-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Elektret-Vliesfiltermedium, das
an mehreren Punkten durch Ultraschall verbunden ist. Die vorliegende
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Vliesfiltermediums.
-
Allgemeiner Stand der Technik
-
Vliesbahnen
aus Elektretfasern sind in der Regel aus lose assoziierten Fasern
gebildet. Die Filter können
vor, während
oder nach ihrer Verarbeitung zu einer Vliesbahn elektrostatisch
aufgeladen werden. Ein besonders effizientes Verfahren zur Herstellung
eines Vlies-Elektretfaserfilters
ist in dem erneut erteilten
US-Patent Nr. 30,782 (Van
Turnhout et al.) beschrieben. Die Elektretfasern werden in diesem
Patent aus einem koronageladenen Film gebildet, der fibrilliert
wird, um die geladenen Fasern zu bilden. Die geladenen Fasern können dann
nach üblichen
Verfahren, wie Kardieren oder Luftablegeverfahren, zu einer Vliesbahn
verarbeitet werden. Dieses Aufladungsverfahren liefert eine besonders
hohe Dichte injizierter Ladungen. Es treten jedoch Probleme bei
der Bildung von Bahnen aus diesen vorgeladenen fibrillierten Fasern
auf. Die Fasern sind allgemein recht groß und nicht gekräuselt. Sie
haben auch einen Biegewiderstand. Teilweise wegen dieser Eigenschaften
widerstehen die Fasern der Verarbeitung zu einer gleichförmigen kohärenten Bahn,
insbesondere mit niedrigen Flächengewichten.
US-A-5,230,800 schlägt das Vernadeln
der Filterbahn der fibrillierten Fasern mit einer Verstärkungsgaze
vor, um so einen Filter zu erzeugen, der über die Bahn im Wesentlichen
gleichförmige Eigenschaften
hat. Die obligate Verwendung einer Verstärkungsgaze in diesem Verfahren
kann jedoch zu einem zusätzlichen
Druckabfall über
dem Filter führen.
Die erhaltene Gleichförmigkeit
sollte wünschenswerter weise
auch weiter verbessert werden. Die Herstellungsgeschwindigkeit des
Filtermediums ist zudem wegen des Vernadelns deutlich begrenzt.
-
US-A-4,363,682 liefert
ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer gleichförmigeren
Bahn. Um eine kohärentere
Bahn sowie eine, die beständig
gegenüber
Ablösen
von Fasern ist, zu liefern, schlägt
dieses Patent eine Nachprägebehandlung
vor. Dieses Nachprägen
verschweißt
angeblich die Fasern an der äußeren Oberfläche miteinander,
wodurch eine kohärentere
und komfortablere Bahn zur Verwendung als Gesichtsmaske bereitgestellt
wird. Diese Behandlung neigt jedoch auch dazu, eine stärker verdichtete
Bahn zu liefern, welche den Druckverlust über dem Filter erhöhen würde.
-
US-A-5,143,767 beschreibt
einen thermischen Punkt-Prägeschritt,
um eine Vliesbahn aus elektrostatisch geladenen und fibrillierten
dielektrischen Fasern zu verstärken,
um eine Bahn mit hoher Festigkeit zu erhalten, die kein Selbststauben
aufweist. Das in diesem US-Patent
genannte Prägeverhältnis liegt
zwischen 2 und 35 % der Gesamtoberfläche des Filters.
US-A-5,143,767 erwähnt auch,
dass die Verwendung von Ultraschallschweißen anstelle von thermischem
Prägen
der Vliesbahn in Frage kommen könnte.
Dies wäre
gemäß
US-A-5,143,767 jedoch
schwierig, und die Herstellung dünner
Filter wäre
nicht möglich.
Die Filter hätten
angeblich auch eine schlechte Zähigkeit.
Da Ultraschallvorrichtungen allgemein auf recht schmale Bahnen begrenzt
sind, würde
die Erzeugung einer Filterbahn, die Dimensionen hat, welche die
Breite einer typischen Ultraschallvorrichtung übersteigen, zu weiteren Schwierigkeiten
führen.
-
US-A-5,900,305 lehrt
die Verwendung von Ultraschallschweißtechniken, um mehrere Vliesfilterbahnen
schmelzgeblasener Fasern zu punktlaminieren, um so einen sehr wirksamen
Filter zu erzeugen, und offenbart die Anordnung mehrerer Ultraschalleinheiten
nebeneinander, um in der Lage zu sein, das Laminat über seine
vollständige
Breite zu schweißen.
Die unterschiedlichen Einheiten werden dann durch einen einzigen Regler
angetrieben. Es scheint, als wäre
eine derartige Anordnung nicht geeignet, um eine Vliesfilterbahn
zu verfestigen, um so einen Filter mit gleichförmigen Eigenschaften über seine
Oberfläche
zu erzeugen.
-
US-A-5,436,054 nennt
Prägen,
Ultraschallschweißen
und Vernadeln, um ein Netzwerk netzförmiger Elektretvliese aus teilweise
gespaltenen Filmen miteinander zu verbinden, um die Maßhaltigkeit
des Elektretfilters zu verbessern. Es werden jedoch keine speziellen
Details dieser Verfahren angegeben.
-
Die
vorliegende Erfindung strebt somit die Bereitstellung eines weiteren
Verfahrens an, um ein Elektret-Vliesfiltermedium
zu liefern, das gleichförmige
Eigenschaften über
seine Oberfläche
aufweist und mit höherer
Geschwindigkeit und daher mit niedrigeren Kosten produziert werden
kann. Es ist ferner erwünscht,
ein Elektret-Vliesfiltermedium zu liefern, welches sich mit minimalem
Fertigungsaufwand leicht zu einem Faltenfilter verarbeiten lässt. Das
Elektret-Vliesfiltermedium kann vorzugsweise über einen breiten Flächengewichtsbereich
hergestellt werden und hat vorzugsweise einen niedrigen Druckabfall.
Die Leistung des Filtermediums wird wünschenswerterweise verbessert,
wie beispielsweise die Filtrationswirksamkeit und die Partikelbeladungskapazität des Filtermediums.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung liefert in einem Aspekt ein Elektret-Vliesfiltermedium,
umfassend eine Vliesfilterbahn aus elektrostatisch geladenen, fibrillierten
Fasern, die miteinander an mehreren über die Vliesfilterbahn verteilten
Punkten durch Ultraschall verbunden sind. Die gesamte durch die
Punkte beanspruchte Oberfläche
ist kleiner als 5% der Oberfläche
der Vliesfilterbahn, vorzugsweise liegt die von den Punkten beanspruchte
Oberfläche
im Bereich von 0,2% bis 2%, insbesondere 0,5 bis 1,5%. Die Form
der Punkte ist nicht speziell eingeschränkt, sie ist allgemein jedoch
quadratisch, rechteckig oder rund. Die Größe von jedem der individuellen
Punkte liegt in der Regel unter 10–2 cm2 und vorzugsweise im Bereich von 10–3 bis
10–2 cm2.
Die Anzahl der Punkte pro cm2 beträgt mindestens
2 und liegt in der Regel im Bereich von 2 bis 5. Die erforderliche Anzahl
der Punkte pro cm2 hängt im Allgemeinen von dem
Flächengewicht
der Vliesfilterbahn ab, wobei ein niedriges Flächengewicht mehr Punkte erfordert
und ein hohes Flächengewicht
im Allgemeinen weniger Punkte erfordert.
-
Es
ist gefunden worden, dass ein erfindungsgemäßes Elektret-Vliesfiltermedium über die
Bahn sehr gleichförmige
Filtereigenschaften hat und mit einer erhöhten Geschwindigkeit produziert
werden kann, verglichen mit einem Verfahren, das Vernadeln beinhaltet,
wodurch die Fertigungskosten minimiert werden. Die Verwendung einer
Gazeschicht ist ferner nicht erforderlich, um die gleichförmigen Filtereigenschaften
aufrechtzuerhalten, und das Elektret-Vliesfiltermedium kann zweckmäßig zur
Herstellung eines Faltenfilters verwendet werden, indem mittels
Ultraschall ein Netzstoff an das Filtermedium geschweißt wird,
der dem Medium die erforderliche Steifheit verleiht, damit das Filtermedium
gefaltet werden kann. Es wurde ferner gefunden, dass das Elektret-Vliesfiltermedium
eine gute Festigkeit und Maßhaltigkeit
hatte, wodurch es für
viele verschiedene Filteranwendungen geeignet ist. Es wurde beispielsweise
gefunden, dass Ultraschallschweißen bei einer Bahn mit einem
Flächengewicht
von mindestens 50 g/m2 ausreicht, um eine
maßhaltige
Bahn zu erhalten, ohne dass irgendwelche zusätzlichen Stützschichten erforderlich sind,
wie ein Netzstoff oder eine Gaze, was zu einem herabgesetzten Druckabfall
führt.
-
In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung eines Filtermediums wie oben beschrieben bereitgestellt.
Elektrostatisch geladene, dielektrische, fibrillierte Fasern werden
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung des Filtermediums hergestellt. Dies kann leicht nach
den Verfahren bewirkt werden, die in dem erneut erteilten
US-Patent Nr. 30,782 (Van
Turnhout et al.) und dem erneut erteilten
US-Patent Nr. 31,285 (Van Turnhout et
al.) beschrieben worden sind. Das in diesen Patenten beschriebene
Verfahren umfasst das Zuführen
eines Films aus einer unpolaren Substanz mit hohem Molekulargewicht,
das Strecken des Films, das homopolare Aufladen des gestreckten
Films mithilfe von Koronaelementen und das Fibrillieren des gestreckten
aufgeladenen Films. Zu geeigneten filmbildenden Materialien gehören Polyolefine,
wie Polypropylen, lineares Polyethylen niedriger Dichte, Poly-1-buten,
Polytetrafluorethylen, Polytrifluorchlorethylen oder Polyvinylchlorid;
aromatische Polyarene, wie Polystyrol; Polycarbonate; Polyester
und Copolymere und Gemische davon. Bevorzugt sind Polyolefine, die
frei von verzweigten Alkylresten sind, und Copolymere davon. Besonders
bevorzugt sind Polypropylen und Polypropylencopolymere. Verschiedene
funktionale Additive, die in der Technik bekannt sind, können mit
den dielektrischen Polymeren oder Copolymeren gemischt werden, wie
Poly(4-methyl-1-penten), wie in
US-A-4,874,399 gelehrt wird, ein Fettsäure-Metallsalz,
wie in
US-A-4,789,504 offenbart
ist, oder Teilchen, wie in
US-A-4,456,648 gelehrt
wird.
-
Der
Film kann in jeder der bekannten Weisen aufgeladen werden. Der Film
kann beispielsweise lokal bilateral mittels Koronaelementen aufgeladen
werden, die auf jeder Seite des Films gleiche, jedoch entgegengesetzte
Potentiale tragen. Dadurch wird der Film mit beinahe der doppelten
Spannung aufgeladen wie mittels unilateralem Aufladen mit ein und
derselben Koronaspannung.
-
Das
aufgeladene polymere Filmmaterial kann auf mehrere Weisen fibrilliert
werden. Beispielsweise kann eine Nadelwalze mit Metallnadeln verwendet
werden, die gegen den Film laufen. Danach können die kontinuierlichen Fasern
auf eine gewünschte
Länge geschnitten
werden.
-
Die
erhaltenen elektrostatisch geladenen Fasern können dann durch Kardieren oder
Luftablegen oder irgendein anderes Bahnformungsverfahren zu einer
Vliesbahn geformt werden. Um das Flächengewicht der Vliesfilterbahn
zu erhöhen,
kann es ferner einem Randomisierungs- oder Kreuzüberlappungsverfahrensschritt unterzogen
werden.
-
Um
die Vliesfilterbahn zu verfestigen, werden die Fasern an mehreren
Punkten (mindestens 2 pro Quadratzentimeter), die weniger als 5%
der Oberfläche
der Vliesfilterbahn beanspruchen, durch Ultraschall miteinander
verbunden. Die Vliesfilterbahn wird, um diese Verfestigung zu bewirken,
allgemein durch einen Spalt transportiert, der zwischen einer Ultraschallvibrationseinheit
und einem Gegenwerkzeug einer Ultraschallvorrichtung aufrechterhalten
wird. Der Spalt, d. h. der Abstand zwischen der Vibrationseinheit
und dem Gegenwerkzeug der Ultraschallvorrichtung, wird allgemein
während
der Verfestigung der Vliesfilterbahn konstant gehalten. Mit "konstant" ist in diesem Zusammenhang
gemeint, dass der Spalt nicht mehr als 20% von dem gewünschten
Wert abweichen sollte, vorzugsweise nicht mehr als 10 Wenn die Vliesfilterbahn
Abmessungen hat, die 30 cm bis 50 cm übersteigen, ist es bevorzugt,
mehrere Ultraschallvorrichtungen parallel nebeneinander in der Richtung
der Bahn anzuordnen, die senkrecht zu der Transportrichtung der
Bahn ist. Obwohl heutzutage Schallerzeuger mit einer Breite von
bis zu 60 cm erhältlich
sind, können
diese Schallerzeuger die erforderliche Gleichförmigkeit nicht liefern. Um
eine sehr gleichförmige
Bahn zu erzeugen, wenn zwei oder mehr Schallerzeuger parallel angeordnet
werden, wird der Spalt in jeder der individuellen Ultraschallvorrichtungen
(Schallerzeuger-Amboss-Anordnung)
vorzugsweise unabhängig
geregelt. Das heißt,
dass der Spalt in jeder der Ultraschallvorrichtungen unabhängig von
dem Spalt in einer anderen Ultraschallvorrichtung geregelt wird.
-
Eine
Ultraschallvorrichtung, die zur Verwendung im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist, ist in
WO 96/14202 beschrieben und von Herrmann
Ultraschalltechnik in Deutschland erhältlich. Eine derartige Ultraschallvorrichtung
umfasst eine starr montierte Vibrationseinheit und ein Gegenwerkzeug,
das vorzugsweise eine rotierende Trommel ist. Zwischen der Vibrationseinheit
(Schweiß-Schallerzeuger)
und dem Gegenwerkzeug (Amboss) wird ein Spalt aufrechterhalten,
und dieser Spalt kann vor und während
des Ultraschallschweißverfahrensschritts über eine
Justiervorrichtung justiert werden, die auch starr befestigt ist.
Der Spalt zwischen dem Gegenwerkzeug und der Vibrationseinheit wird über einen
Regler konstant gehalten, der die Justierungsvorrichtung in Reaktion
auf eine Messung steuert, die einen sich ändernden Spalt anzeigt. Der
Spalt kann beispielsweise mit einem induktiv arbeitenden Sensor
gesteuert werden, der auf der rotierenden Ambosstrommel angebracht
ist. Signale von dem Sensor werden drahtlos an den Regler übertragen,
der den Unterschied zu einem Zielwert detektiert und jegliche Veränderungen über die
Justiervorrichtung kompensiert. Die Vibrationseinheit kann alternativ
einen Kraftsensor enthalten, um in regelmäßigen Intervallen die Schweißkraft zu
messen, beispielsweise ein Mal pro Umdrehung der Ambosstrommel.
Der Regler kann dann die gemessene Kraft mit dem Zielwert vergleichen
und, falls erforderlich, den Spalt durch die Justiervorrichtung
justieren. Dieses Verfahren kann als Kraftregelung des Spalts bezeichnet
werden. Bei dem Kraftregelungsverfahren kann der Spalt schwanken,
weil die Schweißkraft
von der Dicke der Bahn sowie dem Abstand zwischen dem Schallerzeuger
und dem Amboss abhängt.
Der Spalt kann infolge von Dickevariationen in der Bahn schwanken,
um eine angestrebte Schweißkraft
aufrechtzuerhalten. In dieser Erfindung ist Kraftsteuerung das bevorzugte
Verfahren. Spannungssteuerung ist ein weiteres Verfahren, das verwendet werden
kann, um den Spalt konstant zu halten. Bei diesem Verfahren sind
die Vibrationseinheit und das Gegenwerkzeug Teil eines Niederspannungsschaltkreises.
Kurz bevor die Vibrationseinheit die Ambosstrommel berühren würde, würde sich
der Schaltkreis schließen
und der Regler ein Signal empfangen, um die Vibrationseinheit durch
die Justierungsvorrichtung auf eine programmierte Position zurückzuziehen.
Dann wird die Vibrationseinheit automatisch wieder Schritt für Schritt
abgesenkt, bis das nächste
Zurückziehen
erforderlich ist. Diese Schleife gewährleistet einen präzisen kleinen
Spalt zwischen dem Schallerzeuger und dem Amboss.
-
Das
Gegenwerkzeug, d. h. der Amboss, der Ultraschallvorrichtung ist,
wie bereits erwähnt,
vorzugsweise eine rotierende Trommel. Die Oberfläche dieser rotierenden Trommel
ist allgemein gemustert, um ein gewünschtes Muster von Punkten
in einer Vliesfilterbahn zu erzeugen, wo die Fasern der Bahn verfestigt
werden. Das Muster kann ein unregelmäßiges Muster sein, wodurch
die Punkte unregelmäßig über die
Bahn verteilt werden. Das Muster kann auch regelmäßig oder
ein sich wiederholendes unregelmäßiges Muster
sein. Beispiele für
Muster, die verwendet werden können,
sind nachfolgend in den Zeichnungen illustriert.
-
Die
Vliesfilterbahn kann auf einer Gazeschicht durch den Spalt zwischen
der Vibrationseinheit und dem Gegenwerkzeug der Ultraschallvorrichtung
transportiert werden, wenn eine Gazeschicht erwünscht ist. Das Gazematerial
umfasst im Allgemeinen ein thermoplastisches Material, so dass die
Gazeschicht an den Punkten mit Ultraschall an die Vliesfilterbahn
gebunden und gleichzeitig die Vliesfilterbahn an den Punkten verfestigt wird.
Das Gazeschichtmaterial kann jede bekante Verstärkungsgaze, Webmaterial oder
Vlies sein. Vliesgazen sind allgemein in Bezug auf die Kosten und
den Offenheitsgrad bevorzugt. Das Gazematerial ist vorzugsweise
auch polymer und zu Zwecken der Recyclingfähigkeit vorzugsweise aus einem
Polymer gebildet, das mit dem Material der Elektret-Vliesbahn mit
Ultraschall bindungsfähig
ist. Eine Gaze aus Vliesmaterial wird allgemein zur Verbesserung
der Zugeigenschaften behandelt, wie durch Thermoprägung, Kalandrieren, Schallbindung,
Bindefasern oder dergleichen. Ein typisches Gazematerial ist eine
Spunbond-Polypropylen-Vliesbahn. In
US-A-5,800,769 ist
eine alternative Gazeschicht zur erfindungsgemäßen Verwendung offenbart. Die
in diesem letzteren Patent offenbarte Gaze hat diskrete individuelle
offene Flächen
mit einer durchschnittlichen Querschnittfläche, gesehen von der Ebene
der Filtermedien, von mindestens 0,25 mm
2,
allgemein zwischen 0,25 mm
2 und 10 mm
2. Das Gewicht dieser Gaze liegt im Allgemeinen
zwischen 0,1 g/m
2 und 0,4 g/m
2.
Die in
US-A-5,800,769 offenbarte
Gaze, die vorzugsweise erfindungsgemäß verwendet wird, ist eine kreuzlaminierte
Bahn aus Polyethylenfasern, die leicht mit Ultraschall an die erfindungsgemäßen Filtermedien gebunden
werden kann. Wenn die Vliesfilterbahn auf der Gazeschicht transportiert
wird, wird die letztere allgemein unter der Filterbahn liegen. Es
ist jedoch auch möglich,
eine Gazeschicht zwischen zwei oder mehr Vliesbahnschichten einzufügen, die
dann in der Ultraschallvorrichtung verfestigt und an die Gazeschicht
gebunden werden kann.
-
Die
Vliesfilterbahn kann alternativ auch auf einer Papierbahn transportiert
werden, die durch den Ultraschallschweißverfahrensschritt nicht beeinflusst
wird. Diese Papierbahn kann nach dem Ultraschallschweißverfahrensschritt
wieder aufgenommen werden, wodurch eine mit Ultraschall verfestigte
Filterbahn ohne eine Gazeschicht zurückbleibt.
-
Wenn
ein faltbares Elektret-Vliesfiltermedium erwünscht ist, kann ein Netzstoff
an das Vliesfiltermedium laminiert werden, um die erforderliche
Steifheit zu liefern, die das Falten ermöglicht. Mit dem Begriff Netzstoff
ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein sehr offenes
Netzwerk aus recht dicken Fasern gemeint. Die Fasern eines Netzstoffs
haben im Allgemeinen eine Dicke zwischen 0,5 und 1,5 mm, wodurch zwischen
ihnen allgemein regelmäßig geformte
offene Flächen
mit einer durchschnittlichen Querschnittfläche zwischen 1 mm2 und
20 mm2 definiert werden. Es ist ein weiterer
Vorteil des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens,
dass ein derartiger Netzstoff gleichzeitig mit der Ultraschallverfestigung
der Bahn an das Vliesfiltermedium laminiert werden kann. Der Netzstoff
umfasst in der Regel insbesondere ein thermoplastisches Material,
und der Netzstoff kann zusammen mit der Vliesfilterbahn durch den
Spalt der Ultraschallvorrichtungen transportiert werden, wo die
Fasern der Bahn mit Ultraschall an mehreren Punkten miteinander
verbunden werden. Der thermoplastische Netzstoff wird gleichzeitig
mit Ultraschall an diesen Punkten an die Vliesfilterbahn gebunden.
Das so erhaltene Elektret-Vliesfiltermedium kann nach jeder der
bekannten Falttechniken gefaltet werden und ist somit zur Fertigung
eines Faltenfilters geeignet. Ein faltbares Elektret-Vliesfiltermedium mit
gleichförmigen
Eigenschaften kann demnach in zweckmäßiger und kostengünstiger
Weise hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere
zweckmäßiger und
kostengünstiger
als Verfahren des Standes der Technik, bei denen das Netzstoffmaterial
in einem separaten Laminierungsschritt an die Filterbahn geklebt
oder anderweitig laminiert werden muss.
-
Das
erfindungsgemäße Elektret-Vliesfiltermedium
kann ferner mit weiteren Filterschichten laminiert werden. Das Elektret-Vliesfiltermedium
kann beispielsweise mit einer Vliesfilterschicht aus schmelzgeblasenen
Mikrofasern (BMF-Schicht) laminiert werden. Der Vorteil eines derartigen
Laminats läge
darin, dass das Elektret-Vliesfiltermedium
als Vorfilter für
die Vliesfilterschicht der schmelzgeblasenen Mikrofasern wirken
würde,
die ansonsten leicht verstopft würden.
Das erfindungsgemäße Elektret-Vliesfiltermedium,
das allgemein eine offenere Struktur als die BMF-Schicht ist, würde somit
die großen
Partikel in einem zu filtrierenden Fluid auffangen, und die BMF-Schicht
würde Partikel
ausfiltern, die ansonsten das erfindungsgemäße Elektret-Vliesfiltermedium passieren würden. Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
eine zweckmäßige, kostengünstige und
zuverlässige
Produktion eines derartigen Laminats, weil die BMF-Schicht mit Ultraschall
an die Vliesfilterbahn gebunden werden kann, während die letztere durch Ultraschall
verfestigt wird. Es ist ferner gefunden worden, dass die erfindungsgemäße Filterbahn
eine verbesserte Wirksamkeit hat, was zu einem effektiveren Vorfilter
führt,
der zu einer längeren
Lebensdauer einer Filteranordnung führt, die einen derartigen Vorfilter
enthält.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird ferner in Bezug auf die folgenden Zeichnungen illustriert,
ohne die Erfindung jedoch darauf zu begrenzen.
-
1 ist
eine teilweise und schematische Darstellung einer Ultraschallvorrichtung,
die Vibrationseinheiten und ein Gegenwerkzeug in Form einer rotierenden
Trommel umfasst.
-
2 ist
eine vergrößerte Teilansicht
der rotierenden Trommel, wie sie in 1 gezeigt
ist.
-
3 ist
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer rotierenden
Trommel.
-
4 ist
eine schematische Darstellung eines vergrö ßerten Abschnitts der zweiten
Ausführungsform der
Ultraschallvorrichtung, die eine rotierende Trommel wie in 3 gezeigt
umfasst.
-
5 ist
eine Draufsicht eines mit Ultraschall verbundenen Elektret-Vliesfiltermediums,
das durch die Verwendung einer Ultraschallvorrichtung erhalten wurde,
die eine Konfiguration mit rotierender Trommel gemäß 1 und 2 umfasst.
-
6 ist
eine Draufsicht eines mit Ultraschall verbundenen Elektret-Vliesfiltermediums,
das durch die Verwendung einer Ultraschallvorrichtung erhalten wurde,
die eine Konfiguration mit rotierender Trommel gemäß 3 und 4 umfasst.
-
7 ist
eine Seitenansicht von Ultraschallgeräten zum Verbinden der Elektret-Vliesfiltermedien
gemäß 1.
-
8 ist
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform zum Ultraschallverbinden
eines Elektret-Vliesfiltermediums
zusammen mit einem thermoplastischen Netzstoff.
-
9 ist
eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform zum Ultraschallverbinden
eines Vliesfiltermediums zusammen mit einem thermoplastischen Netzstoff
und einer Gaze.
-
10 ist
eine Seitenansicht durch eine Ultraschallvorrichtung gemäß 1,
die mehrere nebeneinander angeordnete Ultraschallvibrationseinheiten
umfasst.
-
11 zeigt
eine Seitenansicht von einer der Ultraschallvorrichtungen gemäß 10,
die ein Verfahren zur Spaltsteuerung zeigt.
-
12 zeigt
ein Diagramm der Wirksamkeit gegen Staubpartikelgröße für erfindungsgemäße Vliesfiltermedien,
verglichen mit einem vernadelten Filtermedium.
-
Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
1 zeigt
eine Vorrichtung 10 zum Ultraschallverbinden eines Elektret-Vliesfiltermediums 12.
Die grundlegenden Komponenten der Vorrichtung sind Vibrationseinheiten 14, 16 in
Form von Schweißschallerzeugern,
die durch Antriebseinheiten angetrieben werden. In der Regel werden
mehrere Schweißschallerzeuger 14, 16 nebeneinander
angeordnet, um eine Ultraschallverbindung eines relativ breiten
Elektret-Vliesfiltermediums 12 zu ermöglichen. Die Schweißschallerzeuger 14, 16 arbeiten
mit einem Gegenwerkzeug oder einem Amboss zusammen, das bzw. der
in dieser Ausführungsform
die Form einer rotierenden Trommel 18 hat. In 1 sind
nur die Trommel 18 selbst und ihre Achse 20 gezeigt.
Die rotierende Trommel 18 hat eine äußere, im Wesentlichen zylindrische
Oberfläche 22,
die mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 24 versehen ist.
Während des
Ultraschallverbindens bewegt das Elektret-Vliesfiltermedium sich
in Richtung des Pfeils 26, und die rotierende Trommel bewegt
sich in Richtung des Pfeils 28. Die Schweißschallerzeuger 14, 16 und
die Vorsprünge 24 der
rotierenden Trommel 18 sind in einer Weise angeordnet,
so dass sie einen kleinen Spalt bilden (wobei das Filtermedium zwischen
den Schweißschallerzeugern 14, 16 und
den Vorsprüngen 24 der
Trommel angeordnet ist), wobei der Spalt so klein ist, dass an den
Punkten der Vorsprünge 24 die
Energiedichte ausreichend hoch ist, um das Ultraschallschweißen zu bewirken.
-
2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der Oberfläche 22 der
rotierenden Trommel 18 und der Vorsprünge 24. Diese Vorsprünge sind
nach allgemein bekannten Verfahren, wie spanender Bearbeitung, Funkenschweißen und
dergleichen, integral mit der Oberfläche 22 der rotie renden
Trommel gebildet. Die rotierende Trommel hat eine Länge von
bis zu einem Meter oder mehr und hat einen Durchmesser von mehreren
Dezimetern.
-
In
den 3 und 4 ist ein alternatives Verfahren
gezeigt. Die rotierende Trommel 18 mit ihrer Achse 20 ist
mit einer Spiralnut 30 versehen, wie in 3 zu
sehen ist. Es wird separat ein Metallband 32 mit einer wesentlichen
Länge nach
konventionell bekannten Verfahren, wie spanender Bearbeitung oder
Pressen, gefertigt. In der Regel wird ein Band mit einer gegebenen
Breite 34 von einer Zuführungsrolle
abgewickelt und durch eine Pressvorrichtung geführt. Die in 3 und 4 gezeigten
Konfigurationen werden ausgestanzt, wodurch eine Sequenz von Vorsprüngen 36 erzeugt
wird, die einen trapezförmigen
Querschnitt haben können. 4 zeigt ähnlich wie 1 einen
Abschnitt der rotierenden Trommel 18 mit einer (nicht gezeigten)
spiralförmig
gewundenen Nut, in die das Band 32 eingesetzt worden ist.
Dies erfolgt in einer Weise, so dass die Vorsprünge 36 mit der Oberseite 38 ein
Muster bilden, das ähnlich
dem in 2 abgebildeten Muster ist, wobei die Vorsprünge 24 auf
der Oberfläche 22 der
rotierenden Trommel 18 erzeugt worden sind.
-
Band 32 wird
spiralförmig
in die Nut der rotierenden Trommel 18 gewickelt, um eine
versetzte Konfiguration von Vorsprüngen 36 zu erreichen,
wie in 4 zu sehen ist. Es ist beabsichtigt, dass zwei
benachbarte Vorsprünge 40, 42 in
einer Reihe in einer Weise angeordnet werden, so dass der Vorsprung 38 in
der nächsten
Reihe zwischen den Vorsprüngen 40 und 42 angeordnet
ist, vorzugsweise mittig zwischen ihnen. Die resultierenden Schweißmuster
auf der Filterbahn sind aus den 5 und 6 ersichtlich. 5 zeigt
die Draufsicht auf das mit Ultraschall verbundene Elektret-Vliesfiltermedium 44 mit
einer im Wesentlichen regulären
Anordnung der Schweißpunkte 46. 6 zeigt
das entsprechende Filtermedium 48 mit Schweißpunkten, die
in einem irgendwie unregelmäßigen, sich
jedoch wiederholenden Muster angeordnet sind. Durch die spiralförmige Wicklung
von Band 32 ist Schweißpunkt 50 beispielsweise
nicht genau zwischen den Schweißpunkten 52, 54 der
nachfolgenden Reihe angeordnet. Das Aussehen eines Filtermediums 48,
das mit einer rotierenden Trommel gemäß 3 und 4 hergestellt
worden ist, ist daher anders. Für
die Funktionalität
der Elektret-Filtermedien ist dies jedoch nicht von erheblicher
Bedeutung.
-
Die
Größe und Zahl
der Vorsprünge 24 gemäß den 1 und 2 sowie
die Anzahl und Größe der Vorsprünge 36, 38 gemäß den 3 und 4 ist
so, dass die gesamte von den Vorsprüngen beanspruchte Oberfläche weniger
als 5% der Oberfläche
der rotierenden Trommel beträgt,
was zu etwa dem gleichen Prozentsatz auf dem mit Ultraschall verbundenen
Vliesfiltermedium führt.
Die Anzahl der Schweißpunkte
pro Quadratzentimeter sollte erfindungsgemäß auf dem Vliesfiltermedium
mehr als 2 betragen. Im Fall der 3 und 4 haben
Bänder 32 beispielsweise
eine Breite von 0,6 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,8 mm. Die Oberfläche am Ende
der Vorsprünge 36, 38 kann
ferner rund, elliptisch, quadratisch, rechteckig sein oder andere
Formen haben. In einer speziellen Ausführungsform wäre eine
quadratische Konfiguration bevorzugt, die die gleiche Abmessung
wie die Breite des Bandes hat, nämlich
0,6 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,8 mm. Der Abstand zwischen zwei benachbarten
Vorsprüngen,
wie beispielsweise zwischen den Vorsprüngen 40 und 42 in 4, kann
in der Größenordnung
von 6 bis 10 mm, vorzugsweise 7 mm liegen, und der Abstand zwischen
benachbarten Bändern
kann im Bereich von 4 bis 6 mm, vorzugsweise 5 mm liegen. Dies ist
dann. der Abstand zwischen zwei benachbarten Windungen in der Spiralnut,
wie in 3 zu sehen ist. Das gleiche trifft im Prinzip auf
die in 1 und 2 gezeigte Ausführungsform
zu, wobei die Vorsprünge
spanend bearbeitet, funkenerodiert oder anderweitig erzeugt worden
sind. Die Abmessungen sind im Prinzip identisch. Die oben angegebenen
Zahlenwerte dienen nur als allgemeine Richtlinie für eine bevorzugte
Konfiguration, das entscheidende Merkmal ist jedoch, dass die Gesamtoberfläche der
Kontaktabschnitte der Vorsprünge
unter 5% der Oberfläche
der rotierenden Trommel liegt, vorzugsweise unter 2%, und dass die
Anzahl der Punkte pro Quadratzentimeter mindestens 2 beträgt.
-
7 bis 9 zeigen
Seitenansichten des Geräts,
das zum Ultraschallverbinden der Fasern und anderen Komponenten
von elektrostatischen Vliesfiltermedien verwendet wird. Das Filtermedium 12 wird
durch das allgemein bekannte Gerät 60 erhalten,
das eine Vliesfilterbahn aus elektrostatisch geladenen fibrillierten Fasern
erzeugt. Diese Fasern werden zu der Ultraschallvorrichtung 10 geführt, wie
sie in den 1 bis 4 abgebildet
und oben beschrieben ist. Die Vibrationseinheit in Form eines Schweißschallerzeugers 14 wird durch
die Einheit 62 angetrieben, die alle zur Erzeugung der
Ultraschallvibrationen erforderlichen Merkmale sowie Mittel zur
Steuerung des Spalts enthält.
Der Schweißschallerzeuger 14 arbeitet
mit dem Gegenwerkzeug oder Amboss zusammen, der die Form der Trommel 18 hat,
die, wie bereits erläutert,
sich in Richtung 28 dreht. Die mit Ultraschall behandelte
Bahn 44 wird von der Walze 64 aufgenommen. Die
mit Ultraschall behandelte Bahn 44 wird durch ein Paar
Walzen 66, 68 geführt, die gleichzeitig oder
zusätzlich
auch die Funktion des Schneidens von Bahn 44 auf beispielsweise
den beiden Seiten übernehmen
können,
die nicht verschweißt oder
anderweitig nutzlos sein können,
und es können
sich ferner weitere Schneidmesser entlang der Breite der Bahn 44 befinden,
um kleinere Abschnitte der mit Ultraschall behandelten Bahn 44 zu
erzeugen, die von Rolle 64 aufgerollt werden.
-
Das
Eintreten der unbehandelten Bahn 12 in die Ultraschalleinheit 10 ist
detaillierter in dem vergrößerten Abschnitt
A abgebildet. Es ist ersichtlich, dass der Schweißschallerzeuger 14 mit
seinem unteren Ende 70 und der Vorsprung 24 an
der rotierenden Trommel 18 einen Spalt 72 bilden.
Es ist ferner ersichtlich, dass die eintretende Bahn 12 signifikant
dicker als die austretende ultraschallbehandelte Bahn 44 ist.
Wenn die eintretende Bahn 12 in den Spalt 72 eintritt,
wird sie komprimiert, was aus den Abschnitten 74 und 76 ersichtlich
ist. Diese Kompression erfolgt entweder automatisch oder mit Hilfe
von weiteren Führungsmitteln
(nicht abgebildet). Der Schweißschallerzeuger 14 kann
ferner signifikant breiter als der Vorsprung 24 sein. Auf
der Unterseite 70 von Schweißschallerzeuger 14 befindet
sich im Allgemeinen keine Struktur.
-
Die
Querschnittanordnung der mit Ultraschall behandelten Bahn 44 ist
in dem vergrößerten Abschnitt B
gezeigt. Die Fasern von Bahn 44 sind an dem Abschnitt 78 mit
Ultraschall verbunden, und zwischen dem geschweißten Abschnitt und dem normalen
Abschnitt der Bahn 44 befinden sich die glatten Übergänge 80 und 82.
Es ist ferner ersichtlich, dass die Dicke der mit Ultraschall behandelten
Bahn 44 signifikant kleiner als diejenige der ursprünglichen
Bahn 12 ist, was aus der Ultraschallbehandlung resultiert.
Es ist auch ersichtlich, dass der geschweißte Abschnitt 78 auf
beiden Seiten, der Oberseite und der Unterseite, Eindrücke aufweist, obwohl
die Vorsprünge 24 nur
auf der Unterseite in Kontakt mit Bahn 12 sind; es findet
jedoch insgesamt eine Kompression statt, die zur Kompression des
oberen Abschnitts führt,
so dass auf beiden Seiten 80 und 82 Übergänge beobachtet
werden.
-
8 zeigt
eine alternative Anordnung für
das Ultraschallgerät.
Hier wird ebenfalls die ursprüngliche Bahn 12 von
der Einheit 60 erhalten und zu dem Ultraschallgerät 10 geführt, das
in umgekehrter Anordnung gezeigt ist. Die rotierende Trommel 18 befindet
sich auf der oberen Seite, und der Schweißschallerzeuger 14 und
die entsprechende Antriebseinheit 62 befinden sich auf
der unteren Seite. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass
zusätzlich
zu der ursprünglichen
unbehandelten Bahn durch die Verwendung der Vorratsrolle 86 und
der beiden Führungsrollen 88 und 90 eine
zweite Schicht 84 auf das Ultraschallgerät 10 geführt wird. Diese
zusätzliche
Schicht 84 ist ein Netzstoff, auf den die Bahn mit Ultraschall
gebunden werden kann. Netzstoff 84 und Bahn 12 werden
verbunden, um die Anordnung 92 zu ergeben, die durch die
Aufnahmerolle 64 und die Führungsrollen 66 und 68 aufgenommen
wird.
-
Der
Unterschied zu der in 7 gezeigten Ausführungsform
zeigt sich wiederum in den beiden vergrößerten Abschnitten C und D.
Die ursprüngliche
Bahn 12 und der Netzstoff 84 werden zu dem Spalt 72 geführt, der
durch den Schweißschallerzeuger
und den Vorsprung 24 der Trommel 18 erzeugt wird,
um das Laminat 92 zu bilden. Hier sind auch eine Führung und
eine Kompression der Bahn 12 und des Netzstoffs 84 an den
Abschnitten 74 und 76 zu sehen. Die Kompression
erfolgt vorwiegend auf der ursprünglichen
Bahn 12, während
der Netzstoff während
des Ultraschallschweißverfahrens
nur leicht komprimiert wird. Die vergrößerte Ansicht D zeigt eine ähnliche
Anordnung wie die Ansicht B in 7, die auch
den Abschnitt 78, der durch das Ultraschallschweißen komprimiert
wird, und die Übergangsbereiche 80 und 82 zeigt.
-
9 zeigt
eine dritte Anordnung des Ultraschallgeräts, wobei die Ziffern die gleichen
wie in den vorhergehenden Figuren sind. Das zusätzliche Merkmal ist hier, dass
von der Rolle 96 eine dritte Schicht 94 zugeführt wird.
Dies ist eine Gazeschicht. In diesem Fall ist das Ultraschallgerät 10 wieder
im gleichen Sinne wie in 7 angeordnet, dies hängt im Wesentlichen
von der Durchführbarkeit
in dem Verfahren ab. Abschnitt E ist prinzipiell mit den Abschnitten
A und C in den 7 beziehungsweise 8 vergleichbar.
Ab schnitt F zeigt wiederum eine Dreischichtanordnung, wobei der
Netzstoff 84, die Filterbahn 12 und die Gaze 94 zusammen zu
dem Laminat 98 kombiniert werden, das dann von Rolle 64 in
der gleichen Weise wie oben beschrieben aufgenommen wird. Es sei
darauf hingewiesen, dass dies drei typische Konfigurationen sind,
es kommen jedoch eine Vielzahl weiterer Varianten in Frage, beispielsweise
eine Vielzahl von Schichten, die Schichten von Spunbond-Fasern oder
schmelzgeblasenen Fasern enthalten.
-
10 zeigt
eine Seitenansicht des Ultraschallgeräts gemäß den vorhergehenden Figuren,
die die rotierende Trommel 18 mit ihrer Achse 20 auf
der unteren Seite und die Schweißschallerzeuger 14 mit
Antriebseinheiten 62 auf der anderen Seite zeigt, wobei
alle hiervon so angeordnet sind, dass Bahn 12 dazwischen hindurchlaufen
kann. Das Ultraschallgerät
beinhaltet vier individuelle Ultraschallvibrationsvorrichtungen 100, 102, 104, 106,
die alle unabhängig
voneinander betrieben werden. Jede hiervon ist in der Antriebseinheit 62 mit
einem Sensor 108, um den Spalt zwischen Schallerzeuger
und Amboss zu überwachen,
und einem Stellmotor 110 ausgestattet. Sensor 108 und
Stellmotor 110 sind durch Elektroverdrahtung 112 und 114 mit
einer elektronischen Steuereinheit 116 verbunden, die gewährleistet,
dass der Spalt 72 innerhalb ausreichend kleiner Toleranzen
gehalten wird, um eine Ultraschallverbindung der Komponenten der
Bahn 44 oder des Laminats 92, 98 zu gewährleisten
und ferner zu verhindern, dass Schallerzeuger und Amboss einander
berühren. Diese
Steuerungen werden für
jedes individuelle Ultraschallvibrationssystem 100, 102, 104 und 106 unabhängig gehandhabt.
Die Steuereinheit 116 wird danach an eine zentrale Stromversorgungseinheit 118 angeschlossen.
-
11 zeigt
ein individuelles Ultraschallvibrationssystem, z. B. Komponente 100 in 10.
Es gibt unter schiedliche Steuerungstypen, die verwendet werden können, am
meisten bevorzugt ist die sogenannte Kraftsteuerung. Die beiden
Hauptzwecke dieses Geräts
sind die Erzeugung der Vibrationen für das Ultraschallschweißen und
das Gewährleisten
der Steuerung des Spalts 72 zwischen der rotierenden Trommel 18 und dem
Schweißschallerzeuger 14.
Die Antriebseinheit 62 umfasst, wie in 10 zu
sehen ist, einen Sensor 108 und einen Stellmotor 110.
Hinsichtlich der Erläuterung
der Steuerung dieses Spalts 72 sind in 11 weitere Details
gezeigt. Der Stellmotor 110 liefert die Vibration für den Schweißschallerzeuger 14.
Des Weiteren befindet sich ein Kraftsensor 108 in Kontakt
mit entweder dem Stellmotor 110 oder direkt mit dem Schweißschallerzeuger 14.
Er soll die Kraft abfühlen,
mit der der Schweißschallerzeuger
auf das zu verbindende Material gestellt wird. Dieser Sensor kann
ein beliebiger Typ sein, beispielsweise irgendeine Art von Piezosensor.
Das Kraftsignal wird durch die elektrische Verbindung 112 an
die elektronische Steuerungseinheit 116 weitergeleitet.
Wenn die elektronische Steuerungseinheit 116 zu dem Schluss
kommt, dass die gemessene Kraft unter einem vorgewählten Schwellenwert
liegt, wird das gesamte System, umfassend Stellmotor 110,
Sensor 108 und Schweißschallerzeuger 14,
durch die Antriebsmittel 120, die durch die Verdrahtung 122 elektrisch
mit der elektronischen Steuerungseinheit 116 verbunden
sind, abwärts
bewegt. Stellmotor 110 ist durch das Verdrahtungssystem 124 in
einer Weise angeschlossen, so dass eine relative Bewegung zwischen
Steuerungseinheit 116 und Stellmotor 110 möglich ist.
Der Schweißschallerzeuger 14 ist
mit der elektronischen Steuerungseinheit über die Verdrahtung 126,
die auch flexibel ist, elektrisch verbunden. Die rotierende Trommel 18 ist
an ihrer Achse 20 durch Verdrahtung 128 mit der
elektronischen Steuerungseinheit 116 verbunden. Sobald
der Schallerzeuger 14 Kontakt mit dem Vorsprung oder irgendeinem
anderen Abschnitt der rotierenden Trommel 18 bekommt, wird
ein elektrischer Kurzschluss erzeugt und durch die Verdrahtungen 126, 128 abgefühlt. Die elektronische
Steuerungseinheit 116 gewährleistet dann, dass ein Mindestspalt 72 wieder
hergestellt wird.
-
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
passieren die durch Ultraschall zu verbindenden Materialien Spalt 72 (nicht
gezeigt, siehe vorhergehende Figuren), und der Steuerungsmechanismus
arbeitet in der folgenden Weise: Wenn Sensor 108 eine zu
niedrige Kraft abfühlt,
wird Stellmotor 110 durch Antriebsmittel 120 abwärts bewegt,
bis der Schwellenwert für
die Kraft erhalten wird. Das trifft auch in der Gegenrichtung zu,
wenn die Kraft zu hoch ist. Durch die Verwendung konventioneller
elektronischer Steuerungssysteme ist demnach eine kontinuierliche
Steuerung des Spalts 72 gewährleistet. Die zusätzliche
Kontrolle der Leitfähigkeit
wischen Schweißschallerzeuger 14 und
rotierender Trommel 18 gewährleistet ferner, dass ein
Mindestspalt erhalten bleibt, wodurch vermieden wird, dass Schallerzeuger
und Amboss einander berühren.
-
Ein
alternatives Verfahren zur Steuerung des Spalts ist das Abfühlen des
Abstands zwischen dem Schweißschallerzeuger
14 und
der Oberfläche
der rotierenden Trommel
18 durch einen Sensor, der in der
rotierenden Trommel
18 angeordnet ist. Weitere Details über Weisen
zur Steuerung des Spalts finden sich in der
WO 96/14202 .
-
Beispiele
-
Die
Erfindung wird ferner durch die folgenden Beispiele und Testergebnisse
beschrieben:
-
Beispiel 1
-
Eine
Gazeschicht 94 (siehe 9) wurde
verwendet, die ein Vlies-Spunbond-Material umfasste, das in bekannter
Weise aus Fasern hergestellt wurde, die mehrfach thermisch gebunden
und zufällig
angeordnet wurden. Das Flächengewicht
dieses Vlies-Spunbond-Materials betrug 10 g/m2.
Die Spunbond-Bahn wurde mit einem Vliesmaterial des Elektret-Filtermaterials
kombiniert, das aus elektrostatisch geladenen, dielektrischen, fibrillierten
oder gespaltenen Fasern mit den typischen Abmessungen von 10 mal
40 Mikrometern in einer Seitenansicht bestand. Das Flächengewicht
dieses Vlies-Materials betrug etwa 30 g/m2.
Als Materialien für
diese Elektret-Filterschicht wurden Produkte verwendet, die unter
der Bezeichnung 3M FiltreteTM von der Minnesota Mining
and Manufacturing Company vertrieben werden. Die beiden Schichten,
die Gazeschicht mit einem Flächengewicht
von 10 g/m2 und die Elektret-Filterschicht
mit einem Flächengewicht
von 30 g/m2, wurden dann nach einem Verfahren
wie in 8 gezeigt unter Verwendung eines Geräts wie hier
beschrieben mit einer rotierenden Trommel mit den oben angegebenen
Abmessungen gemäß 3 und 4 mit
oberen Flächen 38 der
Bänder 32 von
0,81 × 0,81
mm und einem Abstand zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 38 von
6,9 mm und einer Distanz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen
von 4,83 mm durch Ultraschall verbunden. Dies führt zu einem Abschnitt der
mit Ultraschall verbundenen Fläche
der Filterbahn von 1,5% der Gesamtfläche in der rotierenden Trommel,
entsprechend etwa 2% der Fläche
der Bahn aufgrund der Tatsache, dass der Abschnitt der durch Ultraschall
verbundenen Fasern eine etwas größere Fläche als
der Abschnitt der rotierenden Trommel hat. Die Anzahl der Punkte
pro Quadratzentimeter betrug etwa 2,3. Das so gebundene Laminat aus
Filtermedien und Gaze wurde an einen thermoplastischen Netzstoff
oder eine netzförmige
Trägerstruktur geklebt.
Dieser Netzstoff bestand aus Fasern mit einem Durchmesser von etwa
0,45 mm. Die Öffnungen
der Trägerstruktur
waren rautenförmig
und hatten eine Größe von etwa
3,6 × 4,1
mm. Die Dicke der Trägerstruktur betrug
etwa 0,85 mm. Die Fasern bestanden aus Polypropylen oder anderen
Polymeren. Der Netzstoff oder die netzförmige Trägerstruktur wurde mit konventionell
verwendeten Klebstoffen an das Laminat der Fasermedien und Gaze
geklebt. Die so erhaltene Struktur wurde dann gefaltet und zu einem
Filter mit einer Faltenhöhe von
25 mm, Faltenabstand 9,4 mm und Gesamtabmessungen des Filters von
290 × 100
mm geformt, was zu 31 Falten führte.
Diese Konstruktion wurde danach durch Kleben oder Einsatzformen
in geeigneter Weise in einem Rahmen angebracht.
-
Beispiel 2
-
Dieses
Beispiel unterschied sich von Beispiel 1 nur durch das Flächengewicht
der Elektret-Vliesfiltermedien, das mit 40 g/m2 gewählt wurde,
so dass zusammen mit der Gaze von 10 g/m2 ein
Gesamtflächengewicht
von 50 g/m2 erhalten wurde.
-
Beispiel 3
-
Beispiel
3 ist Beispiel 2 ähnlich,
außer
dass zusätzlich
zu einer Gazeschicht auch ein Netzstoff mit Ultraschall an die Bahn
geschweißt
wurde, die ein Gewicht von 50 g/m2 hatte.
Diese Anordnung wurde nach dem in 9 illustrierten
Verfahren mit Ultraschall verbunden.
-
Beispiel 4
-
Beispiel
4 unterschied sich von Bespiel 3 durch die Tatsache, dass die Gaze
weggelassen wurde. Das Flächengewicht
der Bahn wurde mit 50 g/m2 gewählt, der
Netzstoff war wie oben beschrieben und die Ultraschallbehandlung
erfolgte wie in 8 beschrieben.
-
Vergleichsbeispiel
-
Es
wurde eine größere Anzahl
von Vergleichsbeispielen in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1
bis 4 erzeugt, die sich im Wesentlichen darin unterschieden, dass
ein Vernadelungsverfahren anstelle des Ultra schallverbindens verwendet
wurde. Zum Vergleich wurden Vergleichsproben gewählt, die den gleichen Druckabfall
wie Beispiele 1 bis 4 zeigten. Es wurden somit Filter mit im Wesentlichen
der gleichen Anfangsleistung verglichen.
-
Vergleichsmessungen
wurden mit den oben beschriebenen Probenfiltern durchgeführt.
-
Die
Wirksamkeit wurde gemäß der Testnorm
DIN 71 460, Teil 1, gemessen.
-
Die
Messung der Wirksamkeit wurde wie folgt durchgeführt: Ein Teststaub "grob" gemäß DIN ISO
5011 wurde gemäß § 4.4 von
DIN 71 460 eingebracht. Dieser Staub wurde mit Partikelzählern vor
und nach Eintritt durch den zu testenden Filter gemessen. Die Partikelzähler haben
die Fähigkeit,
Partikel mit unterschiedlichen Partikelgrößen mindestens im Bereich zwischen
0,5 und 15 Mikrometern zu bestimmen. Das Verhältnis in diesem Partikelbereich
ist dann die Wirksamkeit in Prozent. Es wurden alle Bedingungen
gemäß DIN 71
460, § 1–4.4.2 berücksichtigt.
Es ist besonders wichtig, dass die zu testenden Filter eine identische
Größe und Anordnung
haben, wie oben für
die unterschiedlichen Beispiele angegeben wurde.
-
Die
Ergebnisse lassen sich 12 entnehmen. Gezeigt sind Beispiele
1, 2 und 4, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel. Es ist zu sehen,
dass die Wirksamkeit in dem getesteten Bereich der Partikelgrößen zwischen
0,1 und 10 Mikrometern um etwa 10 Prozentpunkte erhöht wird.
-
In
allen 4 Beispielen wurde ferner der eingefangene Staub im Vergleich
mit dem Referenzbeispiel bestimmt. In diesem Fall wurden die Tests
ebenfalls gemäß der Testnorm
DIN 71 460, Teil 1, durchgeführt.
-
Die
Bestimmung des eingefangenen Staubs wurde wie folgt durchgeführt: Es
wurden alle Bedingungen von DIN 71 460, Teil 1, berücksichtigt,
die für
die Bestimmung des eingefangenen Staubs relevant sind, insbesondere § 6.3. Die
Messung wurde ausgehend von einem Anfangsdruckabfall durchgeführt, bis
der Druckabfall auf ein Niveau von 25, 50, 75 beziehungsweise 100
Pa angestiegen war. Die Filter wurden vor und nach dem Test gewogen.
In diesem spezifischen Fall wurden die Verhältnisse zwischen den Beispielen
1 bis 4 und dem Vergleichsbeispiel berücksichtigt, und bestimmt wurde
der prozentuale Anstieg des eingefangenen Staubs in Bezug zu dem
Vergleichsbeispiel. Es wurde für
das Wiegen auch DIN ISO 5011 angewendet.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt, die die zusätzliche
Beladung zeigt, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel vom Vernadelungstyp.
Die unterschiedlichen Schritte führen
zu einem Anstieg des Druckabfalls von 25, 50, 75 beziehungsweise
100 Pa. Es ist zu sehen, dass die signifikanteste Verbesserung mit Beispiel
4 erhalten wurde, das keine Gazeschicht enthielt. Tabelle 1
| Aufladungsschritt: Anstieg
des Druckabfalls in Pa | Beispiel
1 | Beispiel
2 | Beispiel
3 | Beispiel
4 |
| Anfangswert
(+0 Pa) | 100% | 100% | 100% | 100% |
| | | | | |
| +
25 Pa | 162% | 148% | 117% | 260% |
| +
50 Pa | 139% | 134% | 109% | 217% |
| +
75 Pa | 148% | 139% | 113% | 229% |
| +
100 Pa | 152% | 139% | 112% | 234% |
| Mittelwert | 150% | 140% | 113% | 235% |