel zu dem Filterpatronen-Vorformling ausgerichteten Trägerstange 342 zwecks Schwenkbewegungen um die Längsachse der Trägerstange angebracht. Ferner wird der Abstand zwischen den Umsetzarmen 340 durch die Steuerstangen 344, 346 steuerbar verändert. Im einzelnen ist der am weitesten abströmseitig befindliche Umsetzarm 340 mit der Steuerstange 344 verschraubt, während der mittlere Umsetzarm 340 mit der Steuerstange 346 verschraubt ist. Der am weitesten anströmseitig befindliche Umsetzarm 340 ist jedoch nicht mit der Steuerstange 344 verschraubt, sondern bleibt stattdessen in einer stationären (festgesetzten) Lage ohne Rücksicht auf die Bewegungen des mittleren und abströmseitigen Umsetzarms 340.
Um einen proportionalen Abstand zwischen den einzelnen Umsetzarmen 340 zu erreichen, ist die Anzahl der Gewindegänge je Längeneinheit der Steuerstange 346 gleich der zweifachen Zahl der Gewindegänge der Steuerstange 344. Ferner ist die Anzahl der Gewindegänge je Längeneinheit der Steuerstange 324, 344 und 358 gleich. Daher werden bei jeder Umdrehung. der Steuergewindestangen 324, 344 und 358 ihre aufgeschraubten angeschlossenen Konstruktionen axial um die gleiche lineare Strecke längs der Stangen verschoben. Die Drehung der Steuerstange 346 um die gleiche Umdrehungszahl je Zeiteinheit wie die der Steuerstangen 324, 344 und 358 wird jedoch den mittleren Umsetzarm 340 axial nur um eine lineare Strecke bewegen, die die Hälfte von der des abströmseitigen Arms 340 ist (sowie auch einer Hälfte der linearen Strecke des Sensorkopfes 328 und des Ultraschall-Schweißhorns 354). Auf diese Weise wird daher erreicht, daß der linerare Abstand zwischen den Umsetzarmen proportional konstant bleibt, unabhängig von der Längsdimension der Filterpatrone FC, die von dem Vorformling FCP abgeschnitten ist. Die vorliegende Erfindung kann somit an praktisch jede Länge der Filterpatrone FC angepasst werden, die man von dem Vorformling FCP abzuschneiden wünscht.
Die begleitenden 6A–6D zeigen schematisch eine betriebliche Aufeinanderfolge der oben diskutierten Konstruktionen zum Abtrennen einer Filterpatrone FC mit einem extrem genauen Längenmaß von dem Filterpatronen-Vorformling FCP. Wie in 6A gezeigt, wird der Filterpatronen-Vorformling FCP in axialer Abströmrichtung wie durch Pfeil A1 gezeigt in der zuvor beschriebenen Weise kontinuierlich verfahren. Das abströmseitige Ende des Vorformlings FCP nähert sich somit kontinuierlich dem in seiner gezeigten betriebsbereiten Position gehaltenen Sensorkopf 328.
Im wesentlichen unmittelbar, nachdem das abströmseitige Ende des Vorformlings FCP den Sensorkopf 328 berührt, wird das Stabilisatoraggregat 370 veranlaßt, in Anlage an einen anfahrseitigen Abschnitt des Vorformlings FCP vorzufahren. Wie in 6B gezeigt, werden die Stabilisatorfinger 372 und die Stabilisatorwalzen 374 des Stabilisatoraggregats 370 durch Vorbewegung über die Führungsstangen 370-3 und dann abwärts über die Führungsstangen 370-4 in Anlage an den anströmseitigen Abschnitt des Vorformlings FCP gebracht. Die Bewegung des Stabilisatoraggregats erfolgt am zweckmäßigsten unter Benutzung eines elektrischen Präzisionsmotors 370-1 und 370-2, um so längs der Führungsstangen 370-3 bzw. 370-4 die Bewegung der Stabilisatorfinger 372 relativ zu dem Vorformling FCP zu steuern. Das Stabilisatoraggregat 370 verhindert eine Querverschiebung des Filterpatronen-Vorformlings FCP während der Schneidvorgangs. Das heißt, die Berührung der Walzen 374 und der Finger 372 mit dem Vorformling FCP verhindert, daß der Vorformling FCP durch die Schneidwirkung des Sägeblatts 312-1 aus seinem axialen Fahrweg zur Seite gestoßen wird, erlaubt aber dem Vorformling FCP weiter, um seine Längsachse zu rotieren. Mit anderen Worten schaffen die Finger 372 eine Stabilisierungsmanschette um den Umfang des Vorformlings FCP, die seine Dreh- oder Axialbewegung nicht behindert.
Die begleitende 6C zeigt den Zustand, in dem der Sensorkopf 328 durch den kontinuierlichen Vorschub des Endes des Filterpatronen-Vorformlings FCP etwas in der axialen Abströmrichtung verschoben wurde, wie durch den Unterschied der Position des Sensorkopf es 328 angegeben ist, der in gestrichelter und ausgezogener Linie abgebildet ist. Während dieser Axialverschiebung wird durch den Sensorkopf 328 mittels eines geeigneten mit diesem betriebsmäßig verbundenen, abstandsmessenden Sensorkopfes 320 (siehe 2C) ein Signal erzeugt, das der Steuereinrichtung PC (siehe 1) zugeführt wird. Die Steuereinrichtung PC fragt diese Abstandsmessungen ab und generiert so ein Geschwindigkeitssignal, das die Geschwindigkeit der Axialverschiebung des kontinuierlich vorfahrenden Vorformlings FCP anzeigt. Sobald diese Geschwindigkeitsbestimmung erfolgt ist, wird die Steuereinrichtung PC dann das Schneidaggregat 310 betätigen, um den Schlitten 318 zu veranlassen, sich parallel zu dem kontinuierlich vorfahrenden Vorformling FCP mit im wesentlichen der gleichen linearen Vorschubgeschwindigkeit (Pfeil A2 in 6D) zu bewegen. Gleichzeitig mit dieser Axialverschiebung wird die Steuereinrichtung auch das Schneidaggregat aktivieren, so daß die Säge 312 und ihr Blatt 312-1 zu dem Vorformling FCP vorbewegt wird und den Vorformling durchschneidet, wie durch Pfeil A3 in 6D gezeigt, wodurch eine Filterpatrone gewünschter Länge von ihm abgetrennt wird. Diese gleichzeitige Axialverschiebung des Schneidaggregats 310 gewährleistet, daß das Sägeblatt 312-1 zuverlässig und genau reproduzierbare Filterpatronenlängen FC bei jedem Schneidzyklus von dem Vorformling abschneidet. Wenn der Schneidvorgang beendet ist, wird die Konstruktion in ihren in 6A abgebildeten Ruhezustand bewegt, um einen weiteren Schneidzyklus zu erwarten.
Das Abtrennen der Filterpatrone FC von dem Vorformling FCP aktiviert einen Umsetzzyklus, der unter Bezugnahme auf die 7A–7D beschrieben wird. Der Stand der Baukomponenten in 7A ist der unmittelbar nach der Abtrennung einer Filterpatrone FC von dem Vorformling FCP, wie beschrieben wurde. Danach wird die Trägerwalze 308-2 durch die Schwenkarme 348 geschwenkt, so daß die frisch abgeschnittene Filterpatrone FC durch Schwerkraft in die wartenden Greiferfinger 340-1 der Umsetzarme 340 fällt, wie in 7B gezeigt ist.
Man sieht, daß sich die Greiferfinger 340-1 von einem geöffneten Zustand zur Aufnahme der Filterpatrone FC, wie er in 7A gezeigt ist, in einen geschlossenen Zustand zur sicheren Erfassung der Filterpatrone FC, wie er in 7B gezeigt ist, bewegen. Die Filterpatrone FC kann daher anfangs in die geöffneten Greiferfinger 340-1 fallen, die sich dann schließen, um die Filterpatrone FC sicher zu fassen zum Zwdcke ihrer anschließenden Umsetzung Vor dem Erfassen werden die entgegengesetzten Enden der Filterpatrone FC gleichzeitig durch Positionierflansche 341 zusammengedrückt, um zu gewährleisten, daß die Filterpatrone FC zuverlässig und relativ zu den Greiferfingern 340-1 genau positioniert ist.
Die Umsetzarme 340 schwenken dann die erfasste Filterpatrone FC um etwa 180° (Pfeil A4 in 7C) in eine Lage, die zwischen den Ultra- schall-Hörnern 352, 354 axial ausgerichtet ist, wie in 7C gezeigt ist. Die Hörner werden dann durch elektrische oder hydraulische Betätigungselemente 352-1 bzw. 354-1 in axiale Anlage an jedes Ende der Filterpatrone FC vorgeschoben und dann aktiviert, um ein "fertigbearbeitetes" Ende an der Filterpatrone FC zu schaffen (z. B. um jegliche Bruchstücke und/oder lose Fasern zu entfernen, die nach dem Schneidvorgang anwesend sein können).
Wenn die Enden der Filterpatrone durch die Ultraschall-Schweißhörner 352, 354 "nachbearbeitet" worden sind, ziehen die Betätigungselemente 352-1 und 354-1 beide Hörner 352 bzw. 354 zurück, und die Umsetzfinger 340-1 werden wieder in ihren geöffneten Zustand bewegt. Dieser Vorgang erlaubt es daher der fertigbearbeiteten Filterpatrone FC, durch Schwerkraft (Pfeile A5 in 7C) herabzufallen und auf ein Förderband 380 abgelegt zu werden, das die Filterpatrone FC zu einer abstömseitig befindlichen Abfertigungs-/Verpackungsstation FPS (siehe 1) fördert. Alternativ kann, wie in 7D gezeigt, eine Ablenkplatte 382 durch Zylinder (nicht gezeigt) angehoben werden, so daß die Filterpatrone FC durch Schwerkraft auf eine Umsetzplatte 384 rollt und schließlich in dem Filtersammelbehälter FCB (siehe 1) abgelegt wird. Wenn die Filterpatrone FC freigegeben wurde, werden die Umsetzarme 340 in ihre anfängliche Ruhelage, wie in 7A gezeigt, zurückgeschwenkt, wobei ihre Greiferfinger 340-1 in einem geöffneten Zustand sind.
Wie oben kurz erwähnt wurde, können die Baukomponenten in dem Schneid- und Umsetzaggregat 300 in Längsrichtung um eine proportionale lineare Strecke bewegt werden, um so eine Anpassung an unterschiedliche Längen der Filterpatronen vorzunehmen, die gewünscht werden. Die Art und Weise, wie diese Komponenten diese Funktion erreichen, ist schematisch in den begleitenden 8A–8C gezeigt. Hierzu zeigt 8A einen nicht-funktionsfähigen Anfangszustand, in dem der Sensorkopf 328, die Umsetzarme 340 und die Ultraschall-Hörner 352, 354 in einem Bereitschaftszustand sind. Die Aktivierung der elektrischen Präzisionsmotoren (nicht gezeigt), die an jeden der Steuerstangen 324, 344, 346 und 358 angeschlossen sind, veranlaßt jede zur Rotation mit der gleichen Umdrehungszahl je Zeitperiode. Da die Anzahl der Gewindegänge je axiale Längeneinheit bei den Steuerstangen 324, 344 und 358 gleich ist, werden der Sensorkopf 328, der am weitesten abströmseitig befindliche Umsetzarm 340 und das Ultraschall-Horn 354 um die gleiche axiale Strecke parallel zu ihrer Steuerstange und zu der axialen Längsdimension des Filterpatronen-Vorformlings FCP fahren. Da jedoch die Steuerstange 346 die zweifache Windungszahl je axiale Längeneinheit hat wie die Steuerstangen 324, 344 und 358, wird sich der mittlere Umsetzarm 340 zugleich um eine axiale Strecke bewegen, die die Hälfte von der des Sensorkopf es 328, des am weitesten auf der Abströmseite befindlichen Umsetzarms 340 und des Ultraschall-Horns 354 beträgt. Im Ergebnis werden der Sensorkopf 328, der Umsetzarm 340 und der Ultraschallkopf 354 proportional so angeordnet, daß sie sich an Filterpatronen FC' und FC'' von kleinerer und größerer Länge anpassen, wie in den 8B bzw. 8C gezeigt ist.
Auf diese Weise kann daher die vorliegende Erfindung Filterpatronen FC verschiedener Länge herstellen. Diese Möglichkeit in Verbindung mit der anströmseitigen Möglichkeit für verschiene und unterschiedliche Filtermedien bedeutet, daß zahlreiche fertigbearbeitete Filterpatronenprodukte mit verschiedenen Filtrationsfunktionen hergestellt werden können. Da außerdem die Länge der Filterpatronen ohne Unterbrechung des anströmseitigen Filtermedien-Schmelzspinnvorgangs verändert werden kann, bedeutet dies sehr geringe Mengen an Abfallfolgen, wenn man einen Wechsel von einem Filterpatronenprodukt zu einem anderen wünscht.
Falls das Schneidaggregat 310 nicht betriebsfähig ist (was z. B. eintritt, wenn das Sägeblatt 312-1 zu Wartungszwecken gewechselt/geschärft wird), wird eine Hilfsschneidstation 400 an dem Abströmende des Förderwegs des Filterpatronen-Vorformlings vorgesehen (siehe 1). Die Hilfsschneidstation 400 ist im Detail in der begleitenden 9 gezeigt. In den Zeiten, in denen das Schneidaggregat 310 nicht funktionsfähig ist, ist es im allgemeinen wichtig, daß die anströmseitigen Prozessstationen 10, 100 und 200 nicht stillstehen. In solchen Fällen wird der Sensorkopf 328 aus dem Weg des Filterpatronen-Vorformlings FCP herausgeschwenkt, wodurch es ermöglicht wird, den Filterpatronen-Vorformling FCP axial in die Hilfsschneidstation 400 zu fahren.
Der Filterpatronen-Vorformling FCP wird in der Hilfsschneidstation 400 durch ein Paar Trägerwalzen 402, 404 unterstützt. Ein Manschettenaggregat 406 mit einer oberen Manschette 406-1 und einer unteren statio nären Manschette 406-2 ist anströmseitig eines Schneidblattes 408 vorgesehen. Die obere Manschette 406-1 kann zu der unteren Manschette 406-2 hin bewegt und von ihr weg bewegt werden, während die untere Manschette 406-2 (und daher die obere Manschette 406-1) auf Führungsstangen 410 gleitbar angebracht ist, damit das Manschettenaggregat 406 zusammen mit dem Filterpatronen-Vorformling axial bewegt werden kann. An jedem der oberen und unteren Manschetten 406-1 bzw. 406-2 sind Kontaktwalzen 412, 414 vorgesehen, damit der Vorformling FCP weiter rotieren kann, während er von dem Manschettenaggregat 406 erfaßt wird.
Wenn das Ende des Filterpatronen-Vorformlings FCP gemäß Feststellung des Positionssensors 420 über das Schneidblatt 408 hinaus vorfährt, wird von der Steuereinrichtung PC ein Steuersignal abgegeben, das die obere Manschette 406-1 veranlaßt, sich zu der unteren Manschette 406-2 hin zu bewegen. Die obere und die untere Manschette 406-1, 406-2 erfassen so drehbar den Filterpatronen-Vorformling und werden während des Schneidverlaufs mit diesem axial verfahren. Da das Schneidblatt 408 mit dem Manschettenaggregat 406 verbunden ist, wird es gleichfalls in axialer Richtung verschoben. Wenn der Filterpatronen-Vorformling FCP von der oberen und unteren Manschette 406-1, 406-2 erfaßt ist, liefert die Steuereinrichtung PC ein Befehlssignal an einen (nicht gezeigten) Luftzylinder, der betriebsmäßig an das Schneidblatt 408 angeschlossen ist und es veranlaßt, in Kontakt mit dem Filterpatronen-Vorformling hochzufahren. Diese Aufwärtsbewegung des Schneidblattes 408 und die Drehbewegung des Filterpatronen-Vorformlings FCP veranlassen das erstere, den letzteren physikalisch durchzuschneiden und dadurch ein abströmseitiges Stück des Filterpatronen-Vorformlings FCP von ihrem verbleibenden anströmseitigen Teil abzutrennen. Der abgetrennte, abströmseitige Teil des Filterpatronen-Vorformlings FCP kann dann durch Schwerkraft in einen wartenden Sammelbehälter oder dergl. fallen.
Der abströmseitige Positionssensor wird feststellen, daß der abgetrennte abströmseitige Teil des Filterpatronen-Vorformlings FCP sich nicht mehr in der Bahn des verbleibenden anströmseitigen Teils befindet. Infolgedessen gibt die Steuereinrichtung PC Signale ab, um die Positionen des Manschettenaggregats 406 und des Schneidblattes 408 zurückzustellen, um den nächsten Zyklus vorzubereiten. Dieser Prozess kann sich wenn nötig selbst wiederholen, bis das primäre Schneidaggregat 310 in den Betrieb zurückgekehrt ist, in welchem Falle die oben beschriebenen normalen Schneidvorgänge zur Bildung der Filterpatrone FC durchgeführt werden. Ein durchsichtiges Hüllenaggregat 422 kann vorgesehen werden, um während des Betriebs zur Sicherheit des Betriebsmannes das Manschettenaggregat und das Schneidblatt 408 zu umgeben.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf das folgende, nicht einschränkende Beispiel weiter verständlich.
BEISPIEL
Ein schmelzgeblasenes Kernelement wurde unter Benutzung einer herkömmlichen, 6 Zoll [15,24 cm] breiten Schmelzblasform hergestellt, die achtundachtzig (88) Polymerextrusionsöffnungen von 0,015 Zoll [0,38 mm] Durchmesser und eine Luftspalteinstellung von 0,075 Zoll [1,905 mm] enthält. Die Form wurde in einem Abstand von 8,5 Zoll [21,59 cm] von dem den Dorn bildenden Kernelement positioniert. Die Luftmesser wurden in dem Formaggregat so angeordnet, daß die Formspitzen um 0,01 Zoll [0,254 mm] über die Fläche der Form hinausragten. Das eingesetzte polymere war Polypropylen-Homopolymermaterial mit einer Schmelzfließgeschwindigkeit wie zugeführt von 38 g/10 min und einer Dichte von 0,904 g/cm³ (Amoco Chemical Company, Grade 7956). Geschmolzenes Polymeres mit einer Temperatur von 425°F (218,3°C) wurde der Form durch einen herkömmlichen Extruder und eine Messpumpe mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 155 g/min zugeführt. Erhitzte komprimierte Luft wurde ebenfalls der Form mit einem Druck von 1,8 psi (12,41 kPa) und einer Temperatur von 390°F (198,9°C) zugeführt, um die Fasern zu verjüngen und sie zu dem Dorn zu befördern. Der Dorn wurde mit einer Drehzahl von 172 UpM angetrieben, die in Verbindung mit dem Verkantungswinkel und der Drehzahl (172 UpM) der Antriebswalzen des Kernelements eine axiale Fahrgeschwindigkeit des Kernelements von 37,5 Zoll (95,25 cm) je Minute ergab.
Die Dimensionen des entstandenen Kerns waren 1,07 Zoll Innendurchmesser × 1,38 Zoll Außendurchmesser (2,72 cm ID × 3,81 cm OD) und ein Gewicht von 4,1 Gramm je Zoll (1,614 g je cm) Länge. Photographien in 20-facher und 35-facher Vergrößerung des nach diesem Beispiel hergestellten Kernelements sind als 10A bzw. 10B gezeigt.

Claims

Schmelzgeblasenes, rohrförmiges Kernelement (CE) zur Unterstützung einer ringförmigen Filtrationszone einer Strömungsmittel-Filterpatrone, das aus einer rohrförmigen Masse thermoplastischer, eine kontinuierliche Länge aufweisender Vlies-Fäden besteht, die eine offene nicht-filtrierende Matrix bilden, wobei die Fäden im wesentlichen ebene, bandartige Vielfachfaser-Strukturen sind, die vielfache, schmelzgeblasene, thermoplastische, eine kontinuierliche Länge aufweisende Fasern enthalten, die im wesentlichen dicht aneinander entlang wenigstens in der Länge axial verlaufender Teile ihrer Umfangsoberflächen verschmolzen sind, und wobei die Fäden an Kreuzungsstellen thermisch genügend aneinander gebunden sind, um dem Kernelement (CE) axiale und radiale Starrheit zu verleihen.
Kernelement (CE) nach Anspruch 1, bei dem die Fäden einen Querschnittsnenndurchmesser zwischen 100 und 1500 μm hat.
Kernelement (CE) nach Anspruch 2, bei dem die Fäden einen Querschnittsnenndurchmesser zwischen 200 und 900 μm haben.
Kernelement (CE) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Matrix der Vliesfäden eine mittlere Porosität von mehr als 30% hat.
Kernelement (CE) nach Anspruch 4, bei dem die Matrix der Vliesfäden eine mittlere Porosität von mehr als 50% hat.
Kernelement (CE) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Matrix der Vliesfäden eine mittlere Porosität zwischen 30% und 80% hat.
Kernelement (CE) nach Anspruch 6, bei dem die Matrix der Vliesfäden eine mittlere Porosität zwischen 50% und 60% hat.
Kernelement (CE) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die thermoplastischen Fasern aus einem thermoplastischen Polymeren gebildet sind, das unter Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern, Acetalen, Fluorpolymeren, Polyphenylensulfiden, bioabbaubaren Polymeren, Flüssigkristall-Polymeren, Polyetheretherketonen, Polystyrolen, Polymeren von Vinylidenmonomeren und deren Gemischen ausgewählt ist.
Filterpatrone, die ein Kernelement (CE) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und wenigstens eine ringförmige Filtrationszone aufweist, die ein das Kernelement umgebendes Filtrationsmedium enthält.
Filterpatrone nach Anspruch 9, bei der das Filtrationsmedium eine Masse vliesartiger, thermoplastischer Filtrationsfasern kontinuierlicher Länge enthält.