EP3956047A1 - Verfahren zum herstellen eines mehrlagigen filtermediums sowie ein nach diesem verfahren hergestelltes filtermedium - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines mehrlagigen filtermediums sowie ein nach diesem verfahren hergestelltes filtermedium

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EP3956047A1
EP3956047A1 EP20785474.6A EP20785474A EP3956047A1 EP 3956047 A1 EP3956047 A1 EP 3956047A1 EP 20785474 A EP20785474 A EP 20785474A EP 3956047 A1 EP3956047 A1 EP 3956047A1
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EP
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layer
filter
filter medium
fabric
layers
Prior art date
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Application number
EP20785474.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Schlichter
Martin Winter
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Hydac Process Technology GmbH
Original Assignee
Hydac Process Technology GmbH
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Publication date
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    • D10B2505/00—Industrial
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a multilayer Fil termediums and a filter medium produced by this method.
  • DE 10 2013 000 932 A1 shows a filter medium, in particular provided for hydraulic filters, with at least one layer comprising at least one first structure, which has warp and weft threads, and at least one further, second structure with predeterminable filtration properties, the respective first structure is at least partially formed from multifilaments in the form of twisted threads.
  • DE 10 2013 000 933 A1 discloses a multi-layer filter medium for the filtration of fluids which has at least one support layer, one filter layer and one drainage layer, with an additional drainage layer forming a three-dimensional structure being provided to enlarge the flow channels formed for the fluid flowing through.
  • DE 10 2010 025 218 A1 also discloses a multilayered filter medium, on at least one side of which a support structure rests flatly, which consists of at least one individual fabric made up of weft and warp threads, with at least one set of weft and warp threads / or warp threads overlap more than two adjacent warp or weft threads to form a long-floating bond.
  • filter media for fine filtration in automatic backwash filters (DE 10 2017 002 646 A1, DE 10 2011 1 11 457 A1) are on the market today, with filter materials regularly used for the filter medium based on stainless steel meshes.
  • filter fabrics in the range from 5 to 100miti basically offer a particularly high degree of open filter surface and consequently a high dirt holding capacity with minimal pressure loss.
  • Wire meshes have the advantage over plastic meshes that their mechanical and thermal stability is much higher.
  • wire meshes compared to woven polymer fibers, wire meshes have thinner wires with the same fineness and thus a higher porosity for the fluid to be filtered. For this reason, almost exclusively stainless steel mesh is used in automatic backwash filters.
  • the filter medium in the backwashing filter experiences high alternating loads.
  • the filter medium is subjected to high mechanical loads due to the regular flow reversal and the constantly changing differential pressure, which significantly limits the service life of the filter material or the filter medium.
  • the fine wire mesh layers are often sintered with the coarser, adjacent support and drainage layers.
  • the higher mechanical stability purchased in this way has resulted in the following disadvantages in practice:
  • Sintered fabric structures are generally very expensive due to the complex and energy-intensive manufacturing process involved.
  • the individual fabric layers must be washed thoroughly and calendered beforehand in order to create more contact surfaces between the fabrics, which in turn reduces the open area.
  • the mentioned sintering takes place at high temperatures, usually a few degrees below the melting temperature of the stainless steel used in a vacuum or under a protective gas atmosphere.
  • Sintering is usually a discontinuous process and sintered fabrics are limited in size by the size of the furnaces used. Typical panel sizes are therefore in the range of approx. 1.2 by 1.2 m.
  • Typical panel sizes are therefore in the range of approx. 1.2 by 1.2 m.
  • Wire mesh sintered together is rigid and sheet-like and can therefore only be pleated to a limited extent.
  • the porosity and the free open area of a sintered fabric structure decrease significantly, which means for the filtration process that the dirt holding capacity is reduced with higher pressure losses.
  • the performance losses caused by sintered materials are in the range of approx.
  • the invention is based on the object of providing a process and product solution for a filter medium which is significantly improved over the known solutions and which is also superior to sintering fabric layers for the filter media structure.
  • a filter medium according to the invention in particular produced according to the above method, is characterized in that at least one metallic fabric layer is firmly connected to an at least partially melted nonwoven layer made of plastic material.
  • the mechanical stabilization takes place through the use of a melt fleece as the fleece layer.
  • the weight per unit area of the fused fleece is preferably selected and the thermal hotmelt bonding process is carried out in such a way that the fused fleece creates an intermediate space with high porosity between the wire meshes to be connected.
  • the hot melt adhesive keeps the individual mesh layers at a distance.
  • This intermediate space between the fabric layers thus acts as an additional drainage while the melted thermoplastic simultaneously connects and stabilizes the fine filtration layer with the support layer. This drainage makes maximum use of the open filter surface of the fine fabric as a filter medium.
  • the thin nonwoven threads of the nonwoven layer tear off during the melting process, so that the hot melt adhesive formed by the nonwoven layer, in particular where the fabric cover layers do not lie directly against one another with an at least three-layer filter medium, contracts selectively and thereby forms spherical or island-like accumulations in the form of clusters.
  • the wire mesh layers are ultimately only glued to one another at isolated points and do not form a homogeneous, large-area bond with one another. In this way, the high porosity in the tissue structure is retained and a correspondingly high fluid permeability through the tissue material is still ensured.
  • the structures that are melt-bonded to one another still have a high degree of flexibility, which is advantageous during the intended backwashing of filter elements, since the individual layers of fabric due to the punctual connection via a preferably thermoplastic filter material as a fleece material still have a certain freedom of movement and stored dirt between the interconnected tissues can be better rinsed out.
  • thermoplastic bridges that have a dampening effect on the fabric in relation to the load changes to be carried out in one direction Filtration and backwashing of the filter element material in the opposite direction. This has no equivalent in the prior art.
  • Fig. 1 in idealized form a section through a five-layer Filter medium, the individual fabric layers of which are connected to one another via insole-like or cluster-like melting points;
  • FIG. 2 shows a plan view of a section of a spunbonded nonwoven as it is used in the filter medium according to FIG. 1;
  • FIG. 3 and 4 show a detail from the filter medium according to FIG. 1 in plan view, in which the spunbonded nonwoven according to FIG. 2 is placed on a wire mesh underneath; once in the partially unconnected or once in the fully connected, melted state.
  • Fig. 1 shows in the manner of a cross section a preferred Ausense approximate form of the filter medium according to the invention using five layers 10, 12 and 14, 16 and 18.
  • the illustration is idealized because due to the bonding, virtually two of the five layers in their original Structure of this kind no longer exist.
  • the filter medium according to Lig. 1 is itself a three-dimensional fabric body, the layers 10, 12 being made up of warp and weft threads 20, 22, whereas the layers 16 and 18 are made of a spunbonded nonwoven.
  • fabric layers 10, 12 are preferably made in a plain weave and the individual shutters 20, 22 of each layer 10, 12 delimit individual passage points 24 with a square cross-section, as exemplified in Lig. 3 and 4 for those looking towards the Lig 1 seen, lower layer 12 are shown.
  • the fabric filter layer 10 is constructed in the same way as the Gewebela ge 12.
  • the actual liltration fabric layer 14 differs from the mentioned warp and weft thread layers 10, 12 in that it is formed from what is known as a lilter weave, in which the individual threads 20, 22 do not form any passage points with a free, square opening cross-section, but rather the threads 20, 22 are designed to lie against one another in such a way that the fluid is repeatedly deflected at the tissue threads 20, 22.
  • the thread deflection creates a type of three-dimensional filter pore that is not tightly closed in a fluid tight manner by the adjacent spun or melt fleece in the melted state.
  • the spunbond layers 16, 18 introduced between the layers 10 and 14 and 14 and 12 are also designed as three-dimensional surfaces.
  • Such spunbonded nonwovens in the form of the layers 16, 18 are basically known and represent a textile fabric consisting of individual fila elements 26.
  • the filaments 26 are placed on a conveyor belt immediately after the generation and pre-stretching and compressed in the process. As a result of the softening that is still present (thermoplastic property), the filaments 26 solidify and form the spunbonded nonwoven, the aforementioned solidification also being achieved with chemical binders or by so-called needling (WiKipedia).
  • the individual filaments 26 for the spunbonded nonwoven shown in FIG. 2 delimit further passage points 28 with varying free passage cross-sections between them.
  • the fabric layer 10 arranged at the top when looking at FIG. 1 is a so-called square mesh fabric with individual wires, preferably with a wire thickness in the range from 0.15 to 0.25 mm, wherein the respective mesh size for forming the passage points 24 is between 100 to 600miti.
  • the main function of this first fabric layer 10 is to support and stabilize the sensitive central filter fabric layer 14, which is preferably designed as a “smooth weft”. The information is only given By way of example and in principle, other types of fabric with a comparable thickness / material strength as well as an open filter surface or mesh size can also take on this task.
  • the specified square mesh allows good foldability, especially with pleated filter media structures, and square mesh can also be used when used in so-called smooth sieve baskets within backwash filter devices.
  • fabrics shown Streckme metals, welded grids, microsieves or slotted screens (all not shown) can take on the task at hand.
  • the fabric layer 12 located at the bottom as seen in FIG. 1 is identical to the first layer 10, although this is not mandatory.
  • the middle fabric filter layer 14 is a so-called weave fabric with a filter fineness of, for example, bqmiti.
  • the wire thickness of the chain 20 is 0.135 mm, for example, and the wire thickness of the weft 22 is 0.09 mm.
  • the weave in question is the finest woven filter layer within the layer structure 10, 12, 14 and, with its filter fineness, determines the overall cleaning performance. Furthermore, with its passage points 24, it causes almost the entire flow resistance for the five-layer filter medium according to FIG. 1.
  • Plain weave fabrics are used in backwash filters of the usual design due to their good backwash properties with filter fineness of less than 10Omiti, preferably of filter fineness between 20 and bqmiti.
  • the wire thicknesses for the warp threads 20 and the weft threads 22 are typically in the order of 30 to 140miti in such braid fabrics.
  • the spunbond filter layers 16, 18 are regularly based on polyamide with filament or fiber thicknesses of approx. 20 to 40miti with a surface weight of approx. 5 to 40 grams per square meter and a nonwoven thickness of 0.25mm, which means a porosity of 80 % results.
  • a co-polyamide spunbonded nonwoven is preferred used, with a melting range between 120 to 135 ° C and an MFI value averaging 30g / 10 minutes at 160 ° degrees.
  • the bonding temperature required for the Herste II process according to the invention is 140 to 160.degree.
  • other thermoplastics can also be used for the spunbonded nonwoven layer 16, 18, for example polyester or polyolefin materials.
  • the material resistance or chemical resistance of the finished filter medium can be adapted to the respective requirements in practice, with all layers 10, 12, 14, 16 and 18 contributing to the overall filter performance of the element material.
  • the Herste II method according to the invention is now characterized in that the individual layers 10, 12, 14, 16 and 18 as shown in FIG. 1 are placed on top of one another with their three-dimensional surface extension, as shown.
  • the individual layers 10, 12, 14, 16 and 18 as shown in FIG. 1 are placed on top of one another with their three-dimensional surface extension, as shown.
  • the spunbond material at the mentioned temperatures of 140 to 160 ° C, tear the individual, continuous filaments 26 shown in Fig. 2 and due to the surface tension of the plastic material than shrink the filaments 26 to form insular or cluster-like contact points 30 and
  • only individual residual filaments 32 remain, which are separated from one another.
  • the fused connections between the individual layers are produced under pressure by, for example, a press or parts of a Laltmaschine acting on the upper and / or lower fabric layer 10, 12 during the heating process (not shown).
  • the layer joining process can be carried out continuously.
  • FIGS. 3 and 4 show how the filament material according to FIG. 2 is initially only placed on the lower fabric layer 12 (see FIG. 3), in order then in the subsequent heating process with tearing open the filament. elements 26 to form the cluster-like contact points 30 (see FIG. 4).
  • the porosity of the overall structure can be adjusted via the amount of hot melt adhesive in the form of the material input for the spunbonded nonwoven layers 16, 18 and the contact pressure during the folding process for a pleated filter medium. Since the fleece filter layers 16, 18 based on the thermoplastics mentioned and only require low application temperatures compared to the sintering of the wire mesh with low surface weights, the production of such a mesh structure, as shown by way of example in FIG. 1, proves to be less energy-intensive and in this respect much cheaper.
  • the calendering of individual fabrics is not required for gluing, whereby the open area of the fine fabric in the form of the middle filter layer 14 is retained to a maximum. In this respect, this saves a further work step and, in turn, corresponding costs.
  • the gluing process mentioned here can in principle be carried out continuously in a folding machine (not shown) immediately after the folding process for a pleated filter mat. This is possible because the temperatures are relatively low at below 200 ° C and no protective gas atmosphere is required.
  • the production of a mesh pack pleated to that extent as a filter medium with stabilized folds then takes place in one work step; namely, the fabrics are folded and the mesh pack produced is heated by an accompanying heater immediately behind the folding knife. This has the advantage that during the thermal bonding process the necessary pressure can also be permanently exerted on the fabric layers during the joining process, and thus the individual fabric layers can form a defined bond with one another.
  • the gluing of the fabric layers 10, 12, 14 by means of thermoplastic spunbond in the form of the layers 16, 18 enables the production of mechanically stable fabric structures with comparatively little use of material and space.
  • Supporting fabric layers can generally be chosen thinner, which means that more filter material can be accommodated in the same space when the fabric is folded, which in turn increases the power density of the overall filter apparatus or, with given power, the respective filter apparatus can be made correspondingly geometrically smaller than that known solutions.
  • the five-layer structure according to FIG. 1 is not mandatory for the execution of the process solution according to the Invention. In this way, structures with more than five layers can also be produced; but preferably also filter media with only three layers. However, it is already sufficient, under certain circumstances, as a pre-stage for a more complex filter medium within the meaning of the invention, to connect only one fabric filter layer with a fleece filter layer, as stated.
  • the filter medium produced in this way can be set up flat or pleated to form a hollow cylinder (not shown), in order then to be provided with end caps or other closing parts at the end to produce an independent, commercially available filter element (not shown).
  • Ren manufactured filter element material or the filter elements are intended as backwash elements in particular for use in backwash filter devices and are particularly suitable for the solid-liquid separation of low-viscosity fluids.
  • the technology can also be used in backwash filters for lubricating oil filtration, especially in large engines.
  • Spunbonded nonwovens made of polyamide material with a weight per unit area of 8 g / m 2 and melting temperatures of approx. 130-140 ° C have proven to be useful flat structures.
  • the melting time for the connection is approx. 15 minutes, so that short melting times are achieved at a low melting point.
  • the melted spunbonded nonwoven fabrics contract to the desired extent to the desired extent.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Filtermediums, mit mindestens den folgenden Herstellschritten: - Bereitstellen einer Gewebelage (12), die Durchlassstellen (24) für Fluid aufweist; - Bereitstellen einer aus einem Spinnvlies (18) bestehenden Vlieslage, die weitere Durchlassstellen (28) für Fluid aufweist; und - Verbinden der beiden aufeinandergelegten Lagen (12, 18) entlang von Kontaktstellen (30) durch Aufschmelzen der Vlieslage (18) derart, dass das aufgeschmolzene Spinnvliesmaterial unter Vergrößerung der weiteren Durchlassstellen (28) zumindest teilweise zu den Kontaktstellen läuft und an diesen kumuliert anschließend aushärtend feste Verbindungsstellen zwischen den beiden Lagen (12, 18) erzeugt werden.

Description

Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Filtermediums sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Filtermedium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Fil termediums sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Filtermedium.
Dahingehende Herste II verfahren nebst zugehöriger Filtermedien sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt.
So zeigt DE 10 2013 000 932 A1 ein Filtermedium, insbesondere vorgese hen für hydraulische Filter, mit mindestens einer Lage umfassend zumindest eine erste Struktur, die Kett- und Schussfäden aufweist und mindestens eine weitere, zweite Struktur mit vorgebbarer Filtrationseigenschaft, wobei die jeweilige erste Struktur zumindest teilweise aus Multifilamenten in Form von gezwirnten Fäden gebildet ist.
Durch DE 10 2013 000 933 A1 ist ein mehrlagiges Filtermedium für die Filtration von Fluiden bekannt, das zumindest eine Stützlage, eine Filterlage sowie eine Drainagelage aufweist, wobei für eine Vergrößerung der für das durchströmende Fluid gebildeten Strömungskanäle eine dreidimensionale Struktur bildende zusätzliche Drainagelage vorgesehen ist. DE 10 2010 025 218 A1 offenbart des Weiteren ein mehrlagig ausgebilde tes Filtermedium, an dessen zumindest auf einer Seite eine Stützstruktur flächig anliegt, die aus mindestens einem Einzelgewebe besteht, das aus Schuss- und Kettfäden aufgebaut ist, wobei zumindest ein Satz an Schuss- und/oder Kettfäden unter Bildung einer langflottierenden Bindung mehr als zwei benachbarte Kett- bzw. Schussfäden übergreift.
In den vorstehend genannten Dokumenten zum Stand der Technik sind auch Herste II verfahren für den Erhalt dahingehender Filtermedien einge hend beschrieben. Des Weiteren sind heute auf dem Markt Filtermedien für die Feinfiltration in automatischen Rückspülfiltern (DE 10 2017 002 646 A1 , DE 10 2011 1 11 457 A1 ) im Einsatz, wobei regelmäßig Filtermateria lien für das Filtermedium auf Basis von Edelstahlgeweben eingesetzt wer den. Im Vergleich zu bekannten Spaltsieben, Mikrosieben und ähnlichem Siebmaterial, bieten Filtergewebe im Bereich von 5 bis IOOmiti grundsätz lich ein besonders hohes Maß an offener Filterfläche und damit in der Folge eine hohe Schmutzaufnahmekapazität bei minimalem Druckverlust. Draht gewebe haben dabei gegenüber Kunststoffgeweben den Vorteil, dass ihre mechanische und thermische Stabilität sehr viel höher ist. Des Weiteren haben Drahtgewebe im Vergleich zu gewebten Polymerfasern bei gleicher Feinheit dünnere Drähte und damit eine höhere Porosität für das jeweils zu filtrierende Fluid. Aus diesem Grund heraus werden in automatischen Rückspülfiltern auch nahezu nur Edelstahlgewebe eingesetzt.
Durch das periodische Rückspülen erfährt das Filtermedium im Rückspülfil ter eine hohe Wechselbelastung. Das Filtermedium wird durch die regel mäßige Strömungsumkehr sowie den ständig wechselnden Differenzdruck mechanisch stark beansprucht, wodurch die Febensdauer des Filtermaterials respektive des Filtermediums maßgeblich begrenzt wird. Um das dahingehende Filtermedium stabiler und somit langlebiger zu ma chen, werden die feinen Drahtgewebelagen häufig mit den gröberen an grenzenden Stütz- und Drainagelagen hersteiltechnisch versintert. Die auf diese Weise erkaufte höhere mechanische Stabilität hat jedoch in der Praxis die folgenden Nachteile ergeben:
So sind gesinterte Gewebeaufbauten aufgrund des damit einhergehenden aufwändigen und energieintensiven Herstellungsprozesses grundsätzlich sehr hochpreisig. So sind die einzelnen Gewebelagen gründlich zu wa schen und müssen vorab kalandriert werden, um mehr Auflageflächen zwi schen den Geweben zu schaffen, wodurch wiederum die offene Fläche re duziert wird. Das angesprochene Sintern erfolgt unter hohen Temperaturen, in der Regel wenige Grad unter der Schmelztemperatur des eingesetzten Edelstahls im Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre.
Das Sintern ist für gewöhnlich ein diskontinuierlicher Prozess und gesinter te Gewebe sind in ihren Abmessungen durch die Größe der eingesetzten Öfen begrenzt. Typische Plattengrößen liegen daher im Bereich von ca. 1,2 mal 1 ,2m. Für den Filterbau bedeutet dies, dass für größere Filterapparate oft mehrere Platten zusammengesetzt werden müssen, was zusätzliche Ar beitsschritte in Form von Schweißvorgängen und damit einhergehende Mehrkosten generiert. Miteinander versinterte Drahtgewebe sind starr und blechartig und somit nur bedingt plissierbar. Ferner nimmt die Porosität sowie die freie offene Fläche eines gesinterten Gewebeaufbaus deutlich ab, was für den Filtrationsprozess bedeutet, dass bei höheren Druckverlusten die Schmutzaufnahmekapazität verringert ist. Die insoweit vorhandenen Leistungseinbußen durch versinterte Materialien liegen erfahrungsgemäß in der Praxis in einer Größenordnung von ca. 20 bis 30% mit der Folge, dass eine entsprechende Filtervorrichtung deutlich größer konzipiert werden muss, um den Mehrbedarf an Filterfläche für vergleichbare Leistungen in stallieren zu können. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber den bekannten Lösungen deutlich verbesserte Verfahrens- und Produktlösung für ein Filtermedium zur Verfügung zu stel len, die insoweit auch einem Versintern von Gewebelagen für den Filter medienaufbau überlegen ist.
Eine dahingehende Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa tentanspruches 1 sowie ein Filtermedium mit den Merkmalen des Patentan spruches 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Filter mediums ist durch die folgenden Herstellschritte charakterisiert:
Bereitstellen einer Gewebelage, die Durchlassstellen für Fluid aufweist;
Bereitstellen einer aus einem Spinnvlies bestehenden Vlieslage, die weitere Durchlassstellen für Fluid aufweist; und - Verbinden der beiden aufeinandergelegten Lagen entlang von Kontaktstellen durch Aufschmelzen der Vlieslage derart, dass das aufgeschmolzene Spinnvliesmaterial unter Vergrößerung der wei teren Durchlassstellen zumindest teilweise zu den Kontaktstellen läuft und an diesen kumuliert anschließend aushärtend feste Ver bindungsstellen zwischen den beiden Lagen erzeugt werden.
Ferner ist ein erfindungsgemäßes Filtermedium, insbesondere hergestellt nach dem vorstehenden Verfahren, dadurch charakterisiert, dass mindestens eine metallische Gewebelage mit einer zumindest teilweise aufgeschmol zenen Vlieslage aus Kunststoffmaterial fest verbunden ist. Im Gegensatz zu den bekannten Filtermedienlösungen unter Einbezug des Versinterns der Drahtgewebe miteinander, erfolgt die mechanische Stabili sierung durch Einsatz eines Schmelzvlieses als der Vlieslage. Dabei wird vorzugsweise das Flächengewicht des Schmelzvlieses derart gewählt und der thermische Schmelzklebeprozess derart durchgeführt, dass zwischen den zu verbindenden Drahtgeweben durch das Schmelzvlies ein Zwischen raum mit hoher Porosität entsteht. Im Gegensatz zu dem Versintern der Drahtgebewebe, bei denen die Einzellagen zuvor noch kalandriert werden müssen, um ausreichend Kontaktflächen bilden zu können, hält der Schmelzklebstoff die einzelnen Gewebelagen auf Distanz. Dieser Zwi schenraum zwischen den Gewebelagen wirkt somit als zusätzliche Draina ge während der aufgeschmolzene Thermoplast gleichzeitig die feine Filtra tionslage mit der Stützlage verbindet und stabilisiert. Durch diese Drainage wird die offene Filterfläche des Feingewebes als Filtermedium maximal ausgenutzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass während des Schmelzvorganges die dünnen Vliesfäden der Vlieslage abreißen, so dass der insoweit durch die Vlieslage gebildete Schmelzklebstoff sich insbesondere dort, wo die Gewebe-Decklagen bei einem mindestens dreilagigen Filtermedium, nicht unmittelbar aneinander liegen, punktuell zusammenzieht und dabei kugel- oder inselartige Anhäu fungen in Form von Clustern ausbildet. Dies hat zur Folge, dass die Draht gewebelagen schließlich nur an vereinzelten Punkten miteinander verklebt werden und keinen homogenen großflächigen Verbund miteinander einge- hen. So bleibt die hohe Porosität in dem Gewebeaufbau erhalten und es wird weiterhin ein entsprechen hoher Fluid-Durchlass durch das Gewebe material gewährleistet.
Im Vergleich zu gesinterten Drahtgewebeaufbauten und zu sonstigen Fil termedien nehmen also die Porosität sowie die freie offene Fläche für die Filtration eines auf diese Weise verbundenen Gewebeaufbaus keinesfalls ab. Der miteinander verschmolzene Aufbau ist mechanisch deutlich stabiler und im Hinblick auf Druckverluste und die Schmutzaufnahmekapazität ver gleichbar mit nicht versinterten Filtermedien der eingangs erwähnten Art.
Im Vergleich zu gesinterten Drahtgewebeaufbauten, die starr und blechartig ausgeführt sind, besitzen die miteinander schmelzverklebten Aufbauten noch ein hohes Maß an Flexibilität, was während der angestrebten Rück spülung von Filterelementen von Vorteil ist, da die einzelnen Gewebelagen durch die punktuelle Verbindung über ein vorzugsweise thermoplastisches Filtermaterial als Vliesmaterial noch eine gewisse Bewegungsfreiheit haben und eingelagerte Verschmutzungen zwischen den miteinander verbunde nen Geweben besser ausgespült werden können.
Es hat sich gezeigt, dass über die kugel-, insei- oder clusterartigen Verbin dungsstellen zwischen den einzelnen einander benachbarten Gewebelagen des Filtermediums thermoplastische Brücken entstehen, die eine dämpfen de Wirkung bei den anstehenden Lastwechseln auf das Gewebe haben im Hinblick auf die in einer Richtung durchzuführende Filtration und die in gegenläufiger Richtung durchzuführende Rückspülung des Filterelementma terials. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der sonstigen Un teransprüche.
Im Folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie das zugehö rige Filtermedium anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Dar stellung
Fig. 1 in idealisierter Form einen Schnitt durch ein fünflagiges Filtermedium, dessen einzelne Gewebelagen über insei- oder clusterartige Aufschmelzstellen miteinander verbunden sind;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Spinnvlieses, wie es bei dem Filtermedium nach der Fig. 1 Verwendung findet; und
Fig. 3 und 4 einen Ausschnitt aus dem Filtermedium nach der Fig. 1 in Draufsicht, bei dem das Spinnvlies nach der Fig. 2 auf eine darunterliegende Drahtgewebe läge aufgelegt ist; einmal im teilweise unverbundenen bzw. einmal im vollständig verbun denen, aufgeschmolzenen Zustand.
Die Fig. 1 zeigt in der Art eines Querschnittes eine bevorzugte Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Filtermediums unter Einsatz von fünf Lagen 10, 12 sowie 14, 16 und 18. Die Darstellung ist idealisiert, da auf grund der Verklebung quasi zwei der fünf Lagen in ihrem ursprünglichen Aufbau derart nicht mehr existent sind. Das Liltermedium nach der Lig. 1 ist an sich ein dreidimensionaler Gewebekörper, wobei die Lagen 10, 12aus Kett- und Schussfäden 20, 22 aufgebaut sind, wohingegen die Lagen 16 und 18 aus einem Spinnvlies gebildet sind. Die aus Kett- und Schussfäden 20,
22 gebildeten Gewebelagen 10, 12 sind bevorzugt in Leinwandbindung ausgeführt und die einzelnen Läden 20, 22 einer jeden Lage 10, 12 begren zen einzelne Durchlassstellen 24 mit quadratischem Querschnitt, wie sie beispielhaft in den Lig. 3 und 4 für die in Blickrichtung auf die Lig. 1 gese hen, untere Lage 12 wiedergegeben sind. Insbesondere ist bei der vorlie genden Ausführungsform die Gewebefilterlage 10 gleich zu der Gewebela ge 12 aufgebaut. Die eigentliche, die Liltration bewirkende Liltergewebela- ge 14 unterscheidet sich insoweit von den genannten Kett- und Schussfa denlagen 10, 12, als diese aus einer sogenannten Liltertresse gebildet ist, bei der die einzelnen Fäden 20, 22 keine Durchlassstellen mit freiem, quadratischem Öffnungsquerschnitt bilden, sondern vielmehr sind die Fä den 20, 22 derart aneinanderliegend ausgeführt, dass eine Mehrfachumlen- kung des Fluids an den Gewebefäden 20, 22 erfolgt. Insoweit entsteht im Bereich der Übereinanderlage zweier benachbarter Fäden durch die Fa- denumlenkung eine Art dreidimensionale Filterpore, die durch das benach barte Spinn- oder Schmelzvlies im aufgeschmolzenen Zustand nicht fluid dicht verschlossen wird.
Die zwischen die Lagen 10 und 14 sowie 14 und 12 eingebrachten Spinnvlieslagen 16, 18 sind ebenfalls als dreidimensionale Flächen konzi piert. Solche Spinnvliese in Form der Lagen 16, 18 sind dem Grunde nach bekannt und stellen ein textiles Flächengebilde dar, das aus einzelnen Fila menten 26 besteht. Die Filamente 26 werden unmittelbar nach dem Erzeu gen und Vorstrecken auf ein Förderband abgelegt und dabei verdichtet. Hierbei verfestigen sich in Folge der noch vorhandenen Erweichung (ther moplastische Eigenschaft) die Filamente 26 und bilden das Spinnvlies aus, wobei die angesprochene Verfestigung auch mit chemischen Bindemitteln oder durch das sogenannte Vernadeln erreicht werden (WiKipedia). Die in Fig. 2 dargestellten einzelnen Filamente 26 für das Spinnvlies begrenzen zwischen sich weitere Durchlassstellen 28 mit variierenden freien Durch lassquerschnitten.
Bei dem gezeigten fünflagigen Aufbau eines Filtermediums nach der Fig. 1 ist die in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen zuoberst angeordnete Gewe belage 10 ein sogenanntes Quadratmaschengewebe mit Einzeldrähten, vor zugsweise mit einer Drahtstärke im Bereich von 0,15 bis 0,25mm, wobei die jeweilige Maschenweite zur Bildung der Durchlassstellen 24 zwischen 100 bis 600miti liegt. Die Hauptfunktion dieser ersten Gewebelage 10 ist das Stützen und Stabilisieren der empfindlichen mittleren Filtergewebelage 14, die bevorzugt als „glatte Tresse" ausgebildet ist. Die Angaben sind nur beispielhaft und grundsätzlich können auch andere Gewebearten mit ver gleichbarer Dicke/Material stärke sowie offener Filterfläche respektive Ma schenweite diese Aufgabe übernehmen. Die spezifizierte Quadratmasche erlaubt insbesondere bei plissierten Filtermedienaufbauten eine gute Falt barkeit, wobei bei Verwendung in sogenannten Glattsiebkörben innerhalb von Rückspülfiltervorrichtungen auch Quadratmaschengewebe eingesetzt werden können. Anstelle der aufgezeigten Gewebe können auch Streckme talle, Schweißgitter, Mikrosiebe oder Spaltsiebe (alle nicht dargestellt) die jeweilige Aufgabe übernehmen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die in Fig. 1 gesehen zuunterst liegende Gewebelage 12 identisch mit der ersten Lage 10, was jedoch nicht zwingend ist.
Die mittlere Gewebe-Filterlage 14 ist ein sogenanntes Tressengewebe mit einer Filterfeinheit von beispielsweise bqmiti. Die Drahtstärken der Kette 20 liegt hier beispielhaft bei 0,135mm und die Drahtstärke des Schusses 22 liegt bei 0,09mm. Das dahingehende Tressengewebe ist die feinste Gewe be-Filterlage innerhalb des Lagenaufbaus 10, 12, 14 und bestimmt mit ihrer Filterfeinheit die Gesamt-Abreinigungsleistung. Des Weiteren verursacht sie mit ihren Durchlassstellen 24 nahezu den gesamten Durchflusswiderstand für das fünflagige Filtermedium nach der Fig. 1 . Eingesetzt werden in Rück spülfilter üblicher Bauart glatte Tressengewebe aufgrund ihrer guten Rück spüleigenschaften mit Filterfeinheiten von kleiner als I OOmiti, vorzugsweise von Filterfeinheiten zwischen 20 bis bqmiti. Die Drahtstärken für die Kettfä den 20 und die Schussfäden 22 liegen bei solchen Tressengeweben typi scherweise in einer Größenordnung von 30 bis 140miti.
Die Spinnvliesfilterlagen 16, 18 sind regelmäßig auf Basis von Polyamid mit Filament- oder Faserstärken von ca. 20 bis 40miti aufgebaut bei einem Flä chengewicht von ca. 5 bis 40 Gramm pro Quadratmeter und einer Vlies stärke von 0,25mm, was eine Porosität von 80 % ergibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch bevorzugt ein Co-Polyamid-Spinnvlies verwendet, mit einem Schmelzbereich zwischen 120 bis 135°C und einem MFI-Wert von durchschnittlich 30g/10 Minuten bei 160° Grad. Die für das erfindungsgemäße Herste II verfahren erforderliche Verklebungstemperatur liegt bei 140 bis 160°C. Im Bedarfsfall können auch andere Thermoplaste für die Spinnvlieslage 16, 18 eingesetzt werden, beispielsweise Polyester oder Polyolefin-Materialien. Je nach Wahl des Spinnvliesmaterials kann auch die Materialbeständigkeit, respektive die chemische Beständigkeit des fertigen Filtermediums an die jeweiligen Anforderungen in der Praxis ange passt werden, wobei alle Lagen 10, 12, 14, 16 und 18 zu der Gesamtfilter leistung des Elementmaterials ihren Beitrag leisten.
Das erfindungsgemäße Herste II verfahren ist nun dadurch charakterisiert, dass die einzelnen Lagen 10, 12, 14, 16 und 18 gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 mit ihrer jeweils dreidimensionalen Flächenerstreckung, wie dargestellt, aufeinandergelegt werden. Durch entsprechendes Aufschmelzen des Spinnvliesmaterials bei den genannten Temperaturen von 140 bis 160°C, reißen die in Fig. 2 dargestellten einzelnen, durchgehenden Fila mente 26 ein und aufgrund der Oberflächenspannung des Kunststoffmateri als schrumpfen die Filamente 26 zu insei- oder clusterartigen Kontaktstellen 30 zusammen und es verbleiben gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 nur noch einzelne Restfilamente 32, die voneinander separiert sind. Das Her stellen der dahingehenden Schmelzverbindungen zwischen den einzelnen Lagen geschieht unter Druck, indem beispielsweise eine Presse oder Teile einer Laltmaschine während des Erwärmungsvorganges auf die obere und/oder untere Gewebelage 10, 12 einwirkt bzw. einwirken (nicht darge stellt). Insbesondere bei Einsatz üblicher Faltmaschinen zum Plissieren des Filtermediums lässt sich der Lagenfügeprozess kontinuierlich durchführen.
Insbesondere die Fig. 3 und 4 zeigen, wie zunächst das Filamentmaterial nach der Fig. 2 auf die untere Gewebelage 12 nur aufgelegt wird (siehe Fig. 3), um dann im anschließenden Wärmeprozess unter Aufreißen der Fila- mente 26 die clusterartigen Kontaktstellen 30 auszubilden (siehe Fig. 4). Über die Menge des Schmelzklebstoffes in Form des Materialeintrages für die Spinnvlieslagen 16, 18 sowie dem Anpressdruck beim Faltprozess für ein plissiertes Filtermedium lässt sich die Porosität des Gesamtaufbaus ein- stellen. Da die Vlies-Filterlagen 16, 18 auf Basis der genannten Thermoplas te und bei niedrigen Flächengewichten im Vergleich zum Sintern der Drahtgewebe nur geringe Einsatztemperaturen benötigen, erweist sich die Herstellung eines solchen Gewebeaufbaus, wie beispielhaft in der Fig. 1 dargestellt, damit weniger energieintensiv und insoweit sehr viel kosten- günstiger. Das Kalandrieren einzelner Gewebe ist für das Verkleben nicht erforderlich, wodurch die offene Fläche des Feingewebes in Form der mitt leren Filterlage 14 maximal erhalten bleibt. Dies spart insoweit einen weite ren Arbeitsschritt und wiederum entsprechende Kosten ein. Der hier angesprochene Prozess des Verklebens kann grundsätzlich konti nuierlich in einer Faltmaschine (nicht dargestellt) unmittelbar nach dem Faltprozess für eine plissierte Filtermatte erfolgen. Dies ist möglich da die Temperaturen mit unter 200°C relativ niedrig sind und keine Schutzgasat mosphäre erforderlich ist. Die Herstellung eines insoweit plissierten Mesh- Packs als Filtermedium mit stabilisierten Falten erfolgt dann quasi in einem Arbeitsschritt; nämlich die Gewebe werden gefaltet und das produzierte Mesh-Pack wird unmittelbar hinter dem Faltmesser durch eine Begleithei zung erwärmt. Dies hat den Vorteil, dass während des thermischen Klebe prozesses auch der notwendige Druck auf die Gewebelagen während des Verbindungsvorgangs permanent ausgeübt werden kann und somit die ein zelnen Gewebelagen einen definierten Verbund miteinander eingehen können.
Da das Verkleben der einzelnen Gewebelagen erst unmittelbar nach dem Umlegen der Falten erfolgt, lassen sich auf diese Weise die einzelnen Ge webelagen problemlos plissieren. Insoweit ist die Gefahr von Faltenbrüchen praktisch ausgeschlossen, da die einzelnen Lagen 10, 12, 14, 16, 18 wäh rend des Faltprozesses noch ausreichend Bewegungsfreiheit haben.
Das Verkleben der Gewebelagen 10, 12, 14 mittels thermoplastischem Spinnvlies in Form der Lagen 16, 18 ermöglicht die Herstellung von me chanisch stabilen Gewebeaufbauten mit vergleichsweise geringem Materi aleinsatz und Raumbedarf. Stützende Gewebelagen können grundsätzlich dünner gewählt werden, wodurch bei der Faltung der Gewebe auf glei chem Raum mehr Filtermaterial untergebracht werden kann, was wiederum die Leistungsdichte des Gesamt-Filterapparates erhöht bzw. bei vorgegebe ner Leistung kann der jeweilige Filterapparat entsprechend geometrisch kleiner gestaltet werden als die bekannten Lösungen.
Gemäß einer nicht näher dargestellten Ausführungsform besteht zusätzlich die Möglichkeit, die in der Fig. 5 zuoberst und zuunterst dargestellten als Drainage wirkenden Gewebelagen 10, 12 mit zusätzlichen Schutz- und Stützlagen zu versehen. Neben zusätzlichen Gittern oder Lochblechen können auch hierfür außenumfangsseitig verlaufende, schraubenförmige Drahtwendel zum Einsatz kommen, wie beispielhaft in der DE 102 202 73 A1 aufgezeigt.
Der fünflagige Aufbau nach der Fig. 1 ist für die Ausführung der erfindungs gemäßen Verfahrenslösung nicht zwingend. So können auch Aufbauten mit mehr als fünf Lagen hergestellt werden; vorzugsweise aber auch Filterme dien mit nur drei Lagen. Es genügt aber bereits, unter Umständen als Vor stufe für ein komplexeres Filtermedium im Sinne der Erfindung, nur eine Gewebefilterlage mit einer Vliesfilterlage, wie dargelegt, zu verbinden. Das derart hergestellte Filtermedium kann flächig oder plissiert zu einem Hohl zylinder (nicht dargestellt) aufgestellt werden, um dann endseitig mit End kappen oder sonstigen Abschlussteilen versehen, ein eigenständiges han delbares Filterelement (nicht dargestellt) zu ergeben. Das nach dem Verfah- ren hergestellte Filterelementmaterial respektive die Filterelemente sind als Rückspülelemente insbesondere für den Einsatz in Rückspül- Filtervorrichtungen vorgesehen und eigenen sich besonders zur Fest-Flüssig- Trennung von niedrigviskosen Fluiden. Neben den Rückspülfilteranwen- düngen in der Wasserfiltration ist die Technik auch in Rückspülfiltern für die Schmierölfiltration, insbesondere bei Großmotoren, einsetzbar.
Als gut einsetzbare Flächengebilde haben sich Spinnvliese erwiesen aus Polyamidwerkstoff mit einem Flächengewicht von 8 g/m2 und Schmelz- temperaturen von ca. 130 - 140°C. Dahingehend beträgt die Schmelzdauer für die Anbindung ca. 15 Minuten, so dass bei einem niedrigen Schmelz punkt kurze Schmelzdauern erreicht sind. Insbesondere zeigt sich dabei, dass in gewünschtem Umfang sich die angeschmolzenen Spinnvliesgewebe im gewünschten Umfang zusammenziehen.
Als besonders vorteilhaft haben sich mehrlagige Filtermedien mit einem Aufbau erwiesen unter Einsatz eines Quadratmaschengewebes von 250miti für das Stützgewebe (w = 0, 25mm; d = 0, 2mm). Darauf folgt ein Polyamid- Spinnvlies mit einem Flächengewicht von 8 g/m2 und darauffolgend ist ein Feinfiltergewebe eingesetzt, z.B. in Form einer glatten Filtertresse mit 50miti (Mesh: 72 x 380; Kette: 1 12miti; Schußdraht: 73miti). In der Abfolge wird dann wiederum ein Polyamid-Spinnvlies mit einem Flächengewicht von 8 g/m2 eingesetzt und nachfolgend ist wiederum ein Stützgewebe in Form eines Quadratmaschengewebes 250miti (w = 0,25mm; d =0,2mm) vorgese- hen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Filtermediums, mit mindestens den folgenden Herstellschritten:
Bereitstellen einer Gewebelage (12), die Durchlassstellen (24) für Fluid aufweist;
Bereitstellen einer aus einem Spinnvlies (18) bestehenden Vlies lage, die weitere Durchlassstellen (28) für Fluid aufweist; und - Verbinden der beiden aufeinandergelegten Lagen (12, 18) ent lang von Kontaktstellen (30) durch Aufschmelzen der Vlieslage (18) derart, dass das aufgeschmolzene Spinnvliesmaterial unter Vergrößerung der weiteren Durchlassstellen (28) zumindest teil weise zu den Kontaktstellen (30) läuft und an diesen kumuliert anschließend aushärtend feste Verbindungsstellen zwischen den beiden Lagen (12, 18) erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vlies lage (18) beim Aufschmelzen unter zumindest teilweiser Aufgabe ih rer Filamentstruktur und unter der Wirkung der Oberflächenspan nung des aufgeschmolzenen Vliesmaterials zu kugelförmigen oder clusterartigen Knoten an den zuordenbaren Kontaktstellen (30) zu sammenläuft, aus denen anschließend die festen Verbindungsstellen durch Aushärten gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vlieslage (16, 18) jeweils zwischen zwei Gewebelagen (10, 14; 14, 12) aufgenommen, ein drei- oder fünflagiges Filtermedium aus bildet.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die jeweilige Gewebelage (10, 12, 14) aus Kett- (20) und Schussfäden (22), ausgeführt wird und dass die jeweilige Vlies-Filterlage (16, 18) aus mindestens einem Kunststoff- Fadenmaterial ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei einem fünflagigen Aufbau des Filtermediums die beiden zuäußerst liegenden Gewebelagen (10, 12) aus Quad ratmaschengewebe gebildet werden, dass die mittlere Gewebelage als Filterlage (14) konzipiert aus einem Tressengewebe gebildet wird, und dass zwischen dem jeweiligen Quadratmaschengewebe und dem Tressengewebe die Vlieslage (16, 18) angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Quadratmaschengewebe bei der Fluidfiltrati on zur Drainage eingesetzt werden und dass das Tressengewebe der eigentlichen Partikel-Abreinigung aus dem Fluid dient.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem fünflagigen Filtermedium dieses zwi schen Schutz- und/oder Stützlagen aufgenommen ist, die jeweils aus einem Lochblech, einem Gitter oder aus einer schraubenartigen Drahtwendel gebildet werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das jeweilige Filtermedium glattflächig oder plis- siert ausgebildet und zu einem Hohlzylinder aufgestellt, ein Fil terelement oder eine Vorstufe eines Filterelementes bildet.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest während des Aufschmelzens der je weiligen Vlieslage (16, 18) der Lagenverbund unter Aufbringen einer Presskraft erhalten wird.
10. Filtermedium, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine metallische Gewebe-Filterlage (10, 12, 14) mit einer zumindest teilweise aufgeschmolzenen Vlies-Filterlage (16, 18) aus Kunststoffmaterial fest verbunden ist.
1 1 . Rückspülfilter mit einem Filtermedium nach Anspruch 10.
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