KR20040066821A - 직렬 여과용 다층 복합 필터재 - Google Patents

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KR20040066821A KR10-2004-7007523A KR20047007523A KR20040066821A KR 20040066821 A KR20040066821 A KR 20040066821A KR 20047007523 A KR20047007523 A KR 20047007523A KR 20040066821 A KR20040066821 A KR 20040066821A
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이베에스 필트란 쿤스츠토프-/메탈러조이그니세 게엠베하
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Abstract

여과되는 매체에 대하여 흐름측 및 유출측을 구비한 직렬 여과용 다층 복합 필터재로서, 상기 필터재는 동일하거나 상이한 필터재의 적어도 2개의 필터층을 포함하고, 상기 필터층은 전체 표면 상의 규정된 점 및/또는 영역에서 서로 용접되고, 적어도 1개의 필터재는 흐름측에 배치되고, 다른 적어도 1개의 필터재는 유출측에 배치된다. 또한, 본 발명의 대상은 복합 필터재를 생산하는 방법, 복합 필터재의 용도 및 본 발명에 따른 복합 필터재를 함유하는 필터이다.

Description

직렬 여과용 다층 복합 필터재{Multi-layer composite filter element for series filtration}
종래기술에 있어서, 트랜스미션 오일 및 엔진 오일의 여과를 위해 단일 필터 매트를 포함하는 필터가 최근에 주로 사용되고 있다. 유리, 셀룰로오스 또는 합성 섬유 및 또한 금속 섬유를 함유할 수도 있는 부직포 매트가 통상 존재한다. 이들 필터재에서는, 액체를 여과하여 60㎛ 초과 크기의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 그렇지만, 일반적으로 더 작은 입자를 이 재료를 가지고 충분히 여과할 수 없다.
엔진 및 트랜스미션, 특히 연속적인 가변 트랜스미션(CVT)의 신세대의 개발에서는, 트랜스미션 오일을 더욱 고 순도로 하는 필터 재료 및 필터를 제공하는 것이 필수적인 요건이 되고 있다. 이것은 예를 들면 CVT에 있어서, 유압식 조절이 전자적으로 또는 압력 의존적으로 발생한다는 사실과 관계가 있고, 따라서 가장 작은 불순물이라도 트랜스미션 제어를 방해하기에 충분하다. 이 타입의 트랜스미션의 작동에 요구되는 오일 순도의 등급은 현재는 추가적인 압력 오일 필터를 포함함으로써만 달성될 수 있다. 엔진 오일의 순도를 증가시키는 적용이 또한 가능하다.
장래에, 오염 입자의 전체 범위를 흡입 오일 여과에 의해 필터에서 여과하는 것 및 필요한 오일 순도 등급을 단일 단계에 의해 달성 가능한 것을 목적으로 한다. 이를 실현하기 위해, 그러므로, 불순물의 포집에 대하여 보다 효과적이고, 더 작은 크기의 불순물을 포집할 수 있는 필터 재료를 제공하는 것이 급하게 요구되고 있다. 이 목적을 위하여, 특히 여과시의 압력 손실, 여과 효율 및 오염 흡수 능력(dirt take-up capacity)에 대한 필터재의 특성을 향상시켜야 한다.
관련 문제를 해결하기 위해, 다층 필터 재료를 사용하는 종래기술이 이미 공지되어 있다. 이들 다층 필터 재료의 목적은 굵은 입자를 1개 이상의 필터재로 처음에 분리하고, 이어서 미세한 입자를 1개 이상의 다른 필터재로 분리하는 직렬 여과로서 공지된 것이다. 이 타입의 복합 필터를 특히 미국 시장에서 최근에 이미 트랜스미션 중에 사용하고 있다. 이들은 접착제로 열적 접착하는 부직포 필터 매트 및 직물 필터포 재료를 포함하는 복합 필터재이다.
부직포 필터 매트과 직물 필터포 사이에 불규칙하게 분포된 메시가 조목 거즈(coarse-meshed gauze)의 형태로 배치되어 있는 개방직(open-woven) 폴리에스터 접착제를 종종 접착제로서 사용한다. 재료 상에 산포하는 과립 형태의 접착제를 또한 사용한다. 그 후, 가열에 의해 필터층을 접착한다.
그렇지만, 사용된 접착제 및 전체 표면 영역 접착에 의해, 접착제가 최대 한도까지 직물 필터포의 개구 기공을 폐쇄하여 효과적인 여과 표면적을 크게 감소시키기 때문에, 필터재의 여과 능력이 상당히 저하하는 문제점을 이들 복합 섬유가 갖고 있다.
또한, 사용된 접착 거즈는 전체적으로 랜덤한 거즈 구조를 가지므로, 불규칙적인 접착 결합을 발생시킨다. 따라서, 필터재 중의 일부 지점은 예를 들면 더 높은 접착 농도가 존재하는 다른 지점보다 더 뛰어난 여과 능력을 갖는다. 이것은 압력 손실, 여과 효율 및 오염 흡수 능력에 대하여 매우 상이한 특성을 갖는 복합 필터가 얻어지므로, 표준 특성을 갖는 필터 생산이 불가능하다. 예상 이상으로, 생산시에 상당한 품질 변동이 발생하고, 이 타입의 필터 생산은 비용이 매우 많이 든다.
추가의 문제점은 접착의 지속성이다. 필터재는 극도한 경우에 -30℃와 160℃ 사이의 범위에 있는 상당한 온도 변동에 노출된다. 접착 결합의 강도는 고온과 저온에서 명백히 변형한다. 예를 들면, 접착 결합의 강도는 특히 고온에서 현저하게 감소하여, 이들 온도에서 필터층 간에 부분적인 박리가 종종 발생한다.
이것은 종래에 이 영역에서 복합 필터가 정착되고 있지 않은 영향을 또한 갖고 있어, 단일 필터 매트가 대부분의 경우에 필터재로서 대신 사용되고 있다.
또한, 종래기술에서 필터재를 주름잡아서 여과의 향상을 달성하는 것이 시도되고 있다. 특히 필터재의 표면적을 증가시키면서 가능한 작게 공간 부피를 유지하기 위해, 지그재그 형태로 접힌 필터 시트 재료가 빈번히 사용되고 있다. 특히 엔진 오일 및 트랜스미션 오일에 대한 이 타입의 필터가 예를 들면 DE 19735993A1, WO 01/45823 A1 및 DE 4227744 A1에 개시되고 있다. 이들 경우에 있어서, 지그재그 형상 필터재를 오일 필터 영역 및 공기 필터 영역 모두에서 사용하고 있다.
본 발명의 대상은 여과되는 매체에 대하여 흐름측(onflow side) 및 유출측(outflow side)을 구비한 직렬 여과용 다층 복합 필터재에 관한 것이다. 복합 필터재는 엔진 오일 필터, 트랜스미션 오일 필터, 연료 필터 또는 공기 필터에 필터재로서 사용될 수도 있고, 바람직하게는 트랜스미션 오일 필터에서의 사용이다
도 1은 본 발명에 따른 다층 복합 필터재를 도시한다. 부호 1은 부직포 필터 매트이고, 부호 2는 직물 필터포를 나타내고, 부호 3는 필터재의 표면 상에 격자의 형태로 분포되는 초음파로 용접한 윤곽을 나타낸다.
그러므로 본 발명의 기술적 목적은 미세 및 굵은 불순물의 충분한 여과를 확보하고, 최장의 가능한 서비스 시간을 갖고, 규정된 필터 표면적을 갖는 표준 필터재로서 단순한 공정에 의해 생산될 수 있는 다층 복합 필터재를 제공하는 것이다. 또한, 압력 손실, 여과 효율 및 오염 흡수 능력에 대하여 최적 특성이 달성되고, 특히, 추가적인 압력 여과 없이 CVT에서 고장 없이 사용하도록 할 수 있다.
본 발명의 기술적 목적은 여과되는 매체에 대하여 흐름측 및 유출측을 구비한 직렬 여과용 다층 복합 필터재에 의해 달성되고, 상기 필터재는 동일하거나 상이한 필터재의 적어도 2개의 필터층을 포함하고, 상기 필터층은 전체 표면 상의 규정된 점 및/또는 영역에서 서로 용접되고, 적어도 1개의 필터재는 흐름측에 배치되고, 다른 적어도 1개의 필터재는 유출측에 배치된다.
이 타입의 배치는 우선, 사전 여과 중에서, 굵은 입자는 부직포 필터 매트에서 분리되고, 이어서 주 여과가 직물 필터포에서 발생하는 직렬 여과를 달성하고, 이 방식으로 10㎛보다 큰 직경의 오염 입자가 제거될 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다
바람직한 실시 형태에 있어서, 복합 필터재는 직물 필터포의 적어도 1개의 필터층 및 부직포 필터 매트의 적어도 1개의 필터층을 포함한다.
또한, 부직포 필터 매트 및 직물 필터포 모두를 이들 특성에 대하여 각각의 트랜스미션의 요구에 대응하는 방식으로 선택하여, 여과되는 매체에 대한 필요한 순도 등급(purity class)을 확보한다.
특정 일실시 형태에 있어서, 다층 복합 필터재는 2개의 필터층을 갖고, 1개의 필터층은 직물 필터포를 포함하고, 다른 1개의 필터층은 부직포 필터 매트를 포함한다.
필터 매트 재료는 직물 섬유가 얽힘, 점착 또는 접착 결합에 의해 생산되는 부직포 복합 직물 재료이다. 필터 매트는 일반적으로 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리헥사메틸렌아디핀아미드 또는 비스코스로 이루어지고, 이들의 결합은 섬유에 내재하는 접착에 의해 일반적으로 제공된다. 이들 부직포 필터 매트는 예를 들면 니들링, 인터메싱(intermeshing) 또는 인터밍글링(intermingling)에 의해 기계적으로 또한 접착될 수도 있다. 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜의 축합 생성물로서 바람직하게 얻어지는 폴리에스터 부직포가 특히 바람직하다. 게다가, 이들 부직포 필터 매트는 니들링에 의해 기계적으로 접착되고, 바람직한 실시 형태에서 특히 트랜스미션 오일 또는 엔진 오일에 대해 내구성이 있는 페놀 수지의 코팅을 갖는다.
본 발명의 의미에서 직물 필터포는 양모, 면, 합성 섬유, 탄소, 금속, 유리, 석면 섬유 또는 폴리머 섬유와 같은 재료의 필라멘트가 교차한 생성물을 의미한다. 이들 직물 필터포는 직물 필터포의 투과도를 결정하는 규정된 기공 크기를 갖는다. 바람직한 실시 형태에 있어서, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리헥사메틸렌아디핀아미드, 폴리에스터 및 이들의 코폴리멘트(copolyment)로 구성될 수도 있는 열가소성 직포가 필터포로서 사용된다.
바람직한 방식에 있어서, 사용된 부직포 필터 매트의 입자 포집은 > 60㎛, 바람직하게는 > 100㎛이다. 사용된 열가소성 직물 필터포의 입자 투과도는 10 내지 60㎛, 바람직하게는 25 내지 45㎛, 특히 바람직하게는 35 내지 45㎛의 범위이다.
직물 필터포와 부직포 필터 매트의 용접을 단순화하기 위해, 부직포 필터 매트 및 직물 필터포에 대해 가능한 한 유사한 융점 및 연화점을 갖는 열가소성재를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 방식에 있어서, 부직포 필터 매트 및 직물 필터포는 동일한 열가소성 재료로 이루어진다.
필터재, 예를 들면 부직포 필터 매트 및 직물 필터포를 용접함으로써, 규정된 접착이 필터 표면의 상당히 특정한 점 및/또는 영역에 달성된다. 바람직한 방식에 있어서, 이들 용접 영역은 복합 필터재 표면의 0.5 내지 15%를 차지한다. 이들은 필터재의 표면 상에 격자의 형태 또는 임의의 소망의 배치로 분포될 수도 있다. 특히 바람직한 실시 형태에 있어서, 용접점은 복합 필터재 표면의 1 내지 10%, 가장 특히 바람직하게는 2 내지 8%를 차지한다.
본 발명에 따른 다층 복합 필터재는 하기와 같이 생산된다:
다른 필터층의 상부에 배치된 필터층을 상부 몰드와 하부 몰드 사이의 틈새에 도입하고, 상부 몰드와 하부 몰드 사이에 필터층을 이동하여 에너지의 활성화에 의해 규정된 점 및/또는 영역에서 서로 용접한다. 용접 후에, 접착 필터층을 몰드로부터 제거한다.
용접은 바람직하게는 열 가열, 또한 초음파 용접에 의해 발생할 수도 있다. 초음파 용접이 특히 바람직하다.
초음파 용접의 경우에 있어서, 다른 필터층의 상부에 배치된 필터층을 초음파 용접 장치의 소노트로드(sonotrode)와 앤빌(anvil) 사이에 배치한다. 이어서, 소노트로드의 활성화에 의한 초음파 에너지로 규정된 점 및/또는 영역에서 필터층을 서로 용접한다. 이어서, 접착 필터층을 상기 장치로부터 제거한다. 바람직한 실시 형태에 있어서, 초음파 용접시에 직물 필터포측을 소노트로드를 면하는 쪽에 배치한다.
이 생산 방법은 추가적인 접착제가 사용되는 일 없이, 필터재 사이의 견실하고 항구적인 접착을 확보한다. 이 경우에 있어서, 용접 윤곽들은 용접 영역의 형상과 배치에 의해 결정된다. 이들은 재현 가능하여 표준 복합 필터를 생산하게 한다. 또한, 예를 들면 종래기술에서 접착제의 사용 때문에 발생하는 바와 같은, 직물 필터포의 기공의 규정되지 않은 접착 막힘이 회피되어, 용접 영역에 관계 없이, 방해받지 않는 방식으로 여과 기능이 실시될 수 있는 것을 보장한다.
이 타입의 다층 복합 필터 재료는 자동차의 오일 필터, 공기 필터 또는 연료필터 및 가장 특히 바람직하게는 자동차의 트랜스미션 오일 필터 중의 필터재로서 바람직한 방식으로 사용된다.
본 발명의 추가의 대상은 본 발명에 따른 다층 복합 필터재를 함유하는 필터이다. 필터재는 평탄한, 주머니 형상 또는 주름잡힌 형태를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다층 복합 필터재에서는, 특히 트랜스미션 및 엔진 적용에 대하여 흡입 및 압유 레인지(pressure oil range)에서의 효율을 더 크게 달성할 수 있다. 바람직한 실시 형태에 있어서 이것은 직렬 여과를 수반하여, 더 굵은 오염 입자는 부직포 필터 매트에서 포집되고, 더 미세한 오염 입자는 하류의 직물 필터포에서 포집된다. 필터재의 이 구조에 의해, 표면 여과 및 깊이 여과의 이점이 결합된다. 본 발명에 따른 복합 필터재에서는, 복합 필터재는 바람직하게는 초음파 용접에 의해 접착되어, 특정한 용접 윤곽을 갖게 됨으로써 최적 개방 표면적, 및 결과로서 통과류 영역(throughflow area)을 확보하고, 다른 한편으로 여과층의 항구적인 접착을 확보한다. 또한, 이러한 필터재의 표준 생산이 확보되어, 낮은 허용 오차를 갖는 생산이 가능해진다. 이 방식으로 생산된 필터재는 압력 손실, 여과 효율 및 오염 흡수 능력에 대하여 향상된 특성을 또한 갖고 있고, 종래와 같이 추가적인 압력 오일 여과가 필요해지는 일 없이, 특히 CVT에서의 트랜스미션 오일 여과에 사용될 수 있다. 상당히, 트랜스미션의 만족스러운 기능 및 이에 필요한 오일 순도 등급의 유지가 확보된다.
(실시예)
하기의 실시예에서 본 발명에 따른 다층 복합 필터재의 이점을 보다 자세하게 설명한다.
사용된 재료
화학적으로 접착한 부직포 폴리에스터 필터 매트 및 하류에 40㎛ 직물 필터포를 이 시험에서 사용하였다. 양쪽의 재료는 폴리에스터로 이루어진다. 이어서 20 kHz의 주파수, 100%의 진폭, 5m/s의 속도 및 1.7mm의 소노트로드와 롤러 사이의 거리에서 초음파로 재료들을 용접하였다. 용접점을 격자의 형태로 부가하여, 필터 재료 표면의 2.5%를 차지하였다. 이어서, 이 방식으로 생산된 복합 필터재의 특성을 조목 접착 거즈(coarse-meshed adhesive gauze)에 의해 종래의 방식으로 생산된 복합 필터재와 비교하였다.
필터재의 흐름 시험(flow test)
흐름 시험에 의해 선택된 통과류 속도와 온도에서 본 발명에 따른 복합 필터재 및 적층된 복합 필터재에 대해 필터의 압력 저하를 측정하였다. 적층된 매체에 대해 한 번 및 초음파로 용접된 매체에 대해 한 번 동일한 시험 필터를 동일한 시험 오일 및 동일한 통과류 속도와 온도에서 측정하였다.
(표 1)
번호 1과 번호 3의 비교에 있어서, 24℃의 온도에서 37%까지 압력 저하가 얻어진다. 번호 2와 번호 3의 비교에 있어서, 더 낮은 온도의 시험에서 29%까지 압력 저하가 얻어진다.
이들 결과는 초음파로 용접된 복합 필터재가 접착제로 적층된 매체에 비해 약 30%까지 압력 저하를 갖는다.
흐름 시험을 흡입 오일 필터에 적합한 ISO 3968에 따라 실시하고, 압력 저하는 통과류(throughflow)로 표시하였다.

Claims (15)

  1. 여과되는 매체에 대하여 흐름측 및 유출측을 구비한 직렬 여과용 다층 복합 필터재로서, 상기 필터재는 동일하거나 상이한 필터재의 적어도 2개의 필터층을 포함하고, 상기 필터층은 전체 표면 상의 규정된 점 및/또는 영역에서 서로 용접되고, 적어도 1개의 필터재는 흐름측에 배치되고, 다른 적어도 1개의 필터재는 유출측에 배치되는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 필터층은 직물 필터포를 포함하고, 다른 적어도 1개의 필터층은 부직포 매트를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  3. 제1항에 있어서, 열가소성 필터재가 사용되는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부직포 필터 매트의 입자 포집은 > 60㎛인 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 직물 필터포의 입자 포집은 10 내지 60㎛인 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부직포 필터 매트 및 직물 필터포는 동일한 열가소성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용접점 또는 용접 영역은 복합 필터재 표면의 0.5 내지 15%를 차지하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용접점은 필터재의 표면 상에 격자의 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  9. 필터층 1개를 다른 필터층 상에 배치하고, 상부 몰드와 하부 몰드 사이의 틈새에 필터층을 도입하는 단계;
    상기 상부 몰드와 하부 몰드 사이에 필터층을 이동시키고, 에너지의 활성화에 의해 규정된 점 및/또는 영역에서 서로 용접시키는 단계; 및
    용접 후에, 몰드로부터 접착 필터층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재를 생산하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 용접은 소노트로드(sonotrode)와 앤빌(anvil) 사이의 초음파 에너지에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재를 생산하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 용접은 열 가열에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재를 생산하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 직물 필터포측은 초음파 용접시에 소노트로드를 면하는 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재를 생산하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 필터재는 엔진 오일 필터, 트랜스미션 오일 필터, 연료 필터 또는 공기 필터 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  14. 제1항에 있어서, 상기 다층 필터재는 필터 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
  15. 제1항에 있어서, 상기 필터재는 평탄한 또는 주머니 형상 또는 주름잡힌 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 직렬 여과용 다층 복합 필터재.
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