WO2005107557A1 - Staubfilterbeutel, enthaltend schaumstofflage - Google Patents

Staubfilterbeutel, enthaltend schaumstofflage Download PDF

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WO2005107557A1
WO2005107557A1 PCT/EP2005/003448 EP2005003448W WO2005107557A1 WO 2005107557 A1 WO2005107557 A1 WO 2005107557A1 EP 2005003448 W EP2005003448 W EP 2005003448W WO 2005107557 A1 WO2005107557 A1 WO 2005107557A1
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WO
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layer
dust filter
filter bag
bag according
foam
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/003448
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Emig
Albrecht Klimmek
Ernst Raabe
Original Assignee
Fibermark Gessner Gmbh & Co.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fibermark Gessner Gmbh & Co. filed Critical Fibermark Gessner Gmbh & Co.
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Publication of WO2005107557A1 publication Critical patent/WO2005107557A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0001—Making filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/02—Particle separators, e.g. dust precipitators, having hollow filters made of flexible material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/10—Multiple layers

Definitions

  • the invention relates to a dust filter bag with a foam layer, and its production.
  • Dust filter bags have already been described in the prior art, with which a high degree of separation for dusts can be achieved.
  • EP-B-0 338 479 describes a dust filter bag with a fine fiber fleece, which is arranged on the upstream side of an outer layer of filter paper.
  • the Feinf servlies can be a meltblown fleece.
  • the fine fleece of EP-B-0 338 479 can be reinforced by a support element, for example a porous fleece made of cellulose, synthetic fibers or mixtures thereof.
  • Dust filter bags which contain a non-woven fabric layer with an average fiber diameter of 10 to 1,000 nm. These dust filter bags comprise at least one layer of carrier material, for example made of filter paper or a spunbond. These dust filter bags with a nanofiber fleece layer can also contain a support element. This can be a nonwoven, in particular a dry-laid nonwoven, a wet-laid nonwoven, a spunbonded nonwoven or a meltblown nonwoven.
  • EP-A-0 375 234 relates to disposable filter material, in particular for vacuum cleaners, which has a composite structure consisting of a porous layer of a non-woven material with an air permeability of 300 m 3 / min / m 2 and a layer of electrified microfibers, which are Meltblown microfibers can trade includes.
  • No. 4,589,894 also relates to disposable filters for vacuum cleaners, in which a first outer carrier layer, an inner filter layer and a second outer carrier layer are arranged next to one another.
  • the inner filter layer is a microfiber layer, for example made of meltblown fibers.
  • the two carrier layers consist of highly porous fabric made of synthetic fibers.
  • the object to be achieved compared to the previously described filter arrangements of the prior art is to provide dust filter bags which are further improved with regard to the service life, so that the dust filter bag does not have to be changed as often during operation.
  • the invention is therefore based on the object of providing a dust filter bag which not only has a high degree of separation for dust and low air resistance, but also has a long service life, so that a high device suction power is largely retained even with increasing bag filling.
  • a dust filter bag with a foam layer which, at a thickness of 0.5 to 3 mm, has an air permeability (DIN 53887) of 500 to 10,000 l / m 2 s at 2 mbar pressure and a spatial density of 15 to 90 kg / m 3 , which is connected downstream of a filter layer.
  • DIN 53887 air permeability
  • Foam layers have previously been used in the field of vacuum cleaners in filter arrangements (EP-B-1 239 760, DE-OS-1 453 089, US 5,230,722, WO 99/34722, GB 2 246 717 A, WO 93/19659, DE-OS 26 01 037). Thick foam layers are generally used there. Such layers of foam have not previously been used in dust filter bags because the stiffness of the foam caused problems during bag manufacture.
  • the thickness of the foam sheet is 0.5 to 3 mm.
  • the air permeability at 2 mbar pressure is in the range from 500 to 10,000 l / m 2 s and the density of the foam layer is 15 to 90 kg / m 3 .
  • such a foam layer in combination with the filter layer according to the invention with a degree of separation of at least 80% can solve the previously formulated task.
  • the figure shows a graph in which the suction power of a vacuum cleaner, which is equipped with dust filter bags and dust filter bags according to the prior art, is shown as a function of the amount of test dust applied.
  • the values of the thickness of the foam layer mentioned in this application were determined with the aid of a slide gauge.
  • the measuring method of DIN 53105 was used, which works with a contact pressure of 0.1 bar and an area of 2 cm 2 .
  • the investigated position is consequently compressed. Since this compression would be considerable with the foam layers according to the invention and thus the values obtained according to DIN 53105 would not directly reflect the actual thickness, the thickness of the foam layer was determined with the aid of a slide gauge. If DIN 53105 was used in the present application to determine the thickness, this is expressly stated.
  • the air permeability of the layers of the dust filter bag according to the invention was determined in accordance with DIN 53887, the bulk density in accordance with ISO 845, the weight per unit area in accordance with ISO 536 and the breaking resistance in accordance with DIN 53112, unless stated otherwise.
  • the degree of separation was determined according to DIN 44956-2.
  • the measuring method according to DIN 44956-2 allows a statement about the total retention of the test dust with particles from 0 to 80 ⁇ m.
  • DIN 44956-2 is based on the gravimetric detection of the weight of the particles. Due to their low weight, small particles are only of minor importance in determining the degree of separation according to DIN 44956-2. Consequently, measuring methods based on the principle of particle counting are more suitable for determining the degree of separation for fine dust. Fine particles are also recorded individually. Palas is a manufacturer of test equipment for determining the degree of separation for fine dust based on the principle of particle counting.
  • the thickness of the foam layer is preferably 0.8 to 2 mm, very particularly preferably between 0.8 mm and 1.5 mm.
  • the density of the foam is preferably 15 to 50 kg / m 3 , particularly preferably 20 to 35 kg / m 3 .
  • the effect of the foam sheet on improving the service life of the filter is particularly good with an air permeability of the foam sheet of 500 to 5000 l / m 2 s, in particular with an air permeability of 750 to 3,000 l / m 2 s.
  • the foam layers used according to the invention with the above-mentioned densities and thicknesses have a basis weight in the range from 7.5 to 270 g / m 2 .
  • Polyether or polyester foam for example, is suitable as the material of the foam layer. It is advantageous to use flexible foams. It is preferably polyether polyurethane or polyester polyurethane.
  • the bulk density of polyether polyurethane is typically between 20 and 90 kg / m 3 , that of polyester polyurethane between 20 and 75 kg / m 3 .
  • the polyether or polyester polyurethanes used as the foam layer preferably have a pore size, ie bubble size, of 150 to 900 ⁇ m and a web thickness of 50 to 90 ⁇ m.
  • the filter layer qualifies as such due to its degree of separation of at least 80%.
  • the degree of separation is preferably at least 85%, more preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% and in particular 99% and above.
  • the material of the filter layer is not particularly limited as long as it has such a degree of separation.
  • the filter layer is selected from a meltblown layer, a nanofiber fleece layer, a filter paper layer, a needle felt, a membrane made of polytetrafluoroethylene (PTFE membrane) or friction-electrical filter media.
  • PTFE membrane polytetrafluoroethylene
  • the meltblown layer can be constructed from a thermoplastic material, preferably from polyolefin, polyamide, polyester or copolymers thereof.
  • the meltblown layer preferably has a basis weight of 10 to 80 g / m 2 , particularly preferably in the range from 25 to 50 g / m 2 , in particular in the range from 30 to 45 g / m 2 .
  • the meltblown layer has a thickness (DIN 53105) of 0.10 to 4 mm, preferably 0.18 to 3 mm.
  • the meltblown layer preferably has an air permeability (ISO 9237) of 100 to 2,000 l / m 2 s, more preferably 200 to 1500 l / m 2 s, particularly preferably of 250 to 600 l / m 2 s at 2 mbar pressure.
  • ISO 9237 air permeability
  • the dust filter bag consists only of foam layer and filter layer, or if the dust filter bag comprises, in addition to these two layers, further very porous layers, for example nonwovens, the person skilled in the art will advantageously choose an air permeability of the meltblown layer in the lower range of the air permeability mentioned, preferably from 100 to 500 l / m 2 s.
  • the pore diameter of the meltblown layer is preferably 15 to 60 ⁇ m, particularly preferably 30 to 40 ⁇ m and the average fiber diameter is preferably between 0.5 and 18 ⁇ m, particularly preferably between 1 and 3 ⁇ m.
  • the breaking resistance of the meltblown layer is 2 to 12 N / 15 mm strip width in the longitudinal direction and 1 to 10 N / 15 mm strip width in the transverse direction.
  • the degree of separation of the meltblown layer is generally in the range from 80 to over about 99%.
  • the degree of separation of the meltblown layers used is between 70 and 100% for 1 ⁇ m particles using the Palas method. These measurements were found under the following measurement conditions:
  • the meltblown layer is provided with a permanent electrostatic charge in order to achieve an even better dust separation of fine particles.
  • electrical filtration also works here, due to the electrostatic attraction of filter material and oppositely charged dust particles.
  • the fibers of the nonwoven preferably carry bipolar charges. Electrostatic charging can be achieved by exposing the filter materials to an electrical field during the manufacture of the nonwoven. The procedures used are described in the literature, see for example Martin Davis, Electrostatic Melt Spinning Process Delivers Unique Properties, Non-Wovens World, September 1987, pages 51-54, or Troulihet, Y .; Moosmayer, P .; New Method of Manufacturing Non-Wovens by Electrostatic Laying, presented at Index 81 Kongress.
  • the meltblown layer can be produced using a meltblowing process (e.g. Exxon process).
  • the fiber material is melted, extruded, swirled with hot air as it emerges from the extrusion nozzle, blown onto a collecting station, placed on a sieve and finally removed.
  • the meltblown layer generally consists of long, fine fibers of uniform diameter.
  • the meltblown layer can alternatively be placed directly on the foam layer, as well as on the carrier layer, which is provided in a preferred embodiment of the dust filter bag and is explained further below.
  • meltblown layers that can be used can be found in EP-B-0 338 479, already cited.
  • the nanofiber nonwoven layer preferably has an average fiber diameter of 10 to 1,000 nm, particularly preferably 50 to 500 nm. Its weight per unit area is preferably 0.05 to 5 g / m 2 , more preferably 0.05 to 2 g / m 2 , particularly preferably 0.1 to 1 g / m 2 .
  • the air permeability is preferably 500 to 20,000 l / m 2 s, particularly preferably 2,000 to 10,000 l / m 2 s.
  • nanofibers used makes it clear that the fibers have a diameter in the nanometer range, especially from 10 to 1000 nm, preferably from 50 to 500 nm. Due to the manufacturing process, the nanofiber nonwovens used according to the invention usually consist of water-soluble, organic solvent-soluble or thermoplastic polymers.
  • Particularly preferred water-soluble polymers are polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide or copolymers thereof, cellulose, methyl cellulose, propyl cellulose, starch or mixtures thereof.
  • Particularly preferred problems soluble in an organic solvent are polystyrene, polycarbonate, polyamide, polyurethane, polyacrylate, polymethacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl acetate, polyvinyl ether, cellulose acetate or copolymers or mixtures thereof.
  • thermoplastic polymers are polyethylene, polypropylene, polybutene-1, polymethylpentene, polychlorotrifluoroethylene, polyamide, polyester, polycarbonate, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polystyrene, polyaryl ether ketone, polyvinylidene fluoride, polyoxymethylene, or mixtures thereof or copoloyl.
  • the nanofiber nonwoven is preferably produced by spinning a thermoplastic polymer in the molten state or a polymer dissolved in a suitable solvent from nozzles into fine fibers in a strong electric field and depositing it in the form of a flat structure on a support which is passed over a counterelectrode becomes. This process is known as the electrospinning process.
  • the fiber diameter can be controlled by the process parameters, namely the viscosity of the melt in the case of thermoplastics or the concentration and viscosity of the polymer solution.
  • the basis weights of the nanofiber nonwoven are determined on the one hand by the mass flow through the nozzles and on the other hand by the speed at which the pad is moved under the nozzles.
  • the air permeability of the nanofiber fleece is influenced by the thickness of the fibers and their packing density.
  • the nanofiber nonwoven layer can be placed directly on the foam, especially if its fiber diameter is between 100 and 1,000 nm, especially between 500 and 1,000 nm. However, it is preferably deposited directly on a carrier layer when it is generated, which can be provided on the outflow side of the filter layer and is described below.
  • nanofibers from different polymers are described by Dareil H. Reneker and Iksoo Chun in the publication "Nanometer diameter fibers of polymer, produced by electrospinning", Nanotechnology 7, 1996, pp. 216-223. More details to use
  • Nanofiber fleece layers can be found in the previously cited DE 199 19 809.
  • a meltblown layer and a nanofiber nonwoven layer are used according to the invention particularly advantageously as a filter layer, because in combination with the previously specified foam layer, they are not only one compared to the
  • Prior art dust filter bags ensure a further improved service life, but also have an excellent separation for fine particles.
  • Nanofiber fleece filter layer - spunbond - outflow side Nanofiber fleece filter layer - spunbond - outflow side.
  • the spunbonded fabric in the aforementioned layer arrangements particularly preferably has a basis weight of 25 to 30 g / m 2 and an air permeability of 2,000 to 3,000 l / m 2 s.
  • the filter paper layer that can be used as a filter layer preferably has a basis weight of 30 to 80 g / m 2 and an air permeability of 80 to 500 l / m 2 s to 2 mbar pressure. It can be formed from long-fiber and short-fiber cellulose, and also from mixtures of such cellulose with synthetic fibers and / or glass fibers. To ensure sufficient mechanical stability of the filter paper layer, the breaking resistance can be 20 to 70 N / 15 mm strip width in the longitudinal direction and 15 to 45 N / 15 mm strip width in the transverse direction.
  • needle felts can also be used as the filter layer.
  • These are textile fabrics that have been consolidated by alternately inserting and removing a large number of barbed needles into a nonwoven fabric.
  • the preferably horizontally lying fibers or fiber parts are arranged in the fleece like plugs.
  • fiber parts or fiber loops remain on the cut-out side of the fleece, which do not recede when the needles are pulled out, but are folded over when the fleece is transported and are incorporated into the fleece by a subsequent puncture.
  • the consolidation needles which are also commonly known as felting needles, have a crutch with a clamping shaft, as well as the Work shaft with barbs, which are also called notches.
  • needle felt with a basis weight of 150 to 900 g / m 2 with sufficient tensile strength in the longitudinal and transverse directions, as described in DE 690 20 253 T3.
  • the material of the needle felt there is no limit to the material of the needle felt, but it should preferably be heat-resistant. Needle felts made from polyethylene terephthalate (PET) are specifically mentioned. Needle felts can also be used as the filter layer in the dust filter bag according to the invention, which are obtained by needling a woven core fabric and two fabrics made of synthetic fibers, which are attached to both sides of the core fabric, as described in GB 2 028 229 A.
  • PTFE membranes which consist of expanded, porous PTFE can be used as the filter layer in the dust filter bag of the present invention.
  • Such membranes are described for example in WO 00/62900 and WO 00/47313.
  • friction-electrical filter media are also an option.
  • Such filter media consist of mixed fibers of different materials. An electrical charge is transferred between the different materials, preferably polymers. The local electric fields thus created support the trapping of dust particles.
  • different fibrous polymers are mixed and tested for their frictional electrical separation effect.
  • friction-electrical filter media which consist of a blend of pure fibers made of expanded porous PTFE and contain pure polyamide fibers, as described in DE 693 06 073 T2.
  • a carrier layer can be arranged further out in the dust filter bag.
  • This can be a paper carrier or a porous nonwoven made of cellulose, synthetic fibers or filaments or mixtures thereof, which is produced by the wet laying process, the dry laying process, the spunlace process or the spunbond process.
  • a highly porous carrier material layer as described in EP-A-1 199 094, can also be used as the carrier layer.
  • the downstream carrier layer is particularly preferably a spunbonded nonwoven.
  • the carrier layer preferably has a basis weight of 6 to 60 g / m 2 , more preferably 20 to 60 g / m 2, particularly preferably 20 to 40 g / m 2 .
  • the thickness (DIN 53105) of the carrier layer is advantageously 0.05 to 0.35 mm, particularly preferably 0.07 to 0.25 mm.
  • the air permeability, which influences the suction power of the vacuum cleaner is preferably 500 to 8,000 l / m 2 s, particularly preferably between 1,500 and 3,000 l / m 2 s at 2 mbar pressure.
  • the breaking resistance of the carrier layer is preferably more than 8 N / 15 mm strip width in the longitudinal direction and more than 3 N / 15 mm strip width in the transverse direction.
  • a porous fleece can be arranged on the upstream side of the foam layer, ie lying further inside in the dust filter bag.
  • nonwovens made of cellulose, synthetic fibers or filaments or mixtures thereof can be used for this, which can be produced by the wet laying process, the dry laying process, the spunlace process or the spunbond process.
  • the porous fleece consists of thermally weldable materials. Examples of such materials are thermoplastics, for example polyethylene, polypropylene, polyamides, polycarbonates, polyvinyl chloride and polyesters, such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. Polypropylene and polyethylene terephthalate are particularly preferred.
  • the layers in the manufacture of the dust filter bag also connect by hot welding or ultrasonic welding.
  • Such an additional layer can be, for example, an expanded porous membrane layer made of polytetrafluoroethylene (PTFE), as described in WO 00/62900.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Composite membranes as described in WO 00/47313 are also suitable as additional layers.
  • the first option is to use a conventional bag machine.
  • a conventional bag machine For this manufacture Usually two work steps are required, which take place on separate machine units, namely the production of the raw bag and the assembly into the finished bag.
  • the filter layer and the foam layer are placed in separate rolls. These are then drawn into the bag machine by applying a constant tension.
  • the composite of foam and filter layer is then formed into a hose, which is closed with a longitudinal seam. Because of the difficulty of gluing foam with conventional types of glue - the foam would act as a separating layer - the filter and foam layer are preferably pulled into the bag machine offset to the edges. Sufficient longitudinal seam bonding can be achieved in this way.
  • the foam layer can be dimensioned such that it does not cover the full width of the filter layer connected to it and does not protrude beyond the edges thereof, as a result of which one or two edge strip recesses are formed on the filter layer.
  • This manufacturing method is also suitable for dust filter bags according to the invention with more than two layers, for example an arrangement of upstream foam layer, a meltblown fleece as the filter layer and an outer paper layer.
  • both the meltblown layer and the foam layer advantageously have an unoccupied edge for using the method for producing the raw bag tube, which is described in EP-B-0 635 297.
  • the hose which is closed with a longitudinal seam, ie, glued, is cut to the desired length and one of the hose ends is closed to form a bottom. This is done on the bottom folding drum by forming tabs that are folded over and glued to one another. Since this manufacturing process presupposes that at least the outer layer can be folded and glued (for example with hot melt or cold glue), it is particularly advantageous for the production of dust filter bags according to the invention in which the filter layer is a filter paper layer.
  • the raw bag obtained in this way is provided on a separate assembly machine with a holding plate corresponding to the vacuum cleaner model provided, usually on the previously formed tab base (block base).
  • the still open second hose end is closed in the form of a wrapping base by folding over and gluing the hose.
  • Thermal welding or ultrasonic welding can also be used to produce dust filter bags from synthetic materials.
  • a non-weldable open-cell medium for example a layer made of non-weldable foam
  • the outer layers melt during the manufacture of the bag by means of thermal or ultrasonic welding and penetrate the middle layer.
  • a filter arrangement is, for example, one in which a porous fleece made of a weldable material is provided on the inflow side, and a carrier layer on the outflow side, which also consists of thermally weldable materials.
  • weldable foams This is e.g. special polyester-polyurethane types.
  • the polymer is modified so that the material can be welded.
  • the layers of the dust filter bag according to the invention are fed to a bag machine.
  • the finished dust filter bag consists of only one foam layer and one filter layer, there are four layers in the order of the filter layer - foam layer - foam layer - filter layer.
  • the specialist would add additional layers, for example upstream layers or downstream carrier layers, as part of his routine work.
  • the hole for the air intake is punched into the at least two layers. If necessary, the hole is sealed so that the air or dust when using the finished filter bag does not penetrate between the layers (e.g. between the foam and filter layer), which can affect the filtration result.
  • This sealing of the hole for the passage of air can be done by applying adhesive or the layers are thermally sealed.
  • the sheets are guided one on top of the other and welded together from above with hot wires or rods in the edge area.
  • the processing step is preferably carried out in one step, ie the wire / rod is designed such that it already forms the bag shape.
  • the welding can be done separately, i.e. after the welding step the bag is finished in its raw form. If the weld is connected but not separating, the bag must be cut to length after the weld. This can be achieved with punching knives.
  • the holding plate must be applied. This is usually done by gluing.
  • the layers in the area of the hole may have to be connected, i.e. be sealed. This can be done by gluing or using ultrasound.
  • the layers are brought together and the longitudinal and transverse seams are welded.
  • a vibrating sonotrode brings the energy into the material via a counter-anvil, so that it melts and binds together. The weld is determined by the shape of the anvil.
  • the seams are formed either discontinuously, ie the sonotrodes and the anvil are designed in such a way that the bag is in its final form after the welding process. This means that the bag formation is clocked here and the entire circumferential seam is formed in one welding step.
  • the bag is then ready. If the seam is not separated, the next step is to cut the cross seam using punching knives.
  • the seam strength is set via the welding time, the holding time and the amplitude / frequency.
  • the holding plate is applied by gluing, for example using hot glue or cold glue. If the holding plate is a plastic disc, it can also be attached using ultrasound.
  • the suction power of dust filter bags with the following layer arrangements was examined in a vacuum cleaner Siemens DINO XS 1800 W with test dust sand. During the tests, the vacuum cleaner with the dust filter bags installed in it was operated at maximum level.
  • the test dust is mineral dust according to DIN 44956 with grain sizes ad (0 to 2,000 ⁇ m).
  • Comparative example 1 inflow side - »meltblown -» paper - outflow side
  • Example 1 inflow side -> spunbond - foam - meltblown - »spunbond -» outflow side
  • Example 2 inflow side - »foam -> meltblown -» spunbond.
  • the thickness of the foam was measured with a caliper, while the thickness of the other layers was determined according to DIN 53105.
  • the foam used in the examples is a polyether polyurethane with a bulk density of 21 kg / m 3 .
  • the suction power is plotted against the amount of test dust applied.
  • the suction power of the dust filter bag according to the invention is increased compared to that of the prior art at higher dust loads. This is equivalent to an increase in tool life.
  • the degree of separation according to DIN 44956-2 was very high for all dust filter bags examined, at least 99.5%.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Staubfilterbeutel mit einer Schaumstofflage, sowie dessen Herstellung. Der erfindungsgemässe Staubfilterbeutel umfasst eine Schaumstofflage mit einer Luftdurchlässigkeit (DIN 53887) von 500 bis 10.000 l/m²s bei 2 mbar Druck, einer Raumdichte (ISO 845) von 15 bis 90 kg/m³ und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm sowie eine auf deren Abströmseite angeordnete Filterlage mit einem Abscheidegrad (DIN 44956-2) von mindestens 80 %. Die erfindungsgemässen Staubfilterbeutel weisen einen hohen Abscheidegrad für Staub, einen geringen Luftwiderstand sowie auch eine hohe Standzeit auf.

Description

Staubfilterbeutel, enthaltend Schaumstoffläge
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Staubfilterbeutel mit einer Schaumstoffläge, sowie dessen Herstellung.
Stand der Technik
Die Anforderungen, die an die Filtereigenschaften von Staubfilterbeuteln gestellt werden, sind vielfältig und zum Teil auch gegenläufig. Hier ist zunächst ein hoher Abscheidegrad für Stäube mit unterschiedlichsten Partikelgrößen, einschließlich Feinstäuben zu nennen. Insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Zahl von Allergikern wird für moderne Staubfilterbeutel verlangt, dass sie auch feinste Stäube mit einer Partikelgröße deutlich unter 1 μm zurückhalten können. Hier lassen sich beispielsweise Milbenkotstaub und Tabakstaub nennen. Daneben wird ein geringer Luftwiderstand gefordert, um eine hohe Saugleistung des Geräts, beispielsweise des Staubsaugers, in den der Staubfilterbeutel eingebaut ist, zu erreichen. Von herausragender Bedeutung für den Bedienungskomfort ist darüber hinaus, die Standzeit der Staubfilterbeutel zu erhöhen. Damit soll sicher gestellt werden, dass eine hohe Saugleistung ohne Verstopfungsneigung über einen möglichst langen Zeitraum aufrecht erhalten wird, so dass der Beutel selten gewechselt werden muss. Der Wechsel des Staubfilterbeutels wird vom Benutzer üblicherweise als unhygienisch empfunden und folglich besteht Bedarf, die Häufigkeit des Wechsels so weit wie möglich zu erniedrigen. Sollte es doch einmal zur Verstopfung kommen, muss schließlich die mechanische Stabilität des Staubfilterbeutels derart hoch sein, dass der Beutel nicht platzt oder aufreißt. Im Stand der Technik sind bereits Staubfilterbeutel beschrieben, mit denen sich ein hoher Abscheidegrad für Stäube erzielen lässt .
So beschreibt die EP-B-0 338 479 einen Staubfilterbeutel mit einem Feinfaservlies, das auf der Anströmseite einer Filterpapieraußenlage angeordnet ist. Bei dem Feinf servlies kann es sich um ein Meltblown-Vlies handeln. Ferner kann- das Feinf servlies der EP-B-0 338 479 durch ein Stützelement, beispielsweise ein poröses Vlies aus Zellstoff, Synthesefasern oder Mischungen davon, verstärkt sein.
Die DE 199 19 809 beschreibt Staubfilterbeutel, die eine Nanofaservlieslage mit einem durchschnittlichen Durchmesser der Fasern von 10 bis 1.000 nm enthalten. Diese Staubfilterbeutel umfassen mindestens eine Trägermateriallage, beispielsweise aus Filterpapier oder einem Spinnvlies. Diese Staubfilterbeutel mit Nanofaservlieslage können ferner ein Stützelement enthalten. Dabei kann es sich um ein Vlies, insbesondere ein trockengelegtes Vlies, ein nassgelegtes Vlies, ein Spinnvlies oder ein Meltblown-Vlies handeln.
Die EP-A-0 375 234 betrifft Wegwerffiltermaterial , insbesondere für Staubsauger, das eine Verbundstruktur aus einer porösen Schicht eines Non-Wovens mit einer Luftdurchlässigkeit von 300 m3/min/m2 und einer Schicht aus elektrethaltigen Mikrofasern, bei denen es sich um Meltblown- Mikrofasern handeln kann, umfasst.
Auch die US 4,589,894 betrifft Wegwerffilter für Staubsauger, in denen eine erste äußere Trägerschicht, eine innere Filterschicht und eine zweite äußere Trägerschicht nebeneinander angeordnet sind. Die innere Filterschicht ist eine Mikrofaserschicht, beispielsweise aus Meltblown-Fasern. Die beiden Trägerschichten bestehen aus hoch porösem Gewebe aus synthetischen Fasern.
Die gegenüber den zuvor beschriebenen Filteranordnungen des Standes der Technik zu lösende Aufgabe besteht darin, bezüglich der Standzeit weiter verbesserte Staubfilterbeutel bereitzustellen, so dass der Staubfilterbeutel beim Betrieb seltener gewechselt werden muss.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Staubfilterbeutel zur Verfügung zu stellen, der nicht nur einen hohen Abscheidegrad für Staub und einen geringen Luftwiderstand, sondern auch eine hohe Standzeit besitzt, so dass eine hohe Gerätesaugleistung auch bei zunehmender Beutelbefüllung weitgehend erhalten bleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Staubfilterbeutel mit einer Schaumstoffläge, die bei einer Dicke von 0,5 bis 3 mm eine Luftdurchlässigkeit (DIN 53887) von 500 bis 10.000 l/m2s bei 2 mbar Druck und eine Raumdichte von 15 bis 90 kg/m3 besitzt, der abströmseitig eine Filterlage nachgeschaltet ist. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutels sind Gegenstand der Unteransprüche .
Im Gebiet der Staubsauger wurden Schaumstofflagen bisher in Filteranordnungen eingesetzt (EP-B-1 239 760, DE-OS-1 453 089, US 5,230,722, WO 99/34722, GB 2 246 717 A, WO 93/19659, DE-OS 26 01 037) . Dort kommen generell dicke Schaumstofflagen zum Einsatz. Solche Schaumstofflagen wurden in Staubfilterbeuteln bisher noch nicht verwendet, da bei der Beutelfertigung die Steifheit des Schaums Probleme bereitete.
Die Erfinder haben unerwarteterweise gefunden, dass geeignete Schaumstofflagen geringer Dicke flexibel genug sind, um daraus Beutel herzustellen. Daher ist die Dicke der Schaumstoffläge 0,5 bis 3 mm. Die Luftdurchlässigkeit bei 2 mbar Druck liegt im Bereich von 500 bis 10.000 l/m2s und die Raumdichte der Schaumstoffläge ist 15 bis 90 kg/m3. Ferner zeigte sich überraschenderweise, dass eine solche Schaumstoffläge im Verbund mit der erfindungsgemäßen Filterlage mit einem Abscheidegrad von mindestens 80 % die zuvor formulierte Aufgabe lösen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur zeigt einen Graphen, in dem die Saugleistung eines Staubsaugers, der mit erfindungsgemäßen Staubfilterbeuteln und Staubfilterbeuteln des Standes der Technik ausgerüstet ist, in Abhängigkeit von der Menge des beaufschlagten Teststaubs gezeigt wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die in dieser Anmeldung genannten Werte der Dicke der Schaumstoffläge wurden mit Hilfe einer Schieblehre bestimmt . Zur Bestimmung der Dicke der anderen Lagen kam das Messverfahren der DIN 53105 zum Einsatz, bei dem mit einem Auflagendruck von 0,1 bar und einer Fläche von 2 cm2 gearbeitet wird. Bei der Dickenbestimmung gemäß DIN 53105 wird folglich die untersuchte Lage komprimiert . Da diese Kompression bei den erfindungsgemäßen Schaumstofflagen beträchtlich wäre und somit die nach DIN 53105 erhaltenen Werte die tatsächliche Dicke nicht direkt wiedergeben würden, wurde die Dicke der Schaumstoffläge mit Hilfe einer Schieblehre bestimmt. Wenn die DIN 53105 in der vorliegenden Anmeldung zur Dickenbestimmung verwendet wurde, ist dies ausdrücklich angegeben. Die Luftdurchlässigkeit der Lagen des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutels wurde gemäß DIN 53887, die Raumdichte gemäß ISO 845, das Flächengewicht gemäß ISO 536 und der Bruchwiderstand gemäß DIN 53112 bestimmt, wenn nicht anders angegeben. Der Abscheidegrad wurde nach DIN 44956-2 bestimmt. Die Messmethodik nach DIN 44956-2 erlaubt eine Aussage über das Gesamtrückhaltevermögen des Teststaubs mit Partikeln von 0 bis 80 μm. Die DIN 44956-2 beruht auf der gravimetrischen Erfassung des Gewichts der Partikel. Aufgrund ihres geringen Gewichts gehen kleine Partikel bei der Bestimmung des Abscheidegrads nach DIN 44956-2 nur untergeordnet in das Messergebnis ein. Folglich sind zur Bestimmung des Abscheidegrades für Feinstäube Messverfahren besser geeignet, die mit dem Prinzip der PartikelZählung arbeiten. Dabei werden auch Feinpartikel einzeln erfasst . Ein Hersteller von Prüfapparaturen zur Bestimmung des Abscheidegrads für Feinstäube auf Basis des Prinzips der PartikelZählung ist die Firma Palas.
Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit zum Beutel ist die Dicke der Schaumstoffläge vorzugsweise 0,8 bis 2 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,8 mm und 1,5 mm. Die Raumdichte des Schaums ist vorzugsweise 15 bis 50 kg/m3, besonders bevorzugt 20 bis 35 kg/m3. Die Wirkung der Schaumstoffläge auf die Verbesserung der Standzeit des Filters ist besonders gut bei einer Luftdurchlässigkeit der Schaumstoffläge von 500 bis 5000 l/m2s, insbesondere bei einer Luftdurchlässigkeit von 750 bis 3.000 l/m2s.
Die erfindungsgemäß verwendeten Schaumstofflagen mit dem zuvor genannten Raumgewichten und Dicken haben ein Flächengewicht im Bereich von 7,5 bis 270 g/m2.
Als Material der Schaumstoffläge kommt beispielsweise Polyether- oder Polyesterschaum in Frage. Vorteilhaft handelt es sich um flexible Schaumstoffe. Vorzugsweise handelt es sich um Polyether-Polyurethan oder Polyester-Polyurethan. Die Raumdichte von Polyether-Polyurethan liegt typischerweise zwischen 20 und 90 kg/m3, diejenige von Polyester-Polyurethan zwischen 20 und 75 kg/m3. Vorzugsweise weisen die als Schaumstoffläge zum Einsatz kommenden Polyether- oder Polyester-Polyurethane eine Poren- d.h. Blasengröße von 150 bis 900 μm und eine Stegdicke von 50 bis 90 μm auf.
Die Filterlage qualifiziert sich als eine solche aufgrund ihres Abscheidegrades von mindestens 80 %. Vorzugsweise ist der Abscheidegrad mindestens 85 %, mehr bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 % und insbesondere 99 % und darüber.
Die Filterlage ist hinsichtlich ihres Materials nicht besonders beschränkt, solange sie einen solchen Abscheidegrad besitzt .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Filterlage jedoch ausgewählt aus einer Meltblown-Lage, einer Nanofaservlieslage, einer Filterpapierlage, einem Nadelfilz, einer Membran aus Polytetrafluorethylen (PTFE-Membran) oder reibungselektrischen Filtermedien .
Die Meltblown-Lage kann aus einem thermoplastischen Material, vorzugsweise aus Polyolefin, Polyamid, Polyester oder Copolymeren davon, aufgebaut sein.
Die Meltblown-Lage besitzt vorzugsweise ein Flächengewicht von 10 bis 80 g/m2, besonders bevorzugt im Bereich von 25 bis 50 g/m2, insbesondere im Bereich von 30 bis 45 g/m2. Um eine gute Staubabscheidung, insbesondere für Feinstaub zu erzielen, ist es günstig, wenn die Meltblown-Lage eine Dicke (DIN 53105) von 0,10 bis 4 mm, vorzugsweise 0,18 bis 3 mm, aufweist. Um eine hohe Saugleistung des Staubsauges gewährleisten zu können, besitzt die Meltblown-Lage vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit (ISO 9237) von 100 bis 2.000 l/m2s, mehr bevorzugt 200 bis 1500 l/m2s, besonders bevorzugt von 250 bis 600 l/m2s bei 2 mbar Druck. Besteht der Staubfilterbeutel nur aus Schaumstoffläge und Filterlage, bzw. umfasst der Staubfilterbeutel zusätzlich zu diesen beiden Lagen weitere sehr poröse Lagen, z.B. Vliesstoffe, wird der Fachmann vorteilhaft eine Luftdurchlässigkeit der Meltblown-Lage im unteren Bereich der genannten Luftdurchlässigkeiten, vorzugweise von 100 bis 500 l/m2s wählen. Der Porendurchmesser der Meltblown-Lage beträgt vorzugsweise 15 bis 60 μm, besonders bevorzugt 30 bis 40 μm und der durchschnittliche Faserdurchmesser liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 18 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 μm. Aus Stabilitätsgründen ist der Bruchwiderstand der Meltblown-Lage in der Längsrichtung 2 bis 12 N/15 mm Streifenbreite und in der Querrichtung 1 bis 10 N/15 mm Streifenbreite .
Der Abscheidegrad der Meltblown-Lage liegt im allgemeinen im Bereich von 80 bis über etwa 99 %. Der Abscheidegrad der verwendeten Meltblown-Lagen liegt nach dem Palas-Verfahren für 1 μm große Partikel zwischen 70 und 100 %. Diese Messwerte wurden unter den folgenden Messbedingungen gefunden:
• Anströmgeschwindigkeit: 25 cm/s • Staubbeladung: 200 mg/m3 • Prüffläche: 100 cm2 • Teststaub: SAE fine
Die Meltblown-Lage ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer permanenten elektrostatischen Ladung versehen, um eine noch bessere Staubabscheidung von Feinpartikeln zu erreichen. Neben der rein mechanischen Filtration wirkt hier zusätzliche eine elektrische Filtration, bedingt durch eine elektrostatische Anziehung von Filtermaterial und entgegengesetzt geladenen Staubteilchen. Dabei tragen die Fasern des Vlieses vorzugsweise bipolare Ladungen. Die elektrostatische Aufladung lässt sich erreichen, indem man die Filtermaterialien bei der Vliesherstellung einem elektrischen Feld aussetzt. Die dabei eingesetzten Verfahren sind in der Literatur beschrieben, siehe z.B. Martin Davis, Electrostatic Melt Spinning Process Delivers Unique Properties, Non-Wovens World, September 1987, Seiten 51-54, oder Troulihet, Y.; Moosmayer, P.; New Method of Manufacturing Non-Wovens by Electrostatic Laying, vorgetragen auf Index 81 Kongress.
Die Meltblown-Lage kann mit einem Schmelzblasverfahren (z.B. Exxon-Verfahren) hergestellt werden. Dabei wird das Fasermaterial geschmolzen, extrudiert, beim Austritt aus der Extrudierdüse mit heißer Luft verwirbelt, auf eine Auffangstation geblasen, auf einem Sieb abgelegt und schließlich abgenommen. In Folge des Herstellungsverfahrens besteht die Meltblown-Lage im allgemeinen aus langen, feinen Fasern mit einheitlichem Durchmesser.
Die Meltblown-Lage kann alternativ direkt auf der Schaumstoffläge abgelegt werden, sowie auf der Trägerlage, die in einer bevorzugten Ausführungsform des Staubfilterbeutels vorgesehen und weiter unten erläutert wird.
Weitere Details zu verwendbaren Meltblown-Lagen sind der bereits zitierten EP-B-0 338 479 zu entnehmen.
Die Nanofaservlieslage weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 10 bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 50 bis 500 nm auf. Ihr Flächengewicht ist vorzugsweise 0,05 bis 5 g/m2, mehr bevorzugt 0,05 bis 2 g/m2, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 g/m2. Die Luftdurchlässigkeit ist vorzugsweise 500 bis 20.000 l/m2s, besonders bevorzugt 2.000 bis 10.000 l/m2s.
Der verwendete Begriff "Nanofasern" macht deutlich, dass die Fasern einen Durchmesser im Nanometerbereich, speziell von 10 bis 1000 nm, vorzugsweise von 50 bis 500 nm haben. Die erfindungsgemäß eingesetzten Nanofaservliese bestehen herstellungsbedingt üblicherweise aus in Wasser löslichen, in einem organischen Lösungsmittel löslichen oder thermoplastischen Polymeren.
Besonders bevorzugt in Wasser lösliche Polymere sind Polyvinylalkohol , Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenoxid oder Copolymere davon, Cellulose, Methylcellulose, Propylcellulose, Stärke oder Mischungen hiervon.
Besonders bevorzugte in einem organischen Lösungsmittel lösliche Probleme sind Polystyrol, Polycarbonat , Polyamid, Polyurethan, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyvinylacetat , Polyvinylacetat , Polyvinylether, Celluloseacetat oder Copolymere oder Mischungen davon.
Besonders bevorzugte thermoplastische Polymere sind Polyethylen, Polypropylen, Polybuten-1, Polymethylpenten, Polychlortrifluoroethylen, Polyamid, Polyester, Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylensulfid, Polyacrylnitril , Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyaryletherketon, Polyvinylidenfluorid, Polyoxymethylen, Polyurethan oder Copolymere oder Mischungen davon.
Das Nanofaservlies wird vorzugsweise erzeugt, indem ein thermoplastisches Polymer in geschmolzenem Zustand oder ein in einem geeigneten Lösungsmittel gelöstes Polymer aus Düsen in einem starken elektrischen Feld zu feinsten Fasern versponnen wird und auf einer Unterlage, die über eine Gegenelektrode geführt wird, in Form eines Flächengebildes abgeschieden wird. Dieses Verfahren ist als Elektrospinning- Verfahren bekannt. Der Faserdurchmesser kann durch die Prozessparameter, nämlich die Viskosität der Schmelze bei Thermoplasten bzw. Konzentration und Viskosität der Polymerlösung gesteuert werden. Die Flächengewichte des Nanofaservlieses werden zum einen durch den Massenfluss durch die Düsen und zum anderen durch die Geschwindigkeit, mit der die Unterlage unter den Düsen bewegt wird, bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit des Nanofaservlieses wird durch die Dicke der Fasern und deren Packungsdichte beeinflusst .
Die Nanofaservlieslage kann direkt auf dem Schaumstoff abgelegt werden, insbesondere wenn ihre Faserdurchmesser zwischen 100 und 1.000 nm, vor allem zwischen 500 und 1.000 nm liegen. Sie wird jedoch bevorzugt direkt bei ihrer Erzeugung auf einer Trägerlage abgelegt, die auf der Abströmseite der Filterlage vorgesehen sein kann und weiter unten beschrieben ist.
Die Erzeugung von Nanofasern aus verschiedenen Polymeren wird von Dareil H. Reneker und Iksoo Chun in der Veröffentlichung "Nanometre diameter fibres of polymer, produced by electrospinning" , Nanotechnology 7, 1996, S. 216 - 223, beschrieben. Weiter Details zu verwendbaren
Nanofaservlieslagen finden sich in der bereits zitierten DE 199 19 809.
Eine Meltblownlage und eine Nanofaservlieslage werden erfindungsgemäß besonders vorteilhaft als Filterlage eingesetzt, weil sie im Verbund mit der zuvor spezifizierten Schäumstoffläge nicht nur eine gegenüber den
Staubfilterbeuteln des Standes der Technik weiter verbesserte Standzeit sicherstellen, sondern darüber hinaus auch eine hervorragende Abscheidung für Feinpartikel haben.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutels haben die folgenden Lagenanordnungen:
Anströmseite - Schaumstoffläge — Meltblown-Filterlage -» Spinnvlies -> Abströmseite
Anströmseite - Spinnvlies — Schaumstoffläge - Meltblown- Filterlage — > Spinnvlies — > Abströmseite Anstrδmseite -» Schaumstoffläge —» Nanofaservlies-Filterlage -» Spinnvlies — Abströmseite
Anströmseite — Spinnvlies —> Schaumstoffläge —>
Nanofaservlies-Filterlage - Spinnvlies - Abströmseite.
Besonders bevorzugt besitzt das Spinnvlies in den zuvor erwähnten Lagenanordnungen ein Flächengewicht von 25 bis 30 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeit von 2.000 bis 3.000 l/m2s .
Die als Filterlage einsetzbare Filterpapierlage besitzt vorzugsweise ein Flächengewicht von 30 bis 80 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeit von 80 bis 500 l/m2s bis 2 mbar Druck. Sie kann aus lang- und kurzfaserigen Zellstoffen gebildet sein, sowie auch aus Mischungen solcher Zellstoffe mit Synthesefasern und/oder Glasfasern. Um eine ausreichende mechanische Stabilität der Filterpapierlage sicherzustellen, kann der Bruchwiderstand in Längsrichtung 20 bis 70 N/15 mm Streifenbreite und in Querrichtung 15 bis 45 N/15 mm Streifenbreite betragen.
Erfindungsgemäß sind auch Nadelfilze als Filterlage einsetzbar. Hierbei handelt es sich um textile Flächengebilde, die durch wechselndes Einstechen und Ausziehen einer Vielzahl von Nadeln mit Widerhaken in ein Faservlies verfestigt wurden. Durch das Einstechen dieser Nadeln in das Vlies werden die bevorzugt horizontal liegenden Fasern oder Faserteile propfenartig senkrecht im Vlies angeordnet. Je nach Einstichtiefe und -richtung der Nadeln verbleiben an der Ausstichseite des Vlieses Faserteile oder Faserschlaufen, die sich beim Herausziehen der Nadeln nicht zurückbilden, jedoch beim Weitertransport des Vlieses umgelegt und durch nachfolgenden Einstich im Vlies eingebunden werden. Die Verfestigungsnadeln, die im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Filznadeln bezeichnet werden, weisen eine Krücke mit Einspannschaft, sowie den Arbeitsschaft mit den Widerhaken auf, welche auch Kerben genannt werden.
Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Nadelfilz mit einem Flächengewicht von 150 bis 900 g/m2 mit einer ausreichenden Zugfestigkeit in Längs- und Querrichtung, wie es in der DE 690 20 253 T3 beschrieben ist. Gemäß dieser Patentschrift besteht zwar keine Begrenzung bezüglich des Materials des Nadelfilzes, es sollte jedoch vorzugsweise wärmebeständig sein. Konkret werden Nadelfilze aus Polyethylentephthalat (PET) genannt. Als Filterlage im erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel können auch Nadelfilze zum Einsatz kommen, die erhalten werden durch Vernadeln eines gewobenen Kerngewebes und zwei Geweben aus Synthesefasern, die auf beiden Seiten des Kerngewebes angebracht sind, wie es in der GB 2 028 229 A beschrieben ist.
Weiterhin kommen als Filterlage im Staubfilterbeutel der vorliegenden Erfindung PTFE-Membranen in Frage, die aus expandiertem, porösem PTFE bestehen. Solche Membranen sind beispielsweise in der WO 00/62900 und WO 00/47313 beschrieben.
Schließlich sind auch reibungselektrische Filtermedien in Frage. Solche Filtermedien bestehen aus gemischten Fasern unterschiedlicher Materialien. Zwischen den unterschiedlichen Materialien, vorzugsweise Polymeren kommt es zu einem Transfer elektrischer Ladung. Die so entstandenen lokalen elektrischen Felder unterstützen das Einfangen von Staubpartikeln. Im Artikel "Generation of Triboelectric Charge in Textile Fiber Mixtures and Their Use as Air Filters" aus dem "Journal of Electrostatics" , Band 21 (1988), Seiten 81 bis 98 werden unterschiedliche faserförmige Polymere gemischt und hinsichtlich ihrer reibungselektrischen Abscheidewirkung geprüft. Besonders bevorzugt sind reibungselektrische Filtermedien, die aus einem Blend aus reinen Fasern aus expandiertem porösem PTFE bestehen und reine Polyamidfasern enthalten, wie sie in der DE 693 06 073 T2 beschrieben sind.
Auf der Abströmseite der Filterlage, d.h. weiter außen liegend im Staubfilterbeutel, kann eine Trägerlage angeordnet sein. Hierbei kann es sich um einen Papierträger oder auch um ein poröses Vlies aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. - filamenten oder Mischungen daraus handeln, das nach dem Nasslegeverfahren, dem Trockenlegeverfahren, dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren hergestellt ist. Als Trägerlage kann auch eine hoch poröse Trägermateriallage zum Einsatz kommen, wie sie in der EP-A-1 199 094 beschrieben ist. Besonders bevorzugt ist die nachgeschaltete Trägerlage ein Spinnvlies.
Vorzugsweise besitzt die Trägerlage ein Flächengewicht von 6 bis 60 g/m2, mehr bevorzugt von 20 bis 60 g/m2 besonders bevorzugt von 20 bis 40 g/m2. Die Dicke (DIN 53105) der Trägerlage beträgt vorteilhaft 0,05 bis 0,35 mm, besonders bevorzugt 0,07 bis 0,25 mm. Die Luftdurchl ssigkeit, welche die Saugleistung des Staubsaugers beeinflusst, ist vorzugsweise 500 bis 8.000 l/m2s, besonders bevorzugt zwischen 1.500 und 3.000 l/m2s bei 2 mbar Druck. Um die mechanische Stabilität des Filterbeutels zu erhöhen, ist der Bruchwiderstand der Trägerlage vorzugsweise in Längsrichtung mehr als 8 N/15 mm Streifenbreite und in Querrichtung mehr als 3 N/15 mm Streifenbreite.
Auf der Anströmseite der Schaumstoffläge, d.h. im - Staubfilterbeutel weiter innen liegend, kann ein poröses Vlies angeordnet sein. Hierfür kommen beispielsweise Vliese aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. - filamenten oder Mischungen davon in Frage, die nach dem Nasslegeverf hren, dem Trockenlegeverfahren, dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren herstellbar sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das poröse Vlies aus thermisch verschweißbaren Materialien. Beispiele solcher Materialien sind Thermoplasten, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polycarbonate, Polyvinylchlorid und Polyester, wie Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat . Besonders bevorzugt sind Polypropylen und Polyethylenterephthalat .
Wie nachfolgend dargelegt wird, lassen sich in dem Fall, dass anströmseitig ein poröses Vlies vorgesehen ist, das aus thermisch verschweißbaren Materialien besteht, und ferner die abströmseitige Trägerlage, sofern sie vorliegt, ebenso aus thermisch verschweißbaren Materialien besteht, die Lagen bei der Herstellung des Staubfilterbeutels auch durch Heißverschweißen oder Ultraschallverschweißen miteinander verbinden.
Die in den obigen Abschnitten hinsichtlich ihres chemischen Aufbaus und ihrer Kennzahlen, die für die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe maßgeblich sind, klassifizierten Lagen des Staubfilterbeutels sind untereinander im Beutel in Abhängigkeit von den Herstellungsmöglichkeiten des Beutels und dessen Einsatzgebiet unterschiedlich kombiniert und verbunden. Selbstverständlich können weitere zusätzliche Lagen an beliebiger Position hinzugefügt werden, solange dadurch das Ziel der Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Eine solche zusätzliche Lage kann beispielsweise eine expandierte poröse Membranschicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) sein, wie sie in der WO 00/62900 beschrieben ist. Ferner sind als zusätzliche Lagen Verbundmembrane geeignet, wie sie in der WO 00/47313 beschrieben sind.
Im Folgenden werden Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel beschrieben.
Hier bietet sich zuerst die Herstellung mit einer herkömmlichen Beutelmaschine an. Für diese Herstellung werden meist zwei Arbeitsgänge benötigt, die auf separaten Maschinenaggregaten erfolgen, nämlich die Fertigung des Rohbeutels und die Konfektionierung zum Fertigbeutel .
Zur Fertigung des Rohbeutels werden die Filterlage und die Schaumstoffläge in separaten Rollen vorgelegt. Diese werden dann unter Anlegung einer gleichbleibenden Zugspannung in die Beutelmaschine eingezogen. Anschließend wird der Verbund aus Schaumstoff- und Filterlage zu einem Schlauch ausgebildet, der mit einer Längsnaht verschlossen wird. Wegen der Schwierigkeit, Schaumstoff mit herkömmlichen Klebertypen zu verkleben - der Schaumstoff würde quasi als Trennschicht wirken - , werden Filter- und Schaumstoffläge vorzugsweise randkantenversetzt in die Beutelmaschine eingezogen. So lässt sich eine ausreichende Längsnahtverklebung erreichen. Alternativ kann die Schaumstoffläge so dimensioniert werden, dass sie nicht die volle Breite der mit ihr verbundenen Filterlage abdeckt und nicht über deren Ränder hinaussteht, wodurch eine oder zwei Randstreifenaussparungen auf der Filterlage ausgebildet sind. Hierdurch kann eine sichere Verklebung mittels einer Längsnaht unter Verwendung herkömmlicher Kleber sichergestellt werden. Weitere Details zu dieser Herstellung des Rohbeutels sind der EP-B-0 635 297 zu entnehmen, wobei die der erfindungsgemäßen Filterlage entsprechende Lage dort ein Filterpapier ist.
Dieses Herstellungsverfahren ist auch für erfindungsgemäße Staubfilterbeutel mit mehr als zwei Lagen geeignet, beispielsweise eine Anordnung aus anstrδmseitiger Schaumstoffläge, einem Meltblown-Vlies als Filterlage und einer Papieraußenlage. In diesem Fall haben zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung des RohbeutelSchlauches, das in der EP-B-0 635 297 beschrieben ist, sowohl die Meltblown-Lage als auch die Schaumstoffläge vorteilhaft einen unbelegten Rand. Anschließend wird der mit einer Längsnaht d.h. -verklebung verschlossene Schlauch auf die gewünschte Länge geschnitten und eines der Schlauchenden zu einem Boden verschlossen. Dies geschieht auf der Bodenfalztrommel durch Ausbildung von Laschen, die umgeschlagen und aufeinander geklebt werden. Da dieses Herstellungsverfahren voraussetzt, dass zumindest die äußere Lage falzbar und verklebbar (beispielsweise mit Hotmelt oder Kaltleimen) ist, ist es besonders vorteilhaft für die Herstellung von erfindungsgemäßen Staubfilterbeuteln geeignet, in denen die Filterlage eine Filterpapierlage ist.
Der so erhaltene Rohbeutel wird auf einer separaten Konfektioniermaschine mit einer für das vorgesehene Staubsaugermodell entsprechenden Halteplatte versehen und zwar meist auf dem vorher ausgebildeten Laschenboden (Blockboden) . Das noch offene zweite Schlauchende wird in Form eines Wickelbodens durch Umschlagen und Verkleben des Schlauches verschlossen.
Zur Herstellung von Staubfilterbeuteln aus synthetischen Materialien können darüber hinaus die thermische Verschweißung oder die Ultraschallverschweißung verwendet werden.
Diese Herstellungsverfahren kommen dann vorteilhaft zum Einsatz, wenn sämtliche Lagen, zumindest aber die Außenlagen der Filteranordnung aus verschweißbaren Materialien bestehen.
Wenn ein nicht verschweißbares offenzelliges Medium, beispielsweise eine Lage aus nicht verschweißbarem Schaumstoff, zwischen zwei verschweißbaren Lagen angeordnet ist, schmelzen bei der Beutelherstellung mittels thermischer oder Ultraschallverschweißung die äußeren Lagen und durchdringen die Mittellage. Auf diese Weise können alle Lagen, einschließlich der im erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel vorgesehenen Schaumstoffläge, die selbst nicht verschweißbar sein muss, miteinander verbunden werden. Eine solche Filteranordnung ist beispielsweise eine solche, bei der auf der Anströmseite ein poröses Vlies aus einem verschweißbaren Material, sowie eine abströmseitige Trägerlage vorgesehen ist, die ebenso aus thermisch verschweißbaren Materialien besteht.
Es gibt jedoch auch verschweißbare Schäume. Hierbei handelt es sich z.B. um spezielle Polyester-Polyurethan-Typen. Hierbei ist das Polymer so verändert, dass das Material verschweißbar wird.
Wie sich überraschenderweise zeigte, lässt sich die VerSchweißbarkeit solcher Schaumstoffe durch das sogenannte Retikulieren des Schaums verbessern. Das Retikulieren dient auch dazu, die Luftdurchlässigkeit der Medien zu steigern. Hierbei werden die während des Aufschäumens in dem Schaum verbleibenden Häutchen zwischen den einzelnen Poren bzw. Blasen entfernt; nur die Stege bleiben stehen. Der Prozess geschieht thermisch oder chemisch und ist im Gebiet der Schaumstoffherstellung gut bekannt.
Im Folgenden wird die Beutelherstellung mittels thermischer Verschweißung beschrieben.
Einer Beutelmaschine werden die Lagen des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutels zugeführt. Hierbei handelt es sich in dem Fall, dass der fertige Staubfilterbeutel nur aus einer Schaumstoffläge und einer Filterlage besteht, um vier Lagen in der Reihenfolge Filterlage - Schaumstoffläge - Schaumstoffläge - Filterlage. Zusätzliche Lagen, beispielsweise anströmseitige Lagen oder abströmseitige Trägerlagen würde der Fachmann im Rahmen seiner Routinetätigkeit in entsprechender Anordnung hinzufügen. In die mindestens zwei Lagen wird das Loch für den Lufteintritt gestanzt. Gegebenenfalls wird das Loch abgedichtet, damit die Luft bzw. der Staub beim Gebrauch des fertigen Filterbeutels nicht zwischen die Lagen (beispielsweise zwischen die Schaumstoff- und Filterlage) dringt, was das Filtrationsergebnis beeinträchtigen kann. Dieses Abdichten des Lochs für den Luftdurchtritt kann durch den Auftrag von Kleber erfolgen oder die Lagen werden thermisch versiegelt . Die Bahnen werden aufeinander geführt und beispielsweise von oben mit heißen Drähten oder Stäben im Randbereich zusammengeschweißt . Der Verarbeitungsschritt erfolgt vorzugsweise in einem Schritt, d.h der Draht/Stab ist so ausgestaltet, dass er bereits die Beutelform bildet.
Die Verschweißung kann trennend erfolgen, d.h. nach dem Schweißschritt ist der Beutel in seiner Rohform fertig. Erfolgt die Schweißung verbindend, aber nicht trennend muss der Beutel nach der Schweißung abgelängt werden. Dies kann mit Stanzmessern erreicht werden.
Abschließend muss noch die Halteplatte aufgebracht werden. Dies geschieht üblicherweise durch Aufkleben.
Im Folgenden wird die Beutelherstellung mittels Ultraschallverschweißen beschrieben.
Generell werden auch hier mehrere Lagen der Maschine zugeführt und das Loch für den Lufteintritt gestanzt, wie für die thermische Verschweißung bereits beschrieben. Auch hier müssen gegebenenfalls die Lagen in dem Bereich des Loches miteinander verbunden, d.h. abgedichtet werden. Dies kann durch Verklebung oder mittels Ultraschall erfolgen. Die Lagen werden aufeinander geführt und die Längs- und Quernähte geschweißt . Hierbei bringt eine schwingende Sonotrode die Energie über einen Gegenamboss in das Material, so dass dieses aufschmilzt und sich miteinander verbindet. Die Schweißnaht wird durch die Form des Ambosses vorgegeben.
Die Bildung der Nähte erfolgt entweder diskontinuierlich, d.h. die Sonotroden und der Amboss sind so ausgebildet das der Beutel nach dem Schweißvorgang in der endgültigen Form vorliegt. Dies bedeutet, dass hier die Beutelbildung getaktet ist und dabei die gesamte Umfangsnaht in einem Verschweißungsschritt gebildet wird.
Erfolgt die Nahtbildung trennend ist der Beutel dann bereits fertig. Erfolgt die Nahtbildung nicht trennend, muss im nächsten Schritt die Quernaht mittels Stanzmessern abgelängt werden .
Weiterhin gibt es die Möglichkeit die Längsnaht kontinuierlich auszubilden. Hierbei kommen runde Sonotroden zum Einsatz. Hier muss in einem zweiten Arbeitsgang die Quernaht gebildet werden.
Die Einstellung der Nahtfestigkeit erfolgt über die Schweißzeit, die Haltezeit und die Amplitude / Frequenz.
In der DE 4126557 AI wird das Ultraschallverschweißen zur Herstellung von Beuteln ausführlicher beschrieben.
Die Halteplatte wird durch Verkleben, beispielsweise mittels Heißleim oder Kaltleim aufgebracht . Handelt es sich bei der Halteplatte um eine Kunststoffscheibe, kann diese auch mittels Ultraschall befestigt werden.
Üblicherweise erfolgen alle Schritte hintereinander in einer Maschine.
Im folgenden werden Beispiele gegeben, welche die erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel erläutern, jedoch nicht beschränken sollen.
Beispiele
Um zu zeigen, dass die erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel eine gegenüber den Filterbeuteln des Standes der Technik weiter verbesserte Standzeit haben, wurde die Saugleistung von Staubfilterbeuteln mit folgenden Lagenanordnungen in einem Staubsauger Siemens DINO XS 1800 W mit Teststaubsand untersucht. Bei den Tests wurde der Staubsauger mit den darin installierten Staubfilterbeuteln auf Maximalstufe betrieben. Bei dem Teststaub handelt es sich um Mineralstaub nach DIN 44956 mit den Korngrößen a-d (0 bis 2.000 μm) .
Vergleichsbeispiel 1 : Anströmseite —» Meltblown -» Papier - Abströmseite
Vergleichsbeispiel 2 : Anströmseite -» Spinnvlies - Meltblown -» Spinnvlies -> Abströmseite
Beispiel 1 : Anströmseite -> Spinnvlies - Schaumstoff - Meltblown -» Spinnvlies -» Abströmseite
Beispiel 2 : Anströmseite -» Schaumstoff -> Meltblown -» Spinnvlies.
Die Kennzahlen der Einzellagen, die in den Staubfilterbeuteln der Vergleichsbeispiele und der erfindungsgemäßen Beispiele verwendet wurden, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt :
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Die Dicke des Schaumstoffs wurde mit einer Schieblehre gemessen, während die Dicke der übrigen Lagen nach DIN 53105 bestimmt wurde. Bei dem in den Beispielen verwendeten Schaumstoff handelt es sich um ein Polyether-Polyurethan mit einer Raumdichte von 21 kg/m3.
In der Figur ist die Saugleistung gegen die Menge des beaufschlagten Teststaubs aufgetragen. Wie sich aus der Grafik ergibt, ist die Saugleistung der erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel gegenüber denen des Standes der Technik bei höheren Staubbeladungen vergrößert . Dies ist gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Standzeit .
Die Abscheidegrade nach DIN 44956-2 waren für sämtliche untersuchten Staubfilterbeutel sehr hoch, mindestens 99,5 %.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Staubfilterbeutel, der eine Schaumstoffläge mit einer Luftdurchl ssigkeit (DIN 53887) von 500 bis 10.000 l/m2s bei 2 mbar Druck, einer Raumdichte (ISO 845) von 15 bis 90 kg/m3 und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm, sowie auf der Abströmseite der Schaumstoffl ge eine Filterlage mit einem Abscheidegrad (DIN 44956-2) von mindestens 80 % umfasst .
2. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffl ge eine Luftdurchl ssigkeit von 500 bis 5.000 l/m2s bei 2 mbar Druck besitzt.
3. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffläge eine Raumdichte von 15 bis 50 kg/m3 besitzt.
4. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffläge eine Dicke von 0,8 bis 2 mm besitzt.
5. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffläge aus einem flexiblen Schaum besteht.
6. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffläge aus Polyether-Polyurethan oder Polyester-Polyurethan besteht.
7. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterlage ausgewählt ist aus einer Meltblown-Lage, einer Nanofaservlieslage, einer Filterpapierlage, einem Nadelfilz, einer PTFE-Membran oder reibungselektrischen Filtermedien.
8. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterlage eine Meltblown-Lage oder eine Nanofaservlieslage ist.
9. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Meltblown-Lage ein Flächengewicht von 10 bis 80 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 100 bis 2.000 l/m2s bei 2 mbar Druck, einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,5 bis 18 μm und einen Bruchwiderstand in der Längsrichtung von 2 bis 12 N/15 mm Streifenbreite und in der Querrichtung von 1 bis 10 N/15 mm Streifenbreite besitzt .
10. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofaservlieslage einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 10 bis 1000 nm, ein Flächengewicht von 0,05 bis 5 g/m2 und eine Luftdurchl ssigkeit von 500 bis 20.000 l/m2s besitzt.
11. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterpapierlage ein Flächengewicht von 30 bis 80 g/m2 und eine Luftdurchl ssigkeit von 80 bis 500 l/m s bei 2 mbar Druck besitzt
12. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abströmseite der Filterlage eine Trägerlage angeordnet ist .
13. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage ein poröses Vlies aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. -filamenten oder Mischungen daraus ist, das nach dem Nasslegeverfahren, dem Trockenlegeverfahren, dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren hergestellt ist.
14. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage ein Flächengewicht von 6 bis 60 g/m2, eine Dicke (DIN 53105) von 0,05 bis 0,35 mm, eine Luftdurchl ssigkeit von 500 bis 8.000 l/m2s bei 2 mbar Druck und einen Bruchwiderstand in Längsrichtung von mehr als 8 N/15 mm Streifenbreite und in Querrichtung von mehr als 3 N/15 mm Streifenbreite besitzt .
15. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage ein Spinnvlies ist.
16. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anströmseite der Schaumstoffläge ein poröses Vlies angeordnet ist.
17. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Vlies aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. - Filamenten oder Mischungen davon besteht und nach dem Nasslegeverfahren, dem Trockenlegeverfahren, dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren herstellbar ist .
18. Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 16, wobei das poröse Vlies ein Spinnvlies ist.
19. Staubfilterbeutel gemäß Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Vlies auf der Anströmseite aus thermisch verschweißbaren Materialien besteht .
20. Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anströmseite der Schaumstoffläge sowie auf der Abströmseite der Filterlage ein Spinnvlies angeordnet ist, das aus thermisch verschweißbaren Materialien besteht .
21. Verfahren zur Herstellung des Staubfilterbeutels gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffläge, die Filterlage und ggf. die abströmseitige Trägerlage und ggf. das anströmseitige poröse Vlies auf separatem Bahnen der Beutelmaschine zugeführt und dort zum Beutel verarbeitet werden.
22. Verfahren zur Herstellung des Staubfilterbeutels gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen durch Heißverschweißen oder Ultraschallverschweißen miteinander verbunden werden.
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