Filterbeutel zum Filtern feiner Partikel aus einem Gas
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Filterbeutel zum Filtern feiner Partikel aus einem Gas, welcher mindestens eine Filterschicht von bestimmter Schichtdicke und mindestens eine in Strömungsrichtung des Gases der Filterschicht nachgeordnete Filterlage von bestimmter Schichtdicke aufweist.
Solche Filterbeutel finden beispielsweise als Staubfilterbeutel in stationären oder mobilen Entstaubungsgeräten in Industrie und Haushalt oder in raumlufttechnischen Anlagen Anwendung.
Die Anforderungen an die Effizienz dieser Staubfilterbeutel sind in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Mit einem zunehmenden Hygiene- und Gesundheitsbewusstsein wird gerade der Feinpartikelabscheidung große Bedeutung beigemessen. So wird von modernen Staubfiltern erwartet, dass sie mit einem hohen Abscheidegrad auch feinste Stäube, wie z.B. den in den Hausstäuben enthaltenen M üben kotstaub oder Tabakstaub aufnehmen können. Gleichzeitig soll der Luftwiderstand des Filters trotz hohen Staubfassungsvermögens weitestgehend gering gehalten werden, um langfristig eine hohe Förderleistung der Entstaubungsgeräte zu gewährleisten und einem häufigen Filterwechsel vorzubeugen. Um der Druckerhöhung infolge des wachsenden Luftwiderstandes des Filters im Filterbeutel stand zu
halten, muss außerdem die mechanische Stabilität des Staubfilterbeutels gewährleistet sein, damit dieser nicht zerreist. Mit Ausrichtung auf diese komplexen Anforderungen, sind aus dem Stand der Technik neue Filtermaterialien und Filterkonstruktionen bekannt, wie zum Beispiel zwei- oder dreilagige Filterbeutel mit einer anströmseitigen Filterschicht ggf. einer nachgeschaltenen Zwischenlage und einer abströmseitigen Stütz- oder Trägerlage. Die einzelnen Lagen des mehrlagigen Staubfilterbeutels sind zum Zwecke der Bereitstellung eines hohen Staubfassungsvolumens in einem Staubsammelbehälter des Entstaubungsgerätes sehr dünnschichtig und mit untereinander nahezu gleicher Schichtdicke ausgeführt. Diese dünnschichtigen Filter werden daher auch als Oberflächenfilter bezeichnet. Nachteiliger Weise führt die Abscheidung von Feinstpartikeln mit diesen herkömmlichen mehrlagigen Staubfilterbeuteln entweder zu einer unzufrieden stellenden Abscheidewirkung oder in kurzer Zeit zur Verstopfung des Filters mit einhergehender starken Erhöhung des Filterwiderstandes, der die Saugleistung erheblich vermindert und zum vorzeitigen Austausch des Staubfilterbeutels zwingt. Feinste Partikel, wie beispielsweise Schleifstaub von Gips, setzen die Poren des
Filtermaterials rasch bis zur seiner Gebrauchsunfähigkeit zu, obwohl der Staubfilterbeutel augenscheinlich leer ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Filterbeutel mit geringer Verstopfungsneigung bereit zu stellen und damit die Standzeit des Staubfilterbeutels, insbesondere beim Filtern von feinen Stäuben, zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Staubfilterbeutel gelöst, bei dem die Schichtdicke der Filterschicht wesentlich größer als die Schichtdicke der nachgeordneten Filterlage ist. Durch eine voluminösere Gestaltung der Filterschicht können mehr Partikel aufgenommen werden, als durch eine weniger voluminöse Filterschicht. Die mit einer erheblich dickeren Filterschicht vermeintlich verbundene Erhöhung des Filterwiderstandes und Reduzierung des für die Stauberfassung zur Verfügung stehenden Füllvolumens im Staubfilterbeutel standen bisher solchen Überlegungen entgegen. Die in den letzten Jahren bekannt gewordenen Filterschichten für Feinstäube zeichnen sich jedoch durch ein geringes Flächengewicht und eine hohe Luftdurchlässigkeit aus, wobei die „Verdickung" des Filtermaterials zu keiner wesentlichen Erhöhung des Luftwiderstandes führt. Überraschender Weise hat sich außerdem gezeigt, dass trotz des erheblich größeren Volumens, den das Filtermaterial der Filterschicht im erfindungsgemäßen Filterbeutel gegenüber den herkömmlichen Staubfilterbeuteln einnimmt, das Partikelfassungsvermögen ein
Vielfaches des Partikelfassungsvermögens der im Stand der Technik beschriebenen herkömmlichen Staubfilterbeutel beträgt, ohne merkliche Saugleistungsverluste hinnehmen zu müssen und ohne dass Verstopfungserscheinungen auftreten. Dieser Effekt zeigt sich besonders wirkungsvoll bei sehr feinen Staubpartikeln. In der voluminösen Filterschicht wird die Geschwindigkeit der Staubpartikel aus dem Abluftvolumenstrom genügend abgebremst, so dass sich die Staubpartikel in der voluminösen Filterschicht gut verteilen und anlagern können und weitestgehend nicht auf die nachfolgenden verstopfungsgefährdeten Filterlagen auftreffen. Der erfindungsgemäße Staubfilterbeutel verwirklicht, trotz seiner
mehrlagigen Gestaltung einen neuartigen Tiefenfilter, womit die Standzeit des Staubfilterbeutels wesentlich gesteigert wird. Die erfindungsgemäße Schichtdicke der Filterschicht kann sich auch aus mehreren Filterschichten zusammensetzen. Insofern ist in dieser Anmeldung unter der „Schichtdicke" dann die Summe der Dicken der einzelnen Filterschichten zu verstehen.
Je größer die Schichtdicke der Filterschicht ist, umso wirkungsvoller treten die genannten Vorteile in Erscheinung. In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der Filterschicht deshalb mindestens das 5-fache der nachgeordneten Schichtdicke der Filterlage.
Beträgt die Schichtdicke der Filterschicht das 15- bis 20-fache der Schichtdicke der nachgeordneten Filterlage, ist ein optimales
Volumen des Filtermaterials der Filterschicht im Staubfilterbeutel für eine effektive Filterung feinster Partikel bei geringfügig höherem Strömungswiderstand des Filterbeutels erreicht. So ist es möglich, die Standzeit eines Staubfilterbeutels bei gleichzeitig unbedeutender Druckverluststeigerung erheblich zu steigern. Insbesondere kann die Schichtdicke der Filterschicht 3 mm oder mehr betragen.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Filterbeutel einen Staubfüllraum aufweist, der gänzlich mit der Filterschicht ausgefüllt ist. Mithin ist der Innenraum des Filterbeutels mit Filtermaterial ausgefüllt, wobei aufgrund der Weichheit des Filtermaterials hinreichend Staubaufnahmeraum besteht.
Der nachgeordneten Filterlage kommen ergänzende Filterfunktionen zu. In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die nachgeordnete Filterlage als Trägerlage ausgebildet. Die Stützwirkung der
Trägerlage verbunden mit einer genügenden Reißfestigkeit verleiht dem Filterbeutel die erforderliche Stabilität, so dass dieser der mechanischen Beanspruchung im Luftstrom ohne zu zerreißen, standhält. Insbesondere kann das wegen seines geringen Flächengewichts von geringer Eigenstabilität geprägte Filtermaterial der Filterschicht mittels der Trägerlage formstabil den mechanischen Beanspruchungen, insbesondere während der Druckerhöhung im Staubfilterbeutel, parieren, wobei die meist dichtere Materialstruktur der Trägerlage durch die vorteilhafte Wirkung der Filterschicht nicht verstopft.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere nachgeordnete Filterlagen vorgesehen, wobei nach dem Hauptanspruch für jede der Filterlagen gilt, dass die Schichtdicke der Filterschicht wesentlich größer als die Schichtdicke der nachgeordneten Filterlagen ist.
Hauptaugenmerk liegt auf einer voluminösen Filterschicht gegenüber den nachgeordneten Filterlagen, wobei die vorteilhafte Eigenschaft der Filterschicht durch die Funktionen der nachgeordneten Filterlagen unterstützt wird. Während die Filterschicht durch eine Trägerschicht formstabil gehalten wird, erhöht beispielsweise eine günstige Kombination von Filterlagen mit Filtermaterialien verschiedener Filtereigenschaften, zum Beispiel hinsichtlich des durchschnittlichen Faserdurchmessers, der elektrostatischen Ladung, des Flächengewichtes und Luftdurchlässigkeitsgrades, die Gesamtfilterleistung und damit die Standzeit des erfindungsgemäßen Filterbeutels.
Ist die Filterschicht an der nachgeordneten Filterlage im Wesentlichen lose angefügt, kann die Filterschicht mittels der Strömung des Gases durch den Staubfilterbeutel leicht bewegt und in Vibration versetzt werden, so dass eine auf der Oberfläche der
Filterschicht abgeschiedene Partikelschichtung in das Filterbeutelinnere abgeschüttelt werden kann und die Tiefenfiltereigenschaft der erfindungsgemäßen Filterschicht weitestgehend nicht blockiert wird. Dabei wird die Filterschicht in ihrer Formflexibilität durch die nachgeordnete Filterlage begrenzt, an der sich die Filterschicht unter dem Förderdruck der Strömung anlegt, so dass sie keiner Zerreißbeanspruchung ausgesetzt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Filterschicht aus Meltblown-Vlies. Meltblown-Vlies ist ein hochfeines Faservlies, das in einem Schmelzblasverfahren aus einem thermoplastischen Polymer hergestellt wird und einen besonders hohen Luftdurchlässigkeitsgrad bei geringem Flächengewicht aufweist. Es besitzt zudem einen hervorragenden Abscheidegrad für feine Stäube bei geringfügigem Strömungswiderstand, so dass es sich besonders gut für eine voluminöse Filterschicht im Sinne der Erfindung eignet. Zusätzlich verfügt dieses Meltblown-Vlies über eine sehr geringe Steifigkeit, so dass es gut in den Filterbeutel einlegbar ist und sich an jede gewünschte äußere Form des Filterbeutels anpassen lässt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Der erfindungsgemäße Filterbeutel wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 einen Schichtenaufbau eines Staubfilterbeutels in einer schematischen Schnittdarstellung und in
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den Staubfilterbeutel.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Filterbeutels betreffen nicht nur Staubfilterbeutel für die Staubbehälter kompakter Haushaltstaubsauger mit einem Staubbehältervolumen von 1 bis 5 Liter sondern beispielsweise auch große Staubsäcke für mobile oder stationäre Industriestaubsauger (Nass/Trockenstaubsauger) mit hohen Volumenströmen, bei denen Staubbehältervolumen von 50 Litern und mehr vorzufinden sind. Auch ein Einsatz als extern angebrachter Staubsack für Elektrowerkzeuge mit integrierter Absaugeinrichtung, wie bei einer Bohrmaschine oder einem Schwingschleifer, ist möglich. Nachfolgend wird beispielhaft ein Staubfilterbeutel eines Industriestaubsaugers beschrieben.
Der Schichtenaufbau des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutels nach Fig. 1 besteht aus einer voluminösen Filterschicht 1 aus Meltblown-Vlies, einer Zwischenlage 3, welche in Strömungsrichtung 2 des Absaugstromes der Filterschicht 1 nachgeordnet ist und aus einer weiteren in Strömungsrichtung 2 des Absaugstromes nachgeordneten Trägerlage 4. Dabei ist die Schichtdicke Di der Filterschicht 1 wesentlich größer als die Schichtdicke D3 der Zwischenlage 3 bzw. als die Schichtdicke D4 der Trägerlage 4. Wie aus der Schnittdarstellung nach Fig. 2 erkenntlich, ist bei dem Staubfilterbeutel nach dem Ausführungsbeispiel die Schichtdicke Di der Filterschicht 1 ca. 18- fach größer als die Schichtdicke D3 der Zwischenlage 3 und die Schichtdicke D4 der Trägerlage 4. Die extrem dicke Filterschicht 1 aus Meltblown-Vlies ist daher sehr voluminös, verfügt dennoch über eine hohe Luftdurchlässigkeit. Mit dem hinzugewonnenen Filtervolumen ist es möglich, ein Vielfaches der Partikel 5 aufzunehmen, die ursprünglich mit Staubfilterbeuteln
nach dem Stand der Technik erfassbar waren. Beim Absaugen beispielsweise von Gipspartikel 5 während Gipsschleifarbeiten erreicht ein erfindungsgemäßer Staubfilterbeutel mit einem Füllvolumen von 3 Litern eine 10- fach höhere Standzeit im Gegensatz zu herkömmlichen Filtern nach dem Stand der Technik. Das Fassungsvermögen des Staubfilterbeutels steigt von ca. 50 g auf bis zu 500g Schleifstaub. Mit der höheren Standzeit des Staubfilterbeutels kann die ununterbrochene Schleifzeit von 3 Minuten auf über 30 Minuten ausgedehnt werden.
Die mit dem Luftvolumenstrom herangeförderten Gipspartikel 5 werden in der voluminösen Filterschicht 1 abgebremst und aufgenommen, was ein Auftreffen der Gipspartikel 5 auf die nachfolgenden Filterlagen, insbesondere auf die strukturdichtere Trägerlage 4 vermindert. Damit wird die Zwischenlage 3 und Trägerlage 4 von Verstopfungen ferngehalten, während der Strömungswiderstand insgesamt nur geringfügig zunimmt, so dass die Saugleistung nur unmerklich beeinträchtig wird.
Die äußere Trägerlage 4 liefert mit ihrer Stützwirkung die erforderliche Formstabilität und Reißfestigkeit des erfindungemäßen Staubfilterbeutels mit der sehr weichen und voluminösen Filterschicht 1 , wobei die Trägerlage 4 zusätzlich mit der Zwischenlage 3, wie im Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 ersichtlich, verbunden sein kann. Des Weiteren ist ersichtlich, dass die Filterschicht 1 lose an die
Zwischenlage 3 angefügt ist und lediglich an den Falzkanten 6 mit den Filterlagen 3,4 verbunden ist, womit ergänzend die vorbeschriebene, vorteilhafte Beweglichkeit der Filterschicht 1 im Staubfilterbeutel realisiert wird.