ITTO20131038A1 - Elemento filtrante multistrato e suo metodo di realizzazione - Google Patents

Description

Elemento filtrante multistrato e suo metodo di realizzazione

DESCRIZIONE

Settore della Tecnica

La presente invenzione concerne un elemento filtrante multistrato ed il suo metodo di realizzazione.

Più particolarmente, l'invenzione concerne un elemento filtrante multistrato per filtri aria di motori a combustione interna.

Arte nota

Come noto, i motori a combustione interna sono generalmente equipaggiati con un circuito di aspirazione dell’aria comburente, dotato di filtro per la purificazione dell'aria. Il filtro dell'aria è necessario per purificare l'aria che viene inviata alle camere di combustione del motore, evitando che particelle di polvere e sporcizia, entrando nel motore, ne possano danneggiare gli organi interni.

I filtri aria per circuiti di aspirazione di motori I.C. comprendono generalmente un involucro ermetico, in cui è ospitato un elemento filtrante in forma di cartuccia. L'involucro del filtro è dotato di apertura di ingresso e di apertura di uscita per l'aria ed è configurato al suo interno in modo che l'aria impura, che entra attraverso l'apertura di ingresso, sia costretta ad attraversare il materiale filtrante della cartuccia e fuoriesca pulita attraverso l'apertura di uscita.

Un elemento filtrante diffuso nel settore dei filtri aria per motori I.C. è costituito da un foglio di materiale filtrante pieghettato e incollato in modo da mantenerlo nella forma desiderata. Un materiale tipicamente utilizzato per realizzare questo tipo di filtri è la carta di cellulosa. Una macchina pieghettatrice realizza, a partire da un foglio piano svolto da un rotolo, una serie di pieghe nel foglio, così da ottenere una configurazione sostanzialmente a fisarmonica, la quale viene conservata grazie alla deposizione di colla fra le pieghe. Il materiale viene tagliato nella lunghezza desiderata e generalmente disposto o secondo un orientamento piano, così da ottenere un pacco a fisarmonica, ad esempio a forma di parallelepipedo, oppure avvolto attorno ad un asse centrale, così da ottenere un pacco a forma di cilindro o di cono. Più recentemente, con il diffondersi delle tecniche di taglio computerizzato, sono stati sviluppati elementi filtranti con forme irregolari, che vengono scelte per assecondare la forma irregolare dell'involucro, il quale a sua volta deve adattarsi allo spazio a disposizione, ad esempio nel vano motore di un veicolo terrestre.

Il pacco di carta a fisarmonica viene quindi generalmente dotato di guarnizioni terminali, che andranno a fare tenuta contro le pareti dell'involucro o di un suo coperchio, così da evitare che parte dell'aria impura in ingresso bypassi l'elemento filtrante, uscendo dal filtro senza essere stata purificata.

Uno dei problemi che si incontrano nella realizzazione di un filtro aria per motori I.C. deriva dalla necessità da un lato di ottenere una buona purificazione dell'aria e dall'altro di evitare un eccessivo calo di pressione (∆P) lungo il circuito di aspirazione.

Per questa ragione, le caratteristiche del materiale filtrante vengono generalmente scelte in funzione dell'ambiente in cui il motore deve essere utilizzato, ad esempio ambiente più o meno polveroso, e a seconda delle caratteristiche del motore e delle sue esigenze in termini di qualità di purificazione dell'aria e di volume d'aria per unità di tempo che deve essere aspirato.

Una soluzione applicata in passato prevede che l'aria impura venga fatta passare attraverso più elementi filtranti disposti in serie e dotati di capacità di filtrazione via via più spinte. Secondo questa tecnica l'aria fortemente impura viene fatta passare attraverso un primo filtro grossolano, che avrà lo scopo di rimuovere dal flusso d'aria le particelle di maggiore dimensione e successivamente in un filtro più fine, che avrà lo scopo di rimuovere le particelle più piccole. Questo tipo di configurazione consente da un lato di ottenere un flusso d'aria in uscita fortemente purificato e dall'altro di evitare che il materiale del filtro più fine venga rapidamente intasato, a causa delle particelle di maggiore dimensione.

Sulla base di questo principio sono stati sviluppati filtri dotati di due o più elementi filtranti con capacità di filtrazione diversa disposti in serie e filtri dotati di un unico elemento filtrante ottenuto dalla sovrapposizione di due strati di materiale con capacità di filtrazione diversa.

EP 2 119 901 (A1) mostra un esempio del primo tipo di filtro, ossia quello dotato di due elementi filtranti autonomi disposti in serie, che vengono montati nel filtro separatamente e che possono essere pertanto anche sostituiti separatamente, con ciò conseguendo fra l’altro un risparmio economico, quando si desideri sostituire solo l’uno o l’altro dei due.

CN202398236 (U) mostra invece un esempio del secondo tipo di filtro, ossia quello dotato di materiale filtrante multistrato, che definisce un unico elemento filtrante composito.

Questo secondo tipo di realizzazione prevede che gli strati di materiale filtrante abbiano struttura diversa fra loro, per garantire potere filtrante diverso. Per questa ragione gli strati vengono realizzati con materiali diversi, derivanti da processi di lavorazione differenti e ciò causa un innalzamento dei costi di produzione. Inoltre, nel caso in cui uno dei due strati sia realizzato in carta pieghettata, il secondo strato viene realizzato con materiale dalle caratteristiche strutturali idonee a conservare la forma dello strato in carta, anche quando le facce opposte di questo vengono sottoposte a notevoli differenze di pressione durante il funzionamento del motore.

Un primo scopo dell’invenzione è pertanto quello di fornire una soluzione al problema di come ottenere un elemento filtrante che presenti i vantaggi degli elementi multistrato, ma che risulti più economico da realizzare di quelli attuali.

Un secondo scopo dell’invenzione è quello di provvedere un elemento filtrante multistrato, dalle prestazioni migliorate e che si presti pertanto ad essere impiegato anche in ambienti particolarmente polverosi.

Un terzo scopo dell’invenzione è quello di provvedere un elemento filtrante multistrato che, opportunamente dimensionato, possa essere utilizzato su una vasta gamma di motori con cilindrata anche molto diversa fra loro.

Uno scopo ulteriore dell’invenzione è quello di fornire un metodo di realizzazione di un elemento filtrante multistrato, che si presti ad essere impiegato industrialmente su larga scala, per la realizzazione di elementi filtranti destinati a molteplici applicazioni.

Descrizione dell’Invenzione

Questi ed altri scopi sono ottenuti con un elemento filtrante e con un metodo di realizzazione, come rivendicato nelle unite rivendicazioni.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, la parte filtrante dell’intero elemento filtrante può essere realizzata interamente in carta, ad esempio carta di cellulosa. Questa caratteristica rende l’elemento filtrante ottenuto particolarmente economico grazie alla semplificazione del processo che utilizza macchine tradizionalmente impiegate per la realizzazione di filtri in carta pieghettata monostrato ed essendo basato sullo stesso tipo di materiale e sulla stessa tecnologia di lavorazione per ogni strato.

Secondo un aspetto principale dell'invenzione, un primo strato dell’elemento filtrante, ossia quello che è destinato ad essere attraversato per primo dall’aria impura che entra nel filtro quando il filtro è in uso nel circuito di aspirazione di un motore, è vantaggiosamente realizzato con carta pieghettata molto permeabile, che filtra cioè le particelle di polvere di maggiore dimensione. L’ultimo strato dell’elemento filtrante destinato ad essere attraversato dall’aria per ultimo è invece realizzato con carta pieghettata meno permeabile, che filtra le particelle di dimensione inferiore e gli strati intermedi avranno capacità di filtrazione progressivamente più fine man mano che ci si allontana dal primo strato e ci si avvicina all’ultimo strato.

Inoltre, vantaggiosamente, grazie sempre all’invenzione l’elemento filtrante consegue un elevato accumulo di polvere a parità di quantità di carta ed un ridotto calo di pressione.

Secondo l’invenzione, qualunque sia la forma geometrica dell’elemento filtrante, gli strati di materiale filtrante che lo costituiscono sono tenuti insieme indissolubilmente nell’elemento filtrante, salvo distruzione dell’elemento filtrante stesso, da guarnizioni di tenuta in materiale plastico in cui la carta degli strati è parzialmente inglobata. Dette guarnizioni hanno sia la funzione di impedire che l’aria che entra nelle anse degli strati fuoriesca lateralmente parallelamente alle creste ed alle anse e sia di ottenere la tenuta ermetica fra l’elemento filtrante e le pareti dell’involucro in cui sarà ospitato.

Dette guarnizioni saranno pertanto vantaggiosamente disposte sulle facce del corpo dell’elemento filtrante perpendicolari alle linee di piegatura della carta. Così ad esempio nel caso di elementi filtranti ottenuti da solidi di rivoluzione, le guarnizioni saranno collocate sulle basi circolari opposte, mentre nel caso di elementi filtranti di forma prismatica le guarnizioni saranno collocate sui fianchi opposti perpendicolari alle linee di piegatura della carta. Descrizione Sintetica delle Figure

Alcune forme preferite di realizzazione dell’invenzione verranno fornite a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure annesse in cui:

- la Fig.1 è una vista prospettica di un elemento filtrante secondo l’invenzione in configurazione cilindrica; - la Fig.2 è una vista prospettica parzialmente sezionata di una parte dell’elemento di Fig.1;

- la Fig.3 è una vista in pianta di uno strato dell’elemento filtrante durante una fase di lavorazione.

Descrizione di una Forma Preferita di Realizzazione

Con riferimento alle Figg.1 e 2 è illustrata una forma di realizzazione dell’invenzione in cui l’elemento filtrante, complessivamente indicato con il riferimento 11, ha una forma cilindrica.

L’elemento filtrante 11 è ottenuto dalla combinazione di due strati 13,15 di materiale filtrante in carta pieghettata a fisarmonica. Le pieghe della carta di ciascuno strato 13,15 sono realizzate lungo linee parallele di piegatura, così da definire lungo dette linee di piegatura, una sequenza di creste 13a,15a alternate ad anse 13b,15b. La piegatura della carta può avvenire ad esempio mediante una macchina pieghettatrice a coltelli, di tipo di per sé noto e pertanto non ulteriormente descritta, la quale agisce su un foglio di carta filtro piano, tipicamente svolto da un rotolo.

Secondo l’invenzione e come risulterà maggiormente chiaro dalla descrizione che segue, i due strati 13,15 di materiale filtrante sono tenuti insieme indissolubilmente nell’elemento filtrante 11, salvo distruzione dell’elemento filtrante 11 stesso, da guarnizioni di tenuta in materiale plastico in cui la carta degli strati 13,15 è parzialmente inglobata.

Sempre secondo l’invenzione gli strati 13,15 di materiale filtrante adiacenti, sono accostati fra loro e sono orientati in modo tale che le creste 13a,15a della carta di uno strato risultino parallele a quelle dell’altro strato. Secondo l’invenzione, questa stessa disposizione viene mantenuta anche nel caso in cui l’elemento filtrante comprenda più di due strati e pertanto tutti gli strati dell’elemento 11 avranno creste ed anse parallele fra loro. Nel caso di un elemento 11 realizzato in forma di solido di rivoluzione, ad esempio in forma cilindrica o tronco conica, le creste e le anse saranno inoltre disposte parallelamente all’asse longitudinale del cilindro.

Ancora secondo l’invenzione, vantaggiosamente, fra gli strati 13,15 adiacenti sono previsti distanziali 17 disposti sulle creste 13a,15a della carta, perpendicolarmente ad esse. Questi distanziali 17 hanno lo scopo di evitare che le creste 13a,15a di uno strato 13,15 penetrino nelle anse 13b,15b dello strato 13,15 adiacente e viceversa, riducendo le prestazioni dell’elemento filtrante.

Questi elementi distanziali 17 sono visibili con riferimento alla Fig.3 che mostra una fase di lavorazione del metodo per l’ottenimento di uno degli strati 13,15. Secondo l’invenzione, i distanziali 17 sono preferibilmente costituiti da corrispondenti cordoli di materiale termo fusibile indurito, ad esempio una colla termo fusibile. Il materiale dei distanziali 17 è depositato sulle creste 13a,15a della faccia di almeno uno degli strati 13,15 che si trova di fronte allo strato adiacente quando gli strati 13,15 sono accostati l’uno all’altro, faccia a faccia, per definire l’elemento filtrante 11. Colle termo fusibili idonee a realizzare i distanziali 17 sono ad esempio le colle poliuretaniche. Sempre secondo l’invenzione, questi cordoli 17 vengono disposti sulle creste 13a,15a degli strati 13,15, perpendicolarmente alla direzione delle linee di piegatura e, conseguentemente, perpendicolarmente alle creste 13a,15a ed alle anse 13b,15b.

In accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, i cordoli 17 si sviluppano lungo detta faccia di almeno uno degli strati adiacenti 13,15, lungo tutta la sua lunghezza, senza soluzione di continuità in modo da definire un cordoncino continuo che andrà a costituire un corrispondente distanziale, che estendendosi con continuità fra tutte le creste, impedisce alle creste dello strato adiacente di penetrare nelle anse del primo strato.

Secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, i cordoli 17 di materiale termo fusibile vengono posati allo stato fluido all’uscita della macchina pieghettatrice che realizza le pieghe nella carta e vengono induriti prima che la carta si possa distendere nuovamente annullando l’effetto della pieghettatrice. In questo modo, i cordoli 17 svolgono sia la funzione di impedire che le creste di uno strato penetrino in quelle dello strato adiacente quando due strati vengono accostati per realizzare l’elemento filtrante e sia di conservare la distanza voluta fra le creste di ciascuno strato, mantenendo ottimale l’ampiezza delle anse 13b,15b definite fra dette creste.

L’altezza dei distanziali 17, ossia l’estensione in direzione perpendicolare rispetto al piano della faccia dell’elemento filtrante su cui i distanziali sono applicati, verrà scelta in funzione delle applicazioni, ma potrà essere indicativamente compresa fra circa 1 mm e 10 mm e sarà preferibilmente di circa 2-3 mm.

Grazie alla presenza dei distanziali 17, fra gli strati adiacenti 13,15 viene inoltre definita una intercapedine 19 di larghezza sostanzialmente pari all’altezza dei distanziali 17. Le particelle di polvere che hanno superato un primo strato più grossolano, ma non il secondo strato adiacente più fine, andranno pertanto ad accumularsi nell’intercapedine 19 con ciò riducendo il rischio di intasamento dello strato filtrante posto a valle dell’intercapedine.

Riferendoci nuovamente alle Fig.1 e 2, l’elemento filtrante 11 è dotato di un elemento interno di supporto 21, ad esempio realizzato in plastica o metallo, in forma di griglia con maglie molto ampie essendo la sua funzione sostanzialmente solo quella di evitare lo schiacciamento radiale dell’elemento filtrante cilindrico.

L’elemento filtrante 11 cilindrico sarà inoltre dotato di una prima guarnizione 23 che chiude una prima base dell’elemento filtrante 11 (base inferiore nella disposizione di Figg.1 e 2) e di una seconda guarnizione 25 dotata di apertura centrale 27 che chiude la base opposta (base superiore nella disposizione di Figg.1 e 2). Entrambe le guarnizioni 23,25 possono essere realizzate in materiale plastico, quale ad esempio schiume poliuretaniche, applicate allo stato fluido e successivamente indurite. La guarnizione 23 e la guarnizione 25 inglobano parzialmente nel materiale plastico di cui sono costituite la carta degli strati 13,15 ed impediscono che detti strati di cui è costituito l’elemento 11 possano essere separati, fatto salvo il caso di distruzione dell’elemento filtrante stesso. L’apertura assiale 27 prevista nella guarnizione 25 consente il passaggio dell’aria, generalmente l’uscita dell’aria pulita, dopo che questa ha attraversato radialmente gli strati 13,15 ed è pervenuta al centro dell’elemento filtrante, nel volume racchiuso dallo strato filtrante più interno.

L’invenzione è stata finora descritta con riferimento ad una forma di realizzazione comprendente due strati di materiale filtrante. L’invenzione tuttavia potrà essere vantaggiosamente sfruttata per la realizzazione di elementi filtranti con tre o più strati di materiale filtrante in carta pieghettata. Secondo l’invenzione, nel caso in cui l’elemento 11 sia costituito da più di due strati, la carta dello strato che per primo è destinato ad essere attraversato dall’aria quando l’elemento 11 è installato nel circuito di aspirazione di un motore, avrà preferibilmente una capacità di filtrazione grossolana e lo strato che per ultimo è destinato ad essere attraversato dall’aria avrà una capacità di filtrazione fine, mentre gli strati intermedi avranno capacità di filtrazione progressivamente più fine man mano che ci si allontana dal primo strato e ci si avvicina all’ultimo strato.

Inoltre, altre forme geometriche dell’elemento filtrante saranno possibili, come ad esempio la forma piana a parallelepipedo, la forma conica, o forme geometriche irregolari.

L’elemento filtrante ed il suo metodo di realizzazione così come descritti ed illustrati sono suscettibili di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo.

= = = = = = = = = =

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento filtrante multistrato (11) comprendente almeno due strati (13,15) di materiale filtrante in carta pieghettata a fisarmonica lungo linee parallele di piegatura, così da definire lungo dette linee di piegatura una sequenza di creste (13a,15a) alternate ad anse (13b,15b), gli almeno due strati (13,15) di materiale filtrante essendo tenuti insieme indissolubilmente nell’elemento filtrante, salvo distruzione dell’elemento filtrante stesso, da guarnizioni di tenuta (23,25) in materiale plastico in cui la carta degli strati (13,15) è parzialmente inglobata, gli strati (13,15) adiacenti di materiale filtrante essendo accostati fra loro e le creste (13a,15a) della carta di strati diversi essendo parallele fra loro, in cui fra strati (13,15) adiacenti sono previsti distanziali (17) disposti sulle creste (13a,15a) della carta perpendicolarmente ad esse, che evitano che le creste (13a,15a) di uno strato (13,15) penetrino nelle anse (13b,15b) dello strato (13,15) adiacente e viceversa.
2. 2. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 1, in cui detti distanziali (17) sono costituiti da corrispondenti cordoli di materiale termo fusibile indurito depositato sulle creste (13a,15a) di almeno una delle facce degli strati (13,15) che si fronteggiano quando gli strati (13,15) sono accostati l’uno all’altro, faccia a faccia, per definire l’elemento filtrante (11).
3. 3. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 2, in cui detto materiale termofusibile indurito è una colla, ad esempio una colla poliuretanica.
4. 4. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui i cordoli (17) si sviluppano lungo la faccia di almeno uno degli strati adiacenti (13,15) lungo tutta la sua lunghezza, senza soluzione di continuità in modo da definire un cordoncino continuo che andrà a costituire un corrispondente distanziale, che estendendosi con continuità fra tutte le creste (13a,15a) di un primo strato, impedisce alle creste dello strato adiacente di penetrare nelle anse (13b,15b) del detto primo strato.
5. 5. Elemento filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’altezza dei distanziali (17) in direzione perpendicolare rispetto al piano della faccia dell’elemento filtrante (13,15) su cui i distanziali (17) sono applicati è compresa fra circa 1 mm e 10 mm.
6. 6. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 5, in cui detta altezza dei distanziali è compresa fra circa 2 mm e 3 mm.
7. 7. Elemento filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui fra gli strati adiacenti (13,15) è definita una intercapedine (19) di larghezza sostanzialmente pari all’altezza dei distanziali (17).
8. 8. Elemento filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la carta dello strato che per primo è destinato ad essere attraversato dall’aria ha una capacità di filtrazione grossolana e lo strato che per ultimo è destinato ad essere attraversato dall’aria ha una capacità di filtrazione fine, gli eventuali strati intermedi avendo capacità di filtrazione progressivamente più fine man mano che ci si allontana dal primo strato e ci si avvicina all’ultimo strato.
9. 9. Metodo di realizzazione di un elemento filtrante multistrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui i distanziali (17) vengono posati sulle creste all’uscita di una macchina pieghettatrice che realizza le pieghe in un foglio di carta svolto da un rotolo.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detti distanziali (17) comprendono cordoli di materiale termo fusibile che vengono posati allo stato fluido all’uscita della macchina pieghettatrice che realizza le pieghe nella carta e vengono induriti prima che la carta si possa distendere nuovamente annullando l’effetto della pieghettatrice. = = = = = = = = = =