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Die
Erfindung betrifft ein Filtermedium, insbesondere einen eine Filterstruktur
umfassende Staubsaugerbeutel.
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Heutzutage
umfassen viele Staubsaugerbeutel Filterstrukturen, die aus Verbundwerkstoffen aus
Nonwoven-Materialien anstatt aus herkömmlichen Filterpapieren bestehen.
Diese Verbundmaterialien weisen eine hohe Filtergüte und -leistung
auf.
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EP 0 960 645 offenbart einen
solchen Staubsaugerbeutel nach dem bekannten Stand der Technik.
Diese bekannte Konstruktion ist aus drei Schichten hergestellt,
nämlich
in Richtung des Luftstroms aus einem dicken Meltblown-Vlies, aus
einem Meltblown-Vlies mit hoher Filtergüte und aus einer Spunbond-
oder Spunlace-Schicht. Die stromauf gelegene dicke Meltblown-Schicht,
die sich an der Innenseite des Beutels befindet, dient zum Entfernen
großer Mengen
von Staubteilchen, zum Halten des Staubs in seiner Struktur und
zu Schützen
der Meltblown-Schicht mit hoher Filtergüte vor größeren Staubteilchen.
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Die
Strukturen nach dem bekannten Stand der Technik haben eine hohe
Filterleistung. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt,
dass lange Teilchen oder Gegenstände
mit kleinem Durchmesser, wie Haare (mit einem Durchmesser von ungefähr 70,2 ± 12,3 μm), dazu
neigen, in den Filter einzudringen. Dieses Eindringen tritt hauptsächlich in
dem Bereich auf, wo der Luftstrom des Staubsaugers die Wand des
Filterbeutels trifft. Die langen Gegenstände wirken wie Speere und durchbohren
die Filterstruktur. Wenn auch diese langen Gegenstände für gewöhnlich nicht
aus dem Filterbeutel austreten, ragen viele von Ihnen aus der äußersten
Schicht des Beutels heraus. Daher sind diese Gegenstände von außen sichtbar
und sind ästhetisch
störend.
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Im
Hinblick darauf besteht das der Erfindung zugrunde liegende Problem
in der Schaffung eines Filtermediums, insbesondere für einen
Staubsaugerbeutel, das im Hinblick auf lange Teilchen und Gegenstände ein
besseres Rückhaltevermögen hat.
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Dieses
Problem wird durch ein Filtermedium gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Demnach
schafft die Erfindung ein Filtermedium, insbesondere für einen
Staubsaugerbeutel, das eine Filterstruktur umfasst, in der eine
Oberfläche
oder eine Grenzfläche der
Filterstruktur mit einer Filterpapierschicht versehen ist, die eine
kleinere Oberfläche
als die Filterstruktur hat.
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Die
Filterstruktur kann aus einer einzigen Filterschicht bestehen oder
kann mehrere aneinander grenzende Schichten umfassen. In einer Verbundstruktur
kann zum Beispiel eine der Schichten als Grobfilter dienen, während eine
andere Schicht für das
Filtern und Halten von feinem Staub verantwortlich sein kann. Natürlich sind
auch andere Mehrschichtstrukturen möglich.
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Die
Filterpapierschicht kann an einer Fläche der Filterstruktur vorgesehen
sein. Alternativ kann in einer Mehrschichtstruktur die Filterpapierschicht auch
an einer Grenzfläche
zwischen zwei Schichten vorgesehen sein, das heißt an einer Fläche einer
der Schichten der Struktur.
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Die
Filterpapierschicht soll auch an einem Bereich des Filtermediums
so vorgesehen sein, dass im Betrieb ein zu filternder Luftstrom
oder dessen Hauptteil oder intensivster Teil das Filtermedium trifft, mit
anderen Worten an einem Bereich, der dem zu filternden Luftstrom
unmittelbar ausgesetzt ist. Wie oben bereits ausgeführt, kann
das Filtermedium mit der Filterpapierschicht derart versehen sein,
dass der Luftstrom die Filterpapierschicht zuerst trifft, oder alternativ
derart, dass der Luftstrom durch eine oder mehrere weitere Lagen
geleitet wird, bevor er die Filterpapierschicht trifft.
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Wenn
jedoch das Filtermedium mehr als eine Schicht umfasst, können die
spezifischen Filterfähigkeiten
der verschiedenen Schichten in verbesserter Weise ausgenützt werden,
wenn die Filterpapierschicht nicht zwischen diesen Schichten vorgesehen ist,
sondern an einer der Oberflächen
des Verbundmaterials.
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Die
Filterpapierschicht hat zwei Funktionen. Einerseits verstärkt sie
das Filtermedium, wodurch die Menge der langen Teilchen herabgesetzt
wird, die im Bereich der Filterpapierschicht durch das Filtermedium
hindurchtreten. Andererseits ist aufgrund der zusätzlichen
Papierschicht in einem speziellen Bereich die Luftdurchlässigkeit
des Filtermediums in diesem Bereich herabgesetzt. Dies bedeutet,
dass ein Luftstrom, der auf das Filtermedium an diesem Teil seiner
Oberfläche
trifft, teilweise abgelenkt wird. Folglich ist der Luftstrom in
diesem Bereich verringert und die im Luftstrom mitgenommenen Teilchen
treffen auf den Filter mit herabgesetzter Geschwindigkeit. Im Hinblick
darauf hat der Filter bezüglich
langer Teilchen und Gegenstände
ein viel besseres Rückhaltevermögen.
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Die
Filterpapierschicht hat eine kleinere Oberfläche als die Filterstruktur,
um eine hohe Luftdurchlässigkeit
des gesamten Filtermediums aufrecht zu erhalten. Wenn die gesamte
Oberfläche
der Filterstruktur mit der Filterpapierschicht versehen wäre, wäre die Luftdurchlässigkeit
des Filtermediums herabgesetzt mit dem Ergebnis einer geringeren
Filterleistung. Die Filterpapierschicht kann jede beliebige Gestalt
haben, etwa eine gekrümmte
oder vieleckige Gestalt.
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Die
Filterpapierschicht kann an die Filterstruktur gebondet sein. Dies
gewährleistet,
dass während
des Gebrauchs des Filtermediums die Position der Filterpapierschicht
unverändert
bleibt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
die Filterpapierschicht gebondet sein unter Verwendung eines Klebemittels,
etwa eines Hotmelts, eines Kaltleims, eines Dry-Bond-Klebemittels und/oder thermoplastischen
Polymers.
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Das
Filterpapier kann vorzugsweise an die Filterstruktur an diskreten
Bereichen gebondet sein. Mit anderen Worten nicht die gesamte Oberfläche der
Filterpapierschicht ist an die Filterstruktur gebondet. Ein Klebemittel
kann auf die Filterpapierschicht nur an diskreten Bereichen aufgetragen
werden, zum Beispiel in Form von Punkten. Auf diese Weise wird die
Verminderung der Luftdurchlässigkeit
aufgrund von gebondeten Bereichen klein gehalten.
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Vorzugsweise
kann die Filterstruktur eine Nonwoven-Schicht umfassen. Der Ausdruck „nonwoven" ist so zu verstehen,
dass Papiere gemäß der Definition
der European Disposables and Nonwoven Association (EDANA) ausgeschlossen
sind. Die Nonwoven-Schicht
kann eine Dry-Laid- oder eine Wet-Laid-Nonwoven-Schicht sein. Sie
kann vorzugsweise eine Air-Laid-, eine Spunbond- oder eine Spunlace-
oder eine Meltblown-Schicht
sein. Alternativ oder zusätzlich
kann die Filterstruktur ein Papier mit hoher Staubrückhaltefähigkeit
umfassen, wie in der
EP 0 960
645 offenbart. Es können
spezielle Arten von Schichten so gewählt werden, dass die gewünschten
Filterfähigkeiten,
wie Filterleistung und Staubrückhaltefähigkeit,
vorgesehen sind.
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Vorzugsweise
kann die Filterstruktur wenigstens zwei Nonwoven-Schichten umfassen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der oben beschriebenen Filtermedien, kann die Filterstruktur eine
Spunbond-/Meltblown-/Spunbond-Struktur umfassen. Die Filterstruktur
kann vorzugsweise aufeinanderfolgend eine Spunbond-, eine Airlaid-,
eine Spunbond-, eine Meltblown- und eine Spunbond-Schicht umfassen.
Auf diese Weise wird ein sehr vorteilhafter Verbundstoff aus fünf Schichten mit
hervorragenden Filtereigenschaften erzielt. Der Ausdruck „aufeinandertolgend" benennt hier nur
die Reihenfolge der verschiedenen Schichten innerhalb der Filterstruktur.
Es sind auch zusätzliche
Schichten zwischen aufeinanderfolgenden Schichten möglich und
durch diese Formulierung nicht ausgeschlossen. Insbesondere kann
die Filterpapierschicht an einer Grenzfläche zwischen aufeinanderfolgenden
Schichten vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
können
die Spunbond- und/oder die Meltblown-Schichten Polypropylenfasem
(PP) umfassen. Die Air-Laid-Schicht kann Zweikomponentenfasern (PP/PE)
oder flockige Zellstofffasern oder eine Mischung hiervon umfassen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform aller
oben beschriebenen Filtermedien kann die Filterpapierschicht eine
Luftdurchlässigkeit
von wenigstens ungefähr
250 l/m2/s, vorzugsweise von wenigstens
ungefähr
500 l/m2/s, noch mehr bevorzugt von wenigstens
ungefähr
600 l/m2/s haben.
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Wie
bereits oben beschrieben, ist es ein Ziel der Filterpapierschicht,
den Hauptteil des das Filtermedium treffenden Luftstroms abzulenken.
Je geringer die Luftdurchlässigkeit
der Filterpapierschicht ist, umso mehr Luft wird abgelenkt. Wenn
jedoch die Luftdurchlässigkeit
zu gering ist, wird beinahe der gesamte Luftstrom derart abgelenkt,
dass der größte Teil
des Luftstroms das Filtermedium an Bereichen trifft, die den Bereich
der Filterpapierschichtumgeben. Daraus ergibt sich ein Eindringen
der langen Gegenstände
um die Filterpapierschicht. Die obigen geringeren Grenzen für die Luftdurchlässigkeit
der Filterpapierschicht ergeben hervorragende Ergebnisse bezüglich der
Rückhaltung
der langen Teilchen.
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Vorteilhaft
kann die Filterpapierschicht der oben beschriebenen Filtermedien
ein Grundgewicht zwischen 20 und 100 g/m2,
vorzugsweise zwischen 35 und 50 g/m2 haben.
Diese Grenzen für
das Grundgewicht der Filterpapierschicht gewährleisten eine sehr vorteilhafte
Filterqualität
mit einer verbesserten Rückhaltung
von langen Teilchen.
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Die
Erfindung schafft auch einen Staubsaugerbeutel, der eines der oben
beschriebenen Filtermedien umfasst.
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Vorzugsweise
kann die Filterpapierschicht an einem Bereich einer Oberfläche der
Filterstruktur derart vorgesehen sein, dass im Betrieb der Bereich unmittelbar
einem Luftstrom ausgesetzt ist, der in den Beutel eintritt. Dies
bedeutet, dass ein Luftstrom nach dem Eindringen in den Beutel das
Filtermedium an diesem Bereich treffen soll.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann
der Staubsaugerbeutel zwei Teile aus Filtermedium umfassen, wobei
beide Teile an einem äußeren Rand
zusammen gebondet sind, und wobei der erste Teil einen Lufteinlass
und der zweite Teil eine Filterpapierschicht an einem Bereich umfasst,
der dem Lufteinlass gegenüber
liegt. Nach dem Eindringen in den Staubsaugerbeutel durch den Einlass
trifft somit im Betrieb der Luftstrom unmittelbar (das heißt ohne Ablenkungen
und Reflexionen) den Bereich des Filtermediums, der sich gegenüber dem
Einlass befindet, wo die Filterpapierschicht vorgesehen ist.
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Das
Bonden der Teile des Filtermediums kann mit Hilfe von Standardverfahren
erfolgen, etwa beispielsweise Ultraschallbonden oder unter Verwendung
eines Klebstoffs. Die Teile des Filtermediums können individuelle Filtermedien
sein (zum Beispiel individuelle Verbundstoffe aus mehreren Schichten), die
zusammengebondet sind. Alternativ können die Teile Teile eines
einzigen Filtermediums sein, das zusammengefaltet wird, wobei dann
zur Erzielung eines geschlossenen Volumens die Ränder zusammengebondet werden.
Zum Beispiel kann ein rechteckiges Filtermedium so gefaltet werden,
dass zwei Teile des Filtermediums (wieder mit einer rechteckigen
Form) aufeinander liegen. Durch Bonden der beiden Teile wird ein
Beutel erhalten.
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Vorzugsweise
kann die Filterpapierschicht an der Innenfläche oder der Außenfläche des
Beutels vorgesehen sein. Mit anderen Worten, die Filterpapierschicht
befindet sich vorteilhaft nicht an Grenzflächen innerhalb des Filtermediums.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der
Figuren beschrieben.
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1A zeigt einen Querschnitt
eines Beispiels eines Filtermediums gemäß der vorliegenden Erfindung;
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1B zeigt einen Querschnitt
eines weiteren Beispiels eines Filtermediums gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2A zeigt eine Vorderansicht
eines Staubsaugerbeutels mit einem Filtermedium gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2B zeigt einen Querschnitt
eines Staubsaugerbeutels mit einem Filtermedium gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1A zeigt einen Querschnitt
eines Filtermediums aus fünf
Schichten, das als Staubsaugerbeutel verwendet werden kann. Die
Filterstruktur umfasst aufeinanderfolgend eine Spunbond-Schicht 1, eine
Air-Laid-Schicht 2, eine Spunbond-Schicht 3, eine
Meltblown-Schicht 4 und eine weitere Spunbond-Schicht 5.
Die Richtung des Luftstroms im Betrieb des Filtermediums ist durch
Pfeile angegeben. Stromauf der ersten Spunbond-Schicht 1 des Filtermediums
ist eine Filterpapierschicht 6 vorgesehen. Somit ist diese
Filterpapierschicht 6 an einer der Oberflächen des
Verbundstoffs aus fünf
Schichten des Filtermediums vorgesehen. Wenn dieses Filtermedium
in einem Staubsaugerbeutel verwendet werden würde, wäre diese Oberfläche tatsächlich die
innere Oberfläche
des Beutels. Wie in der Figur gesehen werden kann, hat die Filterpapierschicht 6 eine kleinere
Oberfläche
als die Filterstruktur.
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Ein
alternatives Beispiel eines Filtermediums gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 1 B gezeigt.
Bei diesem Beispiel umfasst das Filtermedium ein ähnliches
Verbundmaterial aus fünf
Schichten wie in 1A,
und umfasst insbesondere auch eine durch Schichten 1, 4 und 5 gebildete
Spunbond-/Meltblown-/Spunbond-Struktur. Im Beispiel von 1 B befindet sich die Filterpapierschicht 6 an der
anderen Oberfläche
des Verbundmaterials aus fünf
Schichten als in 5, die die äußere Oberfläche des
Staubsaugerbeutels wäre,
was aus der Richtung der Pfeile ersichtlich ist.
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Die
in 1A und 1 B gezeigte, aus fünf Schichten
bestehende Verbundstruktur ist verwirklicht bei dem im Handel erhältlichen
Staubsaugerbeutel CAPAFIL 50 (Standard). Die Form eines
solchen CAPAFIL 50 Beutels ist in 2A und 2B gezeigt. Bei dem CAPAFIL
50 Beutel haben die innere Spunbond-Schicht 1 ein Grundgewicht
von 17 g, die Air-Laid-Schicht 2 ein Grundgewicht von 50
g, die Spunbond-Schicht 3 ein Grund gewicht von 17 g, die Meltblown-Schicht 4 ein
Grundgewicht von 24 g und die äußere Spunbond-Schicht 5 ein
Grundgewicht von 25 g.
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Ein
derartiger Staubsaugerbeutel wurde zum Testen der Wirkungen der
vorliegenden Erfindung benützt.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 gezeigt. Bei diesen
Tests wurde ein CAPAFIL 50 (290 × 260 mm) Staubsaugerbeutel
in einem MIELE-Staubsauger
S511 electronic getestet. Das Testmaterial war ein Gemisch aus 50
g menschlichen Haaren, 50 g Reis (trocken) und 150 g Standardstaub (Mineralstaub
gemäß IEC 312).
Das Testmaterial wurde angesaugt, und dann wurde der Staubsauger 15
Minuten lang betrieben. Danach wurde die Anzahl der Haare gezählt, die
aus dem Beutel herausragten. Im Fall von längeren Betriebszeiten (wie
in den letzten beiden Spalten von Tabelle 1) wurde der Staubsauger
mehrmals 15 Minuten lang betrieben mit Unterbrechungen zwischen
den Intervallen.
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Bei
einem ersten Test wurde der CAPAFIL 50 Staubsaugerbeutel ohne zusätzliche
Filterpapierschicht verwendet. Das Ergebnis ist in der ersten Spalte
von Tabelle 1 gezeigt.
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Danach
wurden quadratische Filterpapierschichten mit Abmessungen von 150 × 150 mm
mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen. Sie wurden 45 mm
vom unteren Rand des Beutels in der Mitte des Teils des Filtermediums
positioniert, der dem Teil mit dem Lufteinlass gegenüber liegt.
Die Filterpapierschicht wurde an das aus fünf Schichten bestehende Verbundmaterial
auf die Innenseite bzw. auf die Außenseite des Beutels gebondet.
Es wurden die nachfolgenden Filterpapierarten verwendet.
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Standard-Filterpapier
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Als
Standard-Filterpapier wurde VACFILT 50 MRL verwendet, das von MB
Papeles Especiales, S.A. hergestellt wird. Gemäß dem Datenblatt des Herstellers
hat dieses Papier ein Grundgewicht von 50 g/m2 (DIN
EN ISO 536) und eine Luftdurchlässigkeit
von 315 l/m2/s (DIN EN ISO 9237 bei 2 mbar).
Die an der Innenseite und an der Außenseite des Beutels gelieferten
Testergebnisse sind in den Spalten 2 und 3 von Tabelle 1 angegeben.
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VE 45 MU-Papier
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Eine
andere Papierart war das VE 45 MU-Papier, das von Fiber Mark Gessner
hergestellt wird. Gemäß dem technischen
Datenblatt des Herstellers hat dieses Papier ein Grundgewicht von
45 g/m2 (ISO 536) und eine Luftdurchlässigkeit
von 400 l/m2/s (EN ISO 9237 bei 200 Pa).
Die entsprechenden Testergebnisse mit diesem Papier wurden an der Innenseite
und an der Außenseite
des Beutels geliefert und sind in den Spalten 4 und 5 von Tabelle
1 gezeigt.
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VACFILT 35/7 MB
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Ein
weiteres Testpapier war VACFILT 35/7 WHITE, das von MB Papeles Especiales,
S.A. hergestellt wird. Gemäß dem technischen
Datenblatt des Herstellers hat dieses Papier ein Grundgewicht von 35
g/m2 (DIN EN ISO 536) und eine Luftdurchlässigkeit
von über
700 l/m2/s (DIN EN ISO 9237 bei 2 mbar).
Die entsprechenden Testergebnisse sind in den Spalten 6 und 7 von
Tabelle 1 gezeigt.
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Wie
in Spalte 1 von Tabelle 1 ersichtlich, ist die ungefähre Anzahl
von aus dem Beutel herausragenden Haaren größer als 60, und zwar ohne jegliche
zusätzliche
Filterpapierschicht und nach einer Testzeit von 15 Minuten. Ferner
ist im Fall der Verwendung von Standard-Filterpapier oder VE 45 MU-Papier
die Anzahl von Haaren deutlich vermindert beim Vorsehen der Filterpapierschicht
an der Außenseite
des Beutels verglichen mit einer Filterpapierschicht an der Innenseite
des Beutels. Im Fall des VACFILT 35/7 MB-Papiers ragen selbst nach einer Testzeit
von 240 Minuten keine Haare aus dem Beutel unabhängig davon, ob die Filterpapierschicht
an der Innenseite oder an der Außenseite des Beutels vorgesehen
ist.
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2A ist eine Vorderansicht
des Staubsaugerbeutels 7 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Form des gezeigten Beutels entspricht der Form des getesteten
Beutels CAPAFIL 50. In dieser Figur ist der Vorderteil 8 des
Filtermediums gezeigt, der mit einem Lufteinlass 9 versehen
ist. Vorder- und Rückteile des
Filtermediums sind an einem äußeren Rand 10 zusammengenäht.
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2B zeigt den Querschnitt
des Beutels von 2A während des
Betriebs. Luft (angezeigt durch Pfeile) tritt durch den Lufteinlass 9 in
den Beutel ein. Die Vorder- und Rückteile des Filtermediums sind
aufgrund des Luftdrucks gekrümmt.
In dieser Figur ist an der Außenfläche des
Rückteils
(außen) eine
Filterpapierschicht 12 vorgesehen. Alternativ kann diese
Filterpapierschicht im Beutel oder innerhalb des Filtermediums (an
Grenzschichten zwischen benachbarten Schichten) vorgesehen sein.
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Es
ist eine quadratische Filterpapierschicht 6 vorgesehen.
In 2B ist die Filterpapierschicht 6 an das
Filtermedium an einer solchen Position gebondet, dass durch den
Ein tritt 8 eintretende Luft das Filterschichtverbundmaterial
an dem Bereich trifft, wo die Filterpapierschicht vorgesehen ist.
Dies ergibt eine verbesserte Rückhaltung
der mit dem Luftstrom mitgenommenen langen Teilchen.
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Es
sei hervorgehoben, dass die Figuren die Abmessungen nicht genau
wiedergeben. Darüber
hinaus ist zu verstehen, dass diese Beispiele nur zur Erläuterung
dienen und nicht als Beschränkung
beabsichtigt sind. Insbesondere kann für die vorliegende Erfindung
jedes beliebige Filterschicht-Verbundmaterial verwendet werden.
Ferner ist der Staubsaugerbeutel nicht auf eine spezielle Geometrie
beschränkt,
sondern kann unterschiedliche Formen haben.
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