PL153274B1

PL153274B1 - Filter cartridge of non-woven fabric

Info

Publication number: PL153274B1
Application number: PL27341088A
Authority: PL
Inventors: Stanislaw Bulsa; Andrzej Lolicki; Zofia Podsiadla
Original assignee: Wyzsza Szkola Inzynierska
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1991-03-29
Also published as: PL273410A1

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 153 274 POLSKATHE REPUBLIC PATENT DESCRIPTION 153 274 POLAND

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 88 06 28 (P. 273410)Additional patent to patent no. - Pending: 88 06 28 (P. 273410)

Pierwszeństwo--Int. Cl.⁵ B01D 27/00Precedence - Int. Cl. ⁵ B01D 27/00

URZĄDOFFICE

PATENTOWYPATENT

RPRP

Zgłoszenie ogłoszono: 89 10 02Application announced: 89 10 02

Opis patentowy opublikowano: 1991 11 29 tnwpi'·Patent description published: 1991 11 29 tnwpi '·

JEBIĄ·*FUCK · *

Twórcy wynalazku: Stanisław Bulsa, Andrzej Lalicki, Zofia PodsiadłaInventors of the invention: Stanisław Bulsa, Andrzej Lalicki, Zofia Podsiadła

Uprawniony z patentu: Wyższa Szkoła Inżynierska im. Kazimierza Pułaskiego, Radom (Polska)Authorized by the patent: Wyższa Szkoła Inżynierska im. Kazimierz Pulaski, Radom (Poland)

Włókninowy wkład filtracyjnyNon-woven filter cartridge

Przedmiotem wynalazku jest włókninowy wkład filtracyjny o zmiennej strukturze przestrzennej, służący do oczyszczania płynów, zwłaszcza olejów i paliw w silnikach spalinowych pojazdów i maszyn. Wkład przeznaczony jest do bocznikowych filtrów oleju smarnego i pełnoprzepływowych filtrów oleju napędowego.The subject of the invention is a non-woven filter cartridge with a variable spatial structure for the purification of liquids, especially oils and fuels in internal combustion engines of vehicles and machines. The cartridge is designed for bypass lubricating oil filters and full-flow diesel filters.

W technice oczyszczania olejów i ciekłych paliw silnikowych znane są wkłady filtracyjne ze spienionych materiałów włóknistych, fprodukowne, np. przez firmę Purolator, Bosch, PZLSędziszów i inne.In the oil and liquid motor fuel purification technique, filter elements made of foamed fibrous materials are known, manufactured by, for example, Purolator, Bosch, PZLSędziszów and others.

W filtrach oleju włączonych bocznikowo w układach smarowania silników spalinowych stosowane są wkłady filtracyjne w kształcie rękawów tkaninowych i perforowanych cylindrów blaszanych z czołowo zamykającymi je pokrywami. Wnętrza tych wkładów wypełnione upakowanymi odpadami włókiennymi, zwykle w postaci mieszaniny niedoprzędu, paździerzy, ścinków przędzy i strzępów włókien roślinnych, zwłaszcza bawełnianych, a także runa z włókien syntetycznych i/lub naturalnych, stanowią przegrody filtracyjne o strukturze niejednorodnej i technologicznie niepowtarzalnej. Przypadkowo rozmieszczone i skłębione skupiska włókien i półproduktów włóknistych o różnej gęstości tworzą w tych przegrodach strefy o niekorzystnym dla filtracji rozkładzie wielkości i objętości por. Skutkiem tego wkłady filtracyjne z tych materiałów odznaczają się dużym rozrzutem oporów hydraulicznych i chłonności zanieczyszczeń. Podobną strukturą wewnętrzną charakteryzują się warstwy włókniste ułożone bezpośrednio w osadnikach filtrów bocznikowych, znanych z opisów patentowych SU nr 1063433 i US nr 4369 110.In oil filters connected by bypass in the lubrication systems of internal combustion engines, filter elements in the shape of fabric sleeves and perforated sheet metal cylinders with end caps closing them are used. The interiors of these cartridges filled with packed waste fiber, usually in the form of a mixture of roving, shives, yarn scraps and shreds of plant fibers, especially cotton, as well as fleece of synthetic and / or natural fibers, constitute filtration barriers with a heterogeneous and technologically unique structure. Randomly distributed and tangled clusters of fibers and fibrous semi-products of different densities create zones in these partitions with a distribution of the size and volume of pores unfavorable for filtration. As a result, filter cartridges made of these materials are distinguished by a large spread of hydraulic resistance and dirt absorption. A similar internal structure is characteristic for fibrous layers arranged directly in the settling tanks of by-pass filters, known from SU Patent Nos. 1,063,433 and US Pat. No. 4,369,110.

Spotykany w filtrach bocznikowych i znany z polskiego opisu patentowego nr 74 784 wkład objętościowo-chłonny wykonany w postaci szpuli z warstwami krzyżowo nawiniętych nici z niedoprzędu bawełnianego posiada strukturę jednorodną, lecz o stosunkowo dużych porach międzywłókiennych i jednakowej porowatości w całym jego przekroju. Takimi samymi cechami strukturalnych odznacza się znany z opisu patentowego W. Brytanii nr 1434 598 i US nr 4048 075 włókninowy wkład filtracyjny utworzony z maty nietkanej, zwiniętej na ażurowej tulei w kilkuwarstwowy rulon, którego budowę usztywnia impregnat i niciany oplot.The volumetric-absorbent element found in bypass filters and known from Polish patent specification No. 74 784 made in the form of a spool with layers of cross-wound cotton roving threads has a homogeneous structure, but with relatively large inter-fiber pores and the same porosity throughout its cross-section. The same structural features are characteristic of the non-woven filter cartridge known from British Patent Specification No. 1,434,598 and U.S. Patent No. 4,048,075, made of a non-woven mat, rolled on an openwork sleeve into a multi-layer roll, the structure of which is stiffened by impregnation and a thread braid.

Z kolei w filtrach do oczyszczania oleju napędowego stosowane są wkłady filtracyjne z przegrodami włóknistymi o stałej porowatości, otrzymanymi przez koncentryczne osadzenie naOn the other hand, filter inserts for the purification of diesel fuel use filter inserts with fibrous walls of constant porosity, obtained by concentric mounting on

153 274 perforowanych rdzeniach rękawów filcowych, zwojów włókniny poliestrowo-wiskozowej lub stosów płytek filcowych bądź włókninowych.153,274 perforated core felt sleeves, rolls of polyester-viscose non-woven fabric or piles of felt or non-woven plates.

Znane są również filtracyjne o strukturze włóknistej, której porowatość zmniejsza się w kierunku przepływu płynu. Przedstawiony w opisie patentowym US nr 4239627 tego rodzaju wkład składa się z cylindrycznego elastycznego korpusu wypełnionego masą włóknistą lub porowatą żywicą i otrzymywany jest przez nawijanie lub deformowanie arkusza z materiału o jednakowej porowatości tak, że jedna jego strona jest rozciągana, a druga ściskana. W nieco inny sposób, bo przez nierównomierne ściśnięcie pakunku stoczonych włókien uzyskuje się- zmienną strukturę wkładu ujawnionego w opisie patentowym SU nr 1 176917.Filters with a fibrous structure are also known, the porosity of which decreases in the direction of fluid flow. This type of insert described in US Patent No. 4,239,627 consists of a cylindrical flexible body filled with pulp or porous resin and is obtained by winding or deforming a sheet of material of equal porosity so that one side is stretched and the other is compressed. In a slightly different way, because by uneven compression of the bundle of rolled fibers, a variable structure of the cartridge disclosed in SU Patent No. 1,176,917 is obtained.

Podane w tych opisach sposoby formowania materiałów włóknistych nie zapewniają stabilnego procesu wytwarzania wkładów filtracyjnych o powtarzalnym w ich przekroju rozkładzie porowatości.The methods of forming fibrous materials given in these descriptions do not ensure a stable process of producing filter cartridges with a porosity distribution repeatable in their cross-section.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 58 623 włókninowy wkład filtracyjny o zmieniającej się schodkowo porowatości, składający się z kilku warstw o różnej porowatości, złożonych z włókien naturalnych lub syntetycznych o różnej grubości i związanych igłowaniem oraz w całości wzmocniony środkiem klejącym. Jego budowa jest luźna, łatwo podatna na trwałe odkształcenia przy stosunkowo małych gradientach ciśnienia i w związku z tym nie nadaje się do filtracji jakichkolwiek płynów.Also known from Polish patent description No. 58 623 is a non-woven filter cartridge with a stepwise changing porosity, consisting of several layers of different porosity, composed of natural or synthetic fibers of different thickness and bound by needling and fully reinforced with an adhesive. Its structure is loose, easily prone to permanent deformation at relatively low pressure gradients, and therefore it is not suitable for filtration of any liquids.

Znane wkłady filtracyjne z przegrodami włóknistymi o strukturze niejednorodnej są zawodne w eksploatacji i nie spełniają wymogów stawianych filtrom, zwłaszcza do oczyszczania paliw i olejów silnikowych. Ich budowa osłabiona jest różnorodnymi defektami struktury filtracyjnej, które występują najczęściej w postaci prześwitów i rzadzizn w pobliżu pokryw zamykających złoże włókniste, zgniecionych aglomeratów włóknistych o znikomej przepuszczalności płynu, stref o losowo zmieniającej się porowatości, itp. Defekty te sprzyjają powstawaniu makroskopowych kanałów dla przepływu nieoczyszczonego płynu i cząstek wcześniej odfiltrowanych zanieczyszczeń.Known filter cartridges with non-homogeneous structure fibrous walls are unreliable in operation and do not meet the requirements for filters, especially for the purification of fuels and engine oils. Their structure is weakened by various defects of the filtration structure, which most often occur in the form of clearances and voids near the covers closing the fibrous bed, crushed fibrous agglomerates with negligible fluid permeability, zones with randomly changing porosity, etc. These defects favor the formation of macroscopic channels for crude flow fluid and particles of previously filtered impurities.

Mniej zawodne w działaniu są wkłady filtracyjne z przegrodami utworzonymi z filcu lub włókniny o stałej porowatości. Są one jednak małoskuteczne, gdyż przepuszczają większość cząstek mniejszych od przeciętnej średnicy por międzywłókiennych. Wadliwość funkcjonowania takiego wkładu polega również na tym, że cząstki zanieczyszczeń osadzane głównie na powierzchni filtracyjnej i zakleszczane w porach strefy prześciennej dławią przepływ płynu tak, że wkład nie ma zdolności do gromadzenia większej ilości cząstek i długotrwałej pracy w warunkach eksploatacyjnych.Filter inserts with partitions made of felt or non-woven fabric with constant porosity are less unreliable in operation. However, they are ineffective as they pass most particles smaller than the average diameter of the interfiber pores. The failure of the operation of such a cartridge also lies in the fact that dirt particles deposited mainly on the filtering surface and clogged in the pores of the diaphragm zone choke the fluid flow so that the cartridge does not have the ability to accumulate more particles and work for a long time under operating conditions.

Wady powyższe powodują, że filtry ze znanymi wkładami z materiałów włókienniczych nie oczyszczają płynów do wymaganej klasy czystości, co z kolei przyczynia się do wzrostu awaryjności urządzeń i przyśpieszonego zużycia współpracujących ze sobą elementów.Due to the above-mentioned disadvantages, filters with known textile material inserts do not clean liquids to the required cleanliness class, which in turn contributes to the failure rate of devices and accelerated wear of cooperating elements.

W odróżnieniu od stosowanych dotychczas włókninowych materiałów filtracyjnych, znana z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr P 270 865 płaska włóknina filtracyjna o zmiennej porowatości znamionuje się korzystnymi dla filtracji cechami strukturalnymi. Jest złożona z monowymiarowych włókien poliestrowych o masie liniowej do 5 dtex, tworzących trwałą strukturę wewnętrzną o porowatości zmieniającej się w sposób ciągły i ukierunkowany między jej powierzchniami. Największą porowatość posiada po stronie mechatej, najmniejszą zaś po stronie gładkiej o największym zagęszczeniu włókien.Contrary to the previously used non-woven filter materials, the flat filtering non-woven fabric with variable porosity known from the Polish patent application No. P 270 865 is characterized by structural features favorable for filtration. It is composed of mono-dimensional polyester fibers with a linear weight of up to 5 dtex, creating a durable internal structure with a continuously changing porosity and directed between its surfaces. It has the highest porosity on the mossy side, and the smallest on the smooth side with the highest fiber density.

Celem wynalazku jest otrzymanie wkładu filtracyjnego pozbawionego wad wkładów dotychczas stosowanych do oczyszczania płynów silnikowych. Cel ten osiągnięto w wyniku opracowania objętościowo - chłonnej przegrody filtracyjnej, której porowatość zmienia się w kierunku przepływu płynu i ma przebieg piłowy skośny.The object of the invention is to obtain a filter element free from the disadvantages of cartridges hitherto used for cleaning motor fluids. This goal was achieved by developing a volumetric-absorbent filtration barrier, the porosity of which changes in the direction of fluid flow and has an oblique saw pattern.

Włókninowy wkład filtracyjny według wynalazku składa się z kilku, najmniej trzech przylegających do siebie zwojów włókniny poliestrowej o zmiennej porowatości, nawiniętej stroną gładką dookoła perforowanej tulei w postać rulonu, którego czoła są sklejone z krążkowymi pokrywami, a koniec zabezpieczony przed odwijaniem za pomocą spinki. Część strony mechatej włókniny zwiniętej w rulon wyznacza czynną, filtracyjną powierzchnię wkładu, zaś pozostała stykając się z jej przeciwległą gładką stroną tworzy wewnątrz tego rulonu spiralną strefę o skokowo zmiennej porowatości i powierzchni o co najmniej 70% większej od powierzchni filtracyjnej wkładu.The non-woven filter cartridge according to the invention consists of several, at least three, adjacent rolls of a non-woven polyester with variable porosity, wound with a smooth side around a perforated sleeve in the form of a roll, the faces of which are glued to disc lids, and the end is secured against unwinding with a clip. A part of the fluffy side of the rolled nonwoven fabric defines the active, filtering surface of the cartridge, while the remaining one, in contact with its opposite smooth side, forms a spiral zone inside this roll with abruptly variable porosity and an area at least 70% larger than the filtering surface of the cartridge.

153 274153 274

Sposób wykonania włókninowego wkładu filtracyjnego polega na zamontowaniu perforowanej tulei na uchwycie rozprężnym, nałożeniu końca taśmy włókninowej na obracającą się tuleję i zwijaniu taśmy w rulon z naciągiem nie mniejszym od 1 N/cm, odcięciu taśmy po osiągnięciu wymaganej średnicy rulonu i zabezieczeniu jej końca przed odwinięciem przez zaciśnięcie spinki oraz sklejeniu pokryw wkładu z czołami rulonu, przy czym wysokość rury perforowanej jest równa szerokości taśmy włókninowej.The method of making a non-woven filter cartridge consists in mounting a perforated sleeve on an expansion holder, placing the end of the non-woven tape on a rotating sleeve and winding the tape into a roll with a tension not less than 1 N / cm, cutting the tape after reaching the required roll diameter and securing its end against unwinding by clamping the clip and gluing the cartridge covers to the roll faces, the height of the perforated tube being equal to the width of the non-woven tape.

Podczas pracy tak zbudowanego wkładu większe cząstki zanieczyszczeń osadzają się na jego powierzchni filtracyjnej, natomiast zanieczyszczenia drobniejsze przenikają w głąb zewnętrznej warstwy włóknistej i część z nich jest zatrzymywana w jej strefie o najmniejszej porowatości, zaś pozostała część zanieczyszczeń migruje do warstw następnych i osadza się podobnie jak w warstwie zewnętrznej. Przeważająca ilość cząstek gromadzi się w spiralnej strefie warstwy filtracyjnej o największej porowatości. Stwierdzono, iż w trzeciej od zewnątrz warstwie przegrody filtracyjnej wkładu po długotrwałej eksploatacji w układzie smarowania silnika samochodowego zablokowane zostały cząstki nadrobniejsze, mniejsze od 5pm. Taka budowa wkładu zwiększa poziom czystości filtrowanych płynów, przedłuża okres trwałości bocznikowych filtrów oleju do 25000 km przebiegu samochodu oraz odróżnia się od znanych wkładów korzystnymi cechami, wyrażającymi się spójnością i wytrzymałością na pulsacyjne zmiany różnicy ciśnień, rzędu kilkuset kPa i odpornością na działanie paliw i olejów silnikowych w temperaturze do 425 K.During the operation of a cartridge constructed in this way, larger particles of impurities are deposited on its filtering surface, while smaller impurities penetrate deep into the outer fibrous layer and some of them are retained in its zone with the lowest porosity, while the remaining part of the impurities migrate to the next layers and settles similarly to in the outer layer. Most of the particles are collected in the spiral zone of the most porous filter layer. It was found that in the third outer layer of the filter partition of the cartridge, after long-term use in the automotive engine lubrication system, the finer particles, smaller than 5 pm, were blocked. Such a structure of the element increases the level of purity of filtered fluids, extends the service life of bypass oil filters to 25,000 km of car mileage and differs from known cartridges by favorable features, expressed in consistency and resistance to pulsating changes in pressure differences, of the order of several hundred kPa, and resistance to fuels and oils. engine at temperatures up to 425 K.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rsunku, na którym fig. 1 przedstawia wkład w półprzekroju podłużnym, fig. 2 - jego przekrój poprzeczny, zaś fig. 3 fragment przekroju poprzecznego wkładu.The subject of the invention is presented in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the insert in a longitudinal half-section, fig. 2 - its cross-section, and fig. 3 - a fragment of the cross-section of the insert.

Włókninowy wkład filtracyjny o zmiennej strukturze przestrzennej posiada przegrodę filtracyjną 1, składającą się z trzech przylegających do siebie zwojów płaskiej włókniny poliestrowej 2 o gęstości 300 kg/m , złożonej w włókien monowymiarowych ciętych o numeracji 2,1 dtex i odznaczającej się po stronie mechatej 3 porowatością 83 do 85%, która do strony gładkiej 4 maleje o 9%. Włóknina 2 o grubości 3 mm nawinięta jest stroną gładką 4 dookoła tulei perforowanej 5 o średnicy 42 mm z naciągiem 2 N/cm w postaci trzyzwojowego rulonu i przylega do siebie między końcami 6 i 7 stroną gładką 4 do strony mechatej 3. Powierzchnia przylegania 8 oddziela strefy włókniny o skokowo różnej porowatości i jest o 70% większa od powierzchni filtracyjnej wkładu. Tuleja 5 ma wysokość równą szerokości włókniny 2 i stanowi konstrukcję nośną przegrody filtracyjnej 1. Koniec 7 jest zabezpieczony przed odwijaniem spinką 9. Przegroda filtracyjna 1 jest czołowo szczelnie połączona z pokrywą górną 10 i dolną 11 za pomocą kleju 12 i stanowi skład filtracyjny według wynalazku.The non-woven filter cartridge with a variable spatial structure has a filtering partition 1, consisting of three adjacent rolls of flat polyester non-woven fabric 2 with a density of 300 kg / m, composed of mono-sized cut fibers with the numbering 2.1 dtex and characterized by porosity on the mossy side 3 83 to 85%, which decreases by 9% on the smooth side 4. Non-woven fabric 2 with a thickness of 3 mm is wound on the smooth side 4 around the perforated sleeve 5 with a diameter of 42 mm with a tension of 2 N / cm in the form of a three-turn roll and adheres to each other between the ends 6 and 7 with the smooth side 4 to the mossy side 3. The contact surface 8 is separated the nonwoven fabric zone with abruptly different porosity and is 70% larger than the filter surface of the cartridge. The sleeve 5 has a height equal to the width of the non-woven fabric 2 and constitutes the support structure of the filter partition 1. The end 7 is secured against unwinding by a clip 9. The filter partition 1 is frontally sealed to the top 10 and bottom 11 by means of an adhesive 12 and constitutes the filter composition according to the invention.

Oczyszczanie płynów, zwłaszcza olejów i paliw silnikowych odbywa się w ten sposób, że tłoczony do wkładu filtracyjnego zanieczyszczony płyn przepływa w kierunku promieniowym 13 przez przegrodę włókninową 1, w której są zatrzymywane cząstki zanieczyszczeń, zwłaszcza na jej powierzchni filtracyjnej i w spiralnym obszarze 8. Oczyszczony płyn wypływa przez otwory tulei 5 do środka wkładu, skąd w kierunku 14 wypływa przez otwór pokrywy 10.The cleaning of fluids, especially engine oils and fuels, is carried out in such a way that the contaminated fluid pumped into the filter element flows in the radial direction 13 through the non-woven partition 1, in which dirt particles are retained, especially on its filter surface and in the spiral region 8. Clean fluid it flows through the holes of the sleeve 5 into the center of the cartridge, from where it flows in the direction 14 through the opening of the cover 10.

Włókninowy wkład filtracyjny według wynalazku oczyszcza skutecznie przepływający przez niego płyn z cząstek stałych do poziomu nie wywołującego przyśpieszonego zużycia trybologicznego współpracujących ze sobą elementów.The nonwoven filter cartridge according to the invention effectively cleans the fluid flowing through it from solid particles to the level that does not cause any accelerated tribological wear of the cooperating elements.

Claims

Patent claim

Non-woven filter element with a variable spatial structure, containing a filtering wall made of non-woven fabric and an upper and lower cover, characterized in that the filtering wall (1) consists of several, at least three rolls of polyester non-woven fabric (2), which is characterized by an increasing pore volume in the direction of the fluffy side (3) and is wound with the smooth side (4) around the perforated sleeve (5) in the form of a continuous spiral layer forming a roll, inside which the contact surface (8) of overlapping turns is at least 70% larger than the active outer surface of the insert, the end (7) of the fleece (2) is secured against unwinding by means of a clip (9).