ES2289624T3 - Disposicion de filtrado. - Google Patents
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Abstract
Elemento de filtro (1) con una banda filtrante (2) plegada sustancialmente en forma de zig-zag, especialmente de material no tejido, para su instalación en un alojamiento (8), tal como, por ejemplo, en un marco de filtro y/o una carcasa de filtro, con al menos una pared (8a) dispuesta en el lado frontal y configurada sustancialmente en forma plana, en donde el elemento de filtro (1), visto en la dirección de los pliegues, presenta al menos un extremo frontal (5) con un remate de pliegues (6) que está asociado a la pared (8a) del alojamiento (8) configurado sustancialmente en forma plana, en donde el extremo frontal (5) del elemento de filtro (1) está abombado en forma definidamente convexa hacia fuera en dirección a la pared (8a) del alojamiento (8) y en donde el material de la banda filtrante (2) se ha elegido y/o acondicionado en el extremo frontal (5) de modo que el extremo frontal (5) de la banda filtrante (2), al ser instalado en el alojamiento (8), se puede aplicar herméticamente sinformación de ondulaciones y bajo pretensado elástico a la pared frontal (8a) del alojamiento (8), caracterizado porque el abombamiento convexo está formado en el remate (6) de los pliegues y porque el elemento de filtro (1) está rigidizado en la zona del remate (6) de los pliegues.
Description
Disposición de filtrado.
La invención concierne a un elemento de filtro
con una banda filtrante plegada sustancialmente en forma de
zig-zag, especialmente de material no tejido, para
su instalación en un dispositivo de alojamiento, tal como, por
ejemplo, en un marco de filtro y/o una carcasa de filtro, con al
menos una pared dispuesta en el lado frontal y configurada
sustancialmente en forma plana, presentando el elemento de filtro,
visto en la dirección de los pliegues, al menos un extremo frontal
que está asociado a la pared frontal del alojamiento configurada en
forma sustancialmente plana. Además, la invención concierne a una
disposición de filtrado con un elemento de filtro y un dispositivo
de alojamiento.
Se fabrican elementos de filtro con banda
filtrante plegada en forma de zig-zag, especialmente
de material no tejido, para los más diversos fines de aplicación.
Por ejemplo, se utilizan para filtrar aire nuevo para el espacio
interior de un vehículo automóvil, pero también en instalaciones
para climatizar locales. En vehículos automóviles se instalan tales
elementos de filtro en dispositivos de alojamiento correspondientes,
como, por ejemplo, marcos de filtro y/o carcasas de filtro. En
tales elementos de filtro o en tal disposición de filtrado es
desventajoso el hecho de que se pueden producir fugas, especialmente
en los extremos frontales de los elementos de filtro. Estas fugas
pueden conducir durante un funcionamiento permanente a alabeos o
deformaciones de los pliegues adyacentes, con lo que se refuerza
aún adicionalmente el efecto de derivación (bypass) y, por último,
la consecuencia de ello puede ser un aprovechamiento insuficiente de
la superficie filtrante. Existe así el riesgo de que no se podrían
ya satisfacer los requisitos técnicos admisibles en materia de
fugas. Por tanto, en presencia de requisitos especiales acerca de
la estanqueidad se ha pasado en grado creciente a prever con fines
de sellado, en la zona frontal del elemento de filtro, unos
elementos adicionales de sellado y/o rigidización, tales como, por
ejemplo, juntas laberínticas, espumas, perfiles o, especialmente,
cantos adicionales de material no tejido o de material textil en
muy diversas formas de realización, etc.
El documento DE 102 41 748 A1 revela un elemento
de filtro con un paquete de filtrado plegado en
zig-zag, en donde está previsto un elemento de
rigidización en al menos un lado frontal del paquete de pliegues
paralelo al plegado.
El cometido de la invención consiste en
perfeccionar un elemento de filtro o una disposición de filtrado de
la clase citada al principio de modo que se logre una estanqueidad
mayor en el estado de montaje.
Este problema se resuelve con un elemento de
filtro dotado de todas las características de la reivindicación 1 y
con una disposición de filtrado dotada de todas las características
de la reivindicación 5. En las reivindicaciones subordinadas se
describen ejecuciones ventajosas de la invención.
Según la invención, en un elemento de filtro con
una banda filtrante plegada sustancialmente en forma de
zig-zag, especialmente de material no tejido, que
se puede instalar en un dispositivo de alojamiento, tal como, por
ejemplo, en un marco de filtro y/o una carcasa de filtro, con al
menos una pared dispuesta en el lado frontal y configurada en forma
sustancialmente plana, presentando el elemento de filtro, visto en
la dirección de los pliegues, al menos un extremo frontal que está
asociado a la pared frontal del alojamiento configurada
sustancialmente en forma plana, se ha previsto que el extremo
frontal del elemento de filtro esté abombado en forma definidamente
convexa hacia fuera y que el material de la banda filtrante se haya
elegido y/o acondicionado en el extremo frontal de modo que el
extremo frontal del elemento de filtro, al ser insertado en el
alojamiento, se pueda aplicar herméticamente sin formación de
ondulaciones y bajo pretensado elástico a la pared asociada del
alojamiento.
Se ha visto de manera sorprendente que esta
configuración del extremo frontal del elemento de filtro considerada
originalmente por los inventores como poco deseable y afectada de
fallos - cuya configuración puede ser reconducida durante el
procedimiento de fabricación, por ejemplo, a una geometría de puntas
de pliegues no completamente marcada del material filtrante - puede
llevar a una mejora importante del sellado del elemento de filtro
con respecto al dispositivo de alojamiento. Condición previa para
ello es únicamente que la banda de material filtrante se elija o se
acondicione en la zona extrema frontal del elemento de filtro de
modo que no se produzca una formación de ondulaciones al aplicarlo
a la pared asociada configurada en forma sustancialmente plana.
Una vez que se ha adquirido el conocimiento de
que un abombamiento convexo del extremo frontal del elemento de
filtro puede conducir a un sellado mejorado con respecto al
alojamiento, resultan ampliamente triviales las medidas que deban
tomarse para evitar una formación de ondulaciones del material de la
banda filtrante al apretar el extremo abombado convexo del elemento
de filtro contra la pared asociada de la carcasa configurada en
forma sustancialmente plana. Por ejemplo, es evidente que la acción
de la invención se logra tanto mejor cuanto más rígido sea el
material de la banda filtrante. Se ha podido comprobar que la
formación no deseada de ondulaciones se presenta especialmente
cuando se trata de un material muy delgado y flexible de la banda
filtrante. Un revestimiento, por ejemplo un engomado del material de
la banda filtrante en el extremo frontal del elemento de filtro,
conduce también a una mejora de la acción de la invención. Por
tanto, por acondicionamiento en el sentido de la invención se
deberán entender todas las medidas que sean adecuadas para influir
sobre las propiedades del material de la banda filtrante, por
ejemplo para rigidizar el material de la banda filtrante hasta el
punto de que se evite ampliamente la formación de ondulaciones
anteriormente mencionada.
La pared frontal de la carcasa asociada al lado
frontal del elemento de filtro configurado según la invención es de
construcción sustancialmente plana. Es evidente que la acción de la
invención se presenta aun cuando la pared asociada de la carcasa
esté ligeramente abombada (en forma convexa o cóncava) en una u otra
dirección.
El grado correcto del abombamiento puede ser
establecido fácilmente por el experto de una manera sencilla, por
ejemplo con ayuda de algunos sencillos experimentos rutinarios,
debiendo tenerse en cuenta también tolerancias de la carcasa y del
elemento de filtro.
En una forma de realización preferida de la
invención la banda filtrante presenta en el extremo frontal un
remate de los pliegues, estando formado el abombamiento convexo en
el remate de los pliegues. Esta forma de realización se puede
fabricar de manera muy sencilla y barata. Cuando el material de la
banda filtrante está constituido de modo que tiene tendencia a la
formación de ondulaciones al ser presionado el remate de los
pliegues contra la pared del dispositivo de alojamiento, el
material, por ejemplo, puede ser rigidizado o impregnado o engomado
o tratado de manera semejante en esta zona tal como se ha descrito
anteriormente. Sin embargo, el propio material de la banda
filtrante está constituido preferiblemente de modo que, por ejemplo,
posea una rigidez tan grande que se pueda prescindir de medios
auxiliares de cualquier clase para fines de sellado.
Las condiciones son especialmente sencillas
cuando se emplea como elemento de filtro un filtro combinado en sí
conocido. Se entienden por éste unos elementos de filtro que están
constituidos en general por material no tejido y en los que la
banda filtrante comprende al menos una capa de un material filtrante
de partículas y al menos una capa de un material que filtra
contaminantes químicos, especialmente un material adsorbente, tal
como, por ejemplo, carbón activo. Como quiera que la banda filtrante
se compone de varias capas de material filtrante, esta banda posee
una rigidez mayor que la de un filtro sencillo, con lo que no se
presenta una formación de ondulaciones al presionar el remate
abombado de los pliegues contra la pared del alojamiento. Para la
inmovilización del carbón activo en el material de soporte, los
filtros combinados están provistos generalmente también, en el
borde de la banda filtrante, de un engomado que contribuye
adicionalmente al sellado. Sin embargo, incluso sin este engomado
se logra una acción de sellado muy buena en un filtro combinado de
la clase citada. La acción de sellado es especialmente tan buena que
no son necesarios medios de sellado adicionales de ninguna clase.
Esta buena acción de sellado se logra solamente por el abombamiento
convexo del remate de los pliegues, sin que se utilicen elementos
adicionales de sellado y/o rigidización (juntas laberínticas,
espumas, perfiles o, especialmente, cantos adicionales de material
no tejido o de material textil en muy diversas formas de
realización, etc.), que tendrían que aplicarse en un paso de
fabricación adicional. Esta acción de sellado muy buena, incluso
prescindiendo de elementos adicionales de sellado y rigidización, se
presenta no sólo en el caso de que la pared frontal del alojamiento
asociada al extremo frontal del elemento de filtro configurado
según la invención esté configurada en forma sustancialmente plana,
sino también en el caso de un ligero abombamiento convexo o cóncavo
de la pared.
El elemento de filtro según la invención puede
producirse de manera sencilla a muy bajo coste, por ejemplo, en
instalaciones de encolado de cantos completamente automáticas en las
que se fabrican los filtros por corte transversal de una banda
filtrante teóricamente sinfín plegada en forma de
zig-zag. Como ya se ha mencionado más arriba,
especialmente en el caso de materiales de la banda filtrante que
presenten cierta rigidez, se puede producir aquí una marcación
incompleta de la geometría de las puntas de los pliegues, lo que
conduce finalmente al abombamiento del remate de los pliegues según
la invención, considerado originalmente como no deseado.
Sin embargo, en presencia de exigencias
especialmente altas impuestas a la estanqueidad de una disposición
de filtrado pueden estar previstos también medios de sellado
adicionales. Por ejemplo, además del abombamiento según la
invención, puede estar prevista aún una junta laberíntica, por
ejemplo en forma de una espada en sí conocida que está dispuesta en
el extremo frontal del alojamiento y encaja en el pliegue extremo
frontal del elemento de filtro.
La presente invención puede utilizarse en
elementos de filtro hechos de materiales filtrantes de cualquier
clase. Sin embargo, la banda filtrante consiste preferiblemente en
material no tejido. La banda filtrante puede estar configurada en
una o varias capas, como ya se ha mencionado más arriba, por
ejemplo, una capa filtrante para partículas y una capa filtrante
química, especialmente una capa filtrante de carbón activo.
El elemento de filtro según la invención o la
disposición de filtrado según la invención pueden utilizarse en
todos los sitios en los que se deba depurar una corriente de fluido
para despojarla de materiales nocivos contenidos en ella, con
independencia de si se trata de una corriente de gas o de
líquido.
Una aplicación preferida es en aparatos para la
climatización de locales, siendo imaginables aplicaciones tanto
móviles como estacionarias. El elemento de filtro según la invención
o una disposición de filtrado correspondiente se utiliza de manera
especialmente preferida en una instalación de climatización para un
vehículo automóvil.
Se explica seguidamente la invención con más
detalle ayudándose de los dibujos.
Muestran:
La figura 1, en representación parcial
esquemática, un elemento de filtro según la invención en vista en
planta;
La figura 2, el extremo frontal de un elemento
de filtro de la figura 1 según la invención en representación en
sección lateral esquemática;
La figura 3, en representación en sección
lateral esquemática, el extremo frontal de un elemento de filtro
según el estado de la técnica;
La figura 4, en representación en sección
lateral esquemática, el extremo frontal de un elemento de filtro
según el estado de la técnica con una orejeta de material no tejido
actuando como elemento de sellado;
La figura 5, en representación en sección
lateral esquemática, el extremo frontal de un elemento de filtro
según el estado de la técnica con un perfil de labio de sellado
actuando como elemento de sellado;
La figura 6, en representación parcial
esquemática, en vista en planta, un elemento de filtro según la
invención en la situación de montaje;
La figura 7, en representación parcial
esquemática, en vista en planta, un elemento de filtro según el
estado de la técnica en la situación de montaje; y
La figura 8, un diagrama fuerza/recorrido medido
en un elemento de filtro según la invención.
Se aprecia en las figuras 1 y 2 un elemento de
filtro 1 con una banda filtrante 2 plegada en forma de
zig-zag. Sin limitación de la generalidad, el
elemento de filtro 1 es sustancialmente de forma de placa con dos
respectivos lados longitudinales 3, 4 opuestos uno a otro. En la
representación se puede ver uno de los dos extremos frontales del
elemento de filtro. Según una forma de realización preferida de la
invención, el elemento de filtro 1 presenta en el lado frontal 5 un
remate de pliegues 6 abombado en forma convexa hacia fuera. Sin
embargo, las explicaciones siguientes se aplican también para
cualquier otra configuración posible del extremo frontal del
elemento de filtro según la invención.
En la figura 3 se ha representado, para fines de
comparación, un elemento de filtro 10 según el estado de la técnica
con un remate de pliegues convencional 60. En un extremo frontal 50
del elemento de filtro 10 configurado de esta manera es necesario
prever en la situación de montaje unos elementos de sellado
adicionales especiales para sellar los extremos frontales con
respecto a la pared asociada del alojamiento. Las figuras 4 y 5
muestran a título de ejemplo elementos de sellado habituales que
sirven para sellar el extremo frontal de un elemento de filtro
según el estado de la técnica, tal como se representa en la figura
3, con respecto al dispositivo de alojamiento asociado. En aras de
una mayor claridad, en estas figuras no se ha representado el
respectivo dispositivo de alojamiento. La figura 4 muestra un
filtro con una orejeta 70 de material no tejido y en la figura 5 se
representa un filtro con un perfil de labio de sellado 80.
En las figuras los mismos símbolos de referencia
designan respectivas partes idénticas.
La figura 6 muestra un elemento de filtro 1
según la invención en la situación de montaje. Se aprecia que el
remate de pliegues 6 abombado en forma convexa hacia fuera se aplica
herméticamente en casi toda su anchura y bajo pretensado elástico a
la pared asociada 8a del dispositivo de alojamiento 8.
En la figura 7 se representa, para fines de
comparación, la situación de montaje de un elemento de filtro 100
con remate de pliegues 600 abombado en forma convexa hacia fuera en
el extremo frontal 500 del elemento de filtro 100, en el que es
manifiesto que el material de la banda filtrante no satisface los
requisitos impuestos a la presente invención. Un comportamiento de
esta clase lo muestra, por ejemplo, un filtro de partículas
convencional que consiste generalmente en un material de banda
filtrante relativamente delgado y flexible. Se aprecia que el
remate 600 de los pliegues, a pesar de aplicarse a la pared asociada
800a del dispositivo de alojamiento 800, forma ondulaciones. La
acción de sellado es en todo caso insuficiente.
La figura 8 muestra el resultado de una medición
de la fuerza en función del recorrido que ha de aplicarse sobre una
placa que, en el caso de un elemento de filtro combinado configurado
según la invención con remate de pliegues abombado en forma convexa
hacia fuera, tiene que aplicarse desde el lado frontal del elemento
de filtro sobre el remate de pliegues abombado en forma convexa
hacia fuera para presionar este remate - análogamente a la
situación de montaje en el dispositivo de alojamiento -
paralelamente a las superficies de limitación laterales del
elemento de filtro en dirección a la superficie filtrante activa. El
elemento de filtro combinado empleado estaba constituido por un
material de soporte de material no tejido, configurado como filtro
de partículas, una capa de carbón activo en la que están
incrustadas partículas de carbón activo en el material no tejido, y
un material de cubierta de material no tejido, y tenía una anchura
del lado frontal de aproximadamente 190 mm para una altura del
filtro de aproximadamente 25 mm, y el punto culminante del remate de
los pliegues estaba separado aproximadamente 19 mm del dorso del
pliegue contiguo.
\newpage
Se aprecia en el diagrama que la fuerza aumenta
al principio tan sólo muy lentamente con el desplazamiento del
remate de los pliegues. Para un recorrido de aproximadamente 8 mm,
se puede apreciar una neta variación en la evolución
fuerza-recorrido. La fuerza aumenta en grado
sensiblemente mayor bajo un presionado adicional. Esta variación se
presenta aproximadamente en el sitio en el que el remate de los
pliegues ha sido llevado a una posición sustancialmente paralela a
los restantes dorsos de los pliegues. El material del remate de los
pliegues no puede desviarse ya a partir de este sitio y la acción de
apriete adicional es contrarrestada por fuerzas provenientes
lateralmente del borde del filtro, que se manifiestan en el mayor
ascenso de la curva. El ascenso adicional muy pronunciado de la
curva a aproximadamente 11 mm puede atribuirse al asentamiento de
las paredes de limitación lateral del elemento de filtro sobre la
placa.
Se aprecia por este diagrama una ventaja
adicional de un elemento de filtro según la invención. La evolución
de la fuerza en la zona central de la curva, es decir, a partir de
aproximadamente 8 mm, es responsable del pretensado elástico al
aplicar el remate de los pliegues contra la pared asociada de la
carcasa. Se ve que la fuerza que actúa sobre la pared de limitación
es relativamente alta. Asimismo, se puede apreciar que esta zona
con el alto aumento de la fuerza se extiende desde el lado frontal
de las paredes de limitación lateral del elemento de filtro
(ascenso casi vertical) a partir de aproximadamente
2-3 mm en dirección a la superficie filtrante
activa. Dado que la longitud de las paredes de limitación laterales
corresponde aproximadamente a la longitud de las paredes laterales
del alojamiento y dado que, por ejemplo, en la utilización de
filtros de aire del espacio interior de automóviles están
permitidas usualmente tolerancias del orden de magnitud de
aproximadamente 2 mm para las dimensiones del elemento de filtro y
el alojamiento asociado, se compensan estas tolerancias mediante la
configuración según la invención del extremo frontal del elemento de
filtro. El pretensado elástico es siempre constantemente alto
dentro de este rango de tolerancia.
Este comportamiento se presenta en principio en
todos los elementos de filtro configurados según la invención.
Se realizaron mediciones de fugas en el lado
frontal de filtros combinados con una configuración diferente de la
zona extrema frontal. Como geometría se eligió el lado frontal de un
filtro combinado (fabricado a partir de materiales que se utilizan
de serie en la industria del automóvil). En las mediciones de fugas
se cubrió la respectiva superficie filtrante activa para establecer
el caudal a través de las zonas de borde entre el elemento de
filtro y el alojamiento. Se acotó un lado frontal respecto de las
fugas; se sellaron idealmente los dos lados longitudinales y el
segundo lado frontal.
Se acotaron los filtros para una diferencia de
presión aplicada de 100 Pa. La configuración de las zonas de borde
correspondió a las formas de realización representadas en las
figuras 1 y 2 ("invención"), la figura 3 ("sin sellado
frontal"), la figura 4 ("orejeta de material no tejido") y
la figura 5 ("perfil de labio de sellado").
Se obtuvieron por vía metrotécnica los valores
siguientes para la fuga en el lado frontal:
Los resultados anteriores muestran que las tasas
de fuga de la disposición de filtrado construida según la invención
alcanzan las bajas tasas de fuga de otros sistemas de junta ya
establecidos con elementos de sellado adicionales. Por tanto, la
disposición de filtrado según la invención no sólo satisface las
tasas de fuga requeridas en la técnica, sino que, además, se puede
seguir fabricando también de manera sencilla y barata.
Claims (7)
1. Elemento de filtro (1) con una banda
filtrante (2) plegada sustancialmente en forma de
zig-zag, especialmente de material no tejido, para
su instalación en un alojamiento (8), tal como, por ejemplo, en un
marco de filtro y/o una carcasa de filtro, con al menos una pared
(8a) dispuesta en el lado frontal y configurada sustancialmente en
forma plana, en donde el elemento de filtro (1), visto en la
dirección de los pliegues, presenta al menos un extremo frontal (5)
con un remate de pliegues (6) que está asociado a la pared (8a) del
alojamiento (8) configurado sustancialmente en forma plana, en
donde el extremo frontal (5) del elemento de filtro (1) está
abombado en forma definidamente convexa hacia fuera en dirección a
la pared (8a) del alojamiento (8) y en donde el material de la
banda filtrante (2) se ha elegido y/o acondicionado en el extremo
frontal (5) de modo que el extremo frontal (5) de la banda
filtrante (2), al ser instalado en el alojamiento (8), se puede
aplicar herméticamente sin formación de ondulaciones y bajo
pretensado elástico a la pared frontal (8a) del alojamiento (8),
caracterizado porque el abombamiento convexo está formado en
el remate (6) de los pliegues y porque el elemento de filtro (1)
está rigidizado en la zona del remate (6) de los pliegues.
2. Elemento de filtro según la reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento de filtro (1) es un filtro
combinado en sí conocido, comprendiendo la banda filtrante (2) al
menos una capa de un material que filtra partículas y al menos una
capa de un material que filtra contaminantes químicos.
3. Elemento de filtro según la reivindicación 2,
caracterizado porque el material para filtrar contaminantes
químicos comprende un material adsorbente.
4. Elemento de filtro según la reivindicación 3,
caracterizado porque el material adsorbente comprende carbón
activo.
5. Disposición de filtrado que comprende un
elemento de filtro (1) y un alojamiento (8), tal como, por ejemplo,
un marco de filtro y/o una carcasa de filtro, en el que se puede
insertar el elemento de filtro (1), caracterizada por un
elemento de filtro según una de las reivindicaciones 1 a 4.
6. Disposición de filtrado según la
reivindicación 5, caracterizada porque entre el al menos un
extremo frontal (5) del elemento de filtro (1) y la pared asociado
(8a) del alojamiento (8) está prevista, además, una junta
laberíntica.
7. Disposición de filtrado según la
reivindicación 6, caracterizada porque la junta laberíntica
está formada por una espada en sí conocida dispuesta en el
alojamiento (8).
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