Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filtereinsätzen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filtereinsätzen, insbesondere zum Filtern von Gasen, bei dem ein Band des Filtermaterials in Abständen quer zu seiner Längsrichtung gefaltet wird.
Solche Filtereinsätze werden nach bekannten Verfahren mit Hilfe von Plissiermaschinen hergestellt. Dazu wird das Filterpapier in die Plissiermaschine eingegeben und von den sich bewegenden Plissiermessern quer zur Bewegungsrichtung gefaltet.
Gewöhnlich enthalten solche Maschinen zwei Plissiermesser, von denen sich eines über und eines unter der Bahn des Filterpapiers befindet. Die Bewegung der Messer wird so geführt, dass diese das Papier nicht nur falten, sondern zugleich dessen Vorschub bewirken.
Ein Nachteil solcher Maschinen liegt darin, dass die Plissiermesser bei ihrer Bewegung zuerst auf das Filterpapier aufschlagen und danach darüber gleiten. Durch das Aufschlagen der Messer und das dadurch bewirkte scharfe Umbiegen können besonders bei dickerem Filterpapier einzelne Papierschichten brechen oder es können sich durch die gesamte Papierdicke verlaufende kleine Löcher bilden. Beim Gleiten der Messer über die Papieroberfläche wird diese aufgerauht und es werden sogar Papierfasern abgelöst. Ein anderer Nachteil des Plissierens besteht darin, dass die von den bewegten Plissiermessern hergestellten Falten nicht immer parallel zueinander liegen, was zur Folge hat, dass der zusammengefaltete Filter, dessen Seiten geradlinig begrenzt sein sollen, stark gewellte Seiten besitzt, die, bevor der Filtereinsatz in einen Rahmen eingelegt werden kann, gerade geschnitten werden müssen.
Das bedeutet nicht nur zusätzliche Arbeitsgänge, sondern auch einen Verlust an teurem Filterpapier.
Die Filter sind meist eng gefaltet, um eine grosse Filterfläche in einem relativ kleinen Volumen unterzubringen. Damit sich die einzelnen Filterflächen unter der Wirkung des zu filtrierenden Mediums nicht aneinander legen, werden sie durch Abstandshalter voneinander getrennt. Diese Abstandshalter sind im einfachsten Falle auf den Filter aufgeleimte Schnüre, die das Aneinanderlegen der Filterflächen verhindern. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen anstelle der geleimten Schnüre nur eine Leimschicht oder ein Kunststoff aufgetragen und ausgehärtet werden, oder eine vorgefaltete Metallfolie verwendet wird.
Bei der Herstellung von Filtern nach diesen bekannten Verfahren wird das Filterpapier, das wegen dem nach dem Plissieren notwendigen Verschneiden breiter sein muss als der herzustellende Filter, in auf Länge geschnittenen Stücken in die Plissiermaschine gegeben, nach dem Plissieren zusammengefaltet, an den Seiten gerade geschnitten, wieder gestreckt, mit den Abstandshaltern versehen und danach in die endgültige Form gelegt, damit die Abstandshalter erhärten können.
Das bedeutet, dass ausser der unbefriedigenden Arbeitsweise der Plissiermaschine das Filterpapier mindestens zweimal zusammengelegt und dazwischen gestreckt wird, was eine zusätzliche Beanspmchung der Faltstellen und dadurch bedingtes AufbIechen von Papierschichten und Ablösen von Fasern bedeutet. Das beschriebene Herstellverfahren ist ausserdem nicht für einen kontinuierlichen Arbeitsablauf geeignet, weil jeder einzelne plissierte Filtereinsatz von Hand zusammengelegt, provisorisch verpackt und auf Breite geschnitten werden muss, ehe er mit den Abstandshaltern versehen werden kann.
Deshalb ist die erreichbare Qualität besonders bei modernen Ultrafiltern, bei denen Abschneidungsgrade von 99,98% und besser gefordert werden, wenig befriedigend.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung soll diese Nachteile vermeiden und ist dadurch gekennzeichnet, dass in das poröse Filtermaterialband an den vorgesehenen Faltstellen durch Verdichten des Filtermaterials Faltlinien geprägt werden.
Vorzugsweise sind die geprägten Faltlinien geradlinig und verlaufen quer zur Bewegungsrichtung und über die gesamte Breite des Filtermaterialbandes.
Die Vorrichtung zur Ausfühmng des Verfahrens nach der Erfindung enthält eine Einrichtung für die Zuführung des Filtermaterialbandes und ein drehbar angeordnetes Prägezylinderpaar, dessen Zylinder mit in axialer Richtung verlaufenden und mit Vertiefungen alternierenden Erhebungen versehen sind, wobei die synchrone Drehverbindung (Fig.
5) der Zylinder so abgestimmt ist, dass an der Stelle des geringsten Abstandes zwischen den Zylindern eine Erhebung des einen Zylinders mit einer Vertiefung des anderen Zylinders zusammentrifft und ist dadurch gekennzeichnet, dass zur unbehinderten Bewegung des Filtermaterialbands zwischen den Mantelflächen der Prägezylinder und zum Verdichten des Filtermaterials an den vorgesehenen Faltstellen die Tiefe der Vertiefungen kleiner als die Höhe der Erhebungen ist und dadurch der Abstand zwischen den Mantelflächen der beiden Prägezylinder grösser als der Abstand zwischen dem Grund einer Vertiefung und der Spitze einer damit im Eingriff befindlichen Erhebung ist.
Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, nach dem neuen Verfahren Filtereinsätze herzustellen, die nach dem Zusammenfalten des Filtermaterials in den geprägten Faltlinien gerade Seitenflächen aufweisen und nicht nachträglich beschnitten werden müssen. Dadurch ist es möglich, die gesamte Herstellung von Filtereinsätzen in einer kontinuierlichen Folge von Arbeitsgängen durchzuführen, wobei infolge der schonenden Behandlung des empfindlichen Filtermaterials durch das Prägen und nur einmalige Zusammenfalten die Fabrikationsausbeute und die Qualität der Filtereinsätze ganz wesentlich verbessert werden kann.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der drei Maschinen A, B und C mit denen das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Maschine A,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Maschine A entlang der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Teilansicht der Maschine A in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 2,
Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Maschine A entlang der Linie V-V in Fig. 2,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Maschine C,
Fig. 7 einen Schnitt durch die Maschine C entlang der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch den Faltkanal entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Herstellen von Filterpapiereinsätzen weist drei Maschinen auf, die zu einem kontinuierlichen Arbeitsablauf miteinander verbunden sind. Die Maschine A empfängt das Filterpapier ab Rolle, prägt die Falze und speist es in die Maschine B ein, in welcher die Abstandshalter aufgebracht werden. Anschliessend gelangt das Filterpapierband in die Maschine C, in der die Falten gelegt und auf das richtige Abstandsmass gebracht werden. Nach dem Abschneiden auf die geforderte Länge ist dann der Filtereinsatz fertig.
Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Falzprägemaschine besitzt einen auf dem Fussboden 101 befestigten Sockel 103. Auf dessen einer Seite befindet sich eine Papierzuführvorrichtung 102 und auf der anderen Seite die Maschine B. Die Papierzuführvorrichtung 102 besitzt einen Lagerbock 107 für die Papierrolle 109. Auf der der Papierzuführvorrichtung zugewandten Seite ist an dem Sockel 103 ein Zuführtisch 13 angebracht, an dessen äusserem Ende ein Umlenkrollenpaar 11 drehbar gelagert ist. Auf der dem Zuführtisch 13 gegenüberliegenden Seite des Sockels 103 ist ein Ablauftisch 15 befestigt. Die obere Umlenkrolle des Rollenpaares 11, ist in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert und kann sich der wechselnden Dicke des zwischen den Umlenkwalzen durchgeführten Filterpapieres anpassen.
Der Lagerbock 107 ist mit einer (nicht dargestellten) Einrichtung zum Abbremsen der Papierrolle 109 ausgerüstet.
Die Falzprägemaschine besitzt zwei Zuführwalzen 23 und 25, die quer zur Bewegungsrichtung des Filterpapierbandes angeordnet sind. Die Walze 25 ist im Sockel 103 drehbar gelagert und trägt an einer Seite eine Riemenscheibe 53. Die darüber angeordnete Zuführwalze 23 ist ebenfalls im Sockel 103 drehbar gelagert und kann ausserdem in vertikaler Richtung verschoben werden.
Die Feder 26 drückt die Walze 23 in Richtung der Walze 25, wodurch sich der Abstand der beiden Zufühmngswalzen 23 und 25 selbsttätig der Dicke des dazwischen durchgeführten Filterpapierbandes 10 anpasst. Neben den Zuführungswalzen 23 und 25 sind, ebenfalls rechtwinklig zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene des Filterpapierbandes 10 zwei Prägewalzen 27 und 28 angebracht, zwischen denen das Filterpapierband 10 durchgeführt wird. Die beiden Prägewalzen 27 und 28 weisen in regelmässigen Abständen auf ihrem Umfang verteilt abwechslungsweise Erhebungen 29, 30 und Vertiefungen 31, 32 auf, welche parallel zur Achse der Prägewalzen verlaufen. Auf jeder Walze liegen zwischen den Erhebungen und den Vertiefungen Mantelsegmente 24.
Die Erhebungen stehen aus diesen so weit vor, bzw. die Vertiefungen sind so weit eingearbeitet, dass sich die Mantelsegmente nicht berühren können und auch ein zwischen den Walzen hindurchgeführtes Band aus Filtermaterial von den Mantelsegmenten nicht geklemmt wird.
Da das Filtermaterial normalerweise nicht sehr gleichmässig in seiner Dicke ist, würde das Einklemmen zwischen den Mantelsegmenten der Walzen ein teilweises Verdichten des Materials bewirken, was zu einer unterschiedlichen Gasdurchlässigkeit der einzelnen Flächenelemente führen würde und darum zu vermeiden ist.
Die Erhöhungen der einen Prägewalze wirken mit den Vertiefungen der anderen Prägewalze ähnlich wie Zahnräder zusammen, d.h. es stehen sich jeweils in der durch die Drehachsen der Prägewalze definierten Ebenen eine Erhöhung der einen und eine Vertiefung der anderen Prägewalze gegenüber. Die Prägewalzen 27 und 28 sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt, können aber auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen. Am einfachsten werden die Vertiefungen 31 aus dem Vollen gearbeitet, während die Erhebungen 29 aus Einsatzstükken bestehen, welche in Nuten der Prägewalzen eingesetzt und durch geeignete Mittel befestigt werden.
Wie aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, sind beide Prägewalzen im Sockel 103 drehbar gelagert. Die Lagerschale 35 der unteren Prägewalze 28 ist mit dem Grundblock fest verschraubt Die Lagerschale 49 der oberen Prägewalze 27 ist in der Führung 36 senkrecht d.h. quer zur Bewegungsrichtung des Filterpapierbandes verschiebbar.
Der Abstand zwischen den beiden Prägewalzen kann durch Drehen der Schraube 50 entsprechend der Dicke des Filterpapierbandes eingestellt werden. Die Prägewalzen und die Zuführwalzen 25 stehen über ein Wechselgetriebe miteinander in Antriebsverbindung. Dies kann durch bekannte Zahnradgetriebe erfolgen, beispielsweise durch ein Zahnrad 40, das über ein Zwischenrad 44 mit einem auf der Welle der Zuführungswalze 25 montierten Zahnrad 46 in Eingriff steht. Die auf der gleichen Welle wie das Zahnrad 46 befestigte Riemenscheibe 53 wird über einen Riemen 54 vom Antriebspulli 55 eines Motors 56, welcher am Sockel 103 befestigt ist, angetrieben. Auf der Welle 37 der Prägewalze 27 und auf der Welle 39 der Prägewalze 28, sind auf der dem Antrieb gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung je ein Zahnrad 41 und 43 gleicher Grösse aufgesetzt, welche miteinander in Eingriff stehen.
Die Verzahnung dieser Zahnräder ist so korrigiert, dass auch bei einer Veränderung des Abstandes zwischen der Prägewalzen die Präzision des Eingriffes erhalten bleibt. Auf der Länge der ganzen Maschine sind zur seitlichen Führung des Filterpapierbandes beidseitig Führungsleisten 14 angebracht.
Der Ausgang aus der Falzprägemaschine A ist direkt mit dem Eingang der Bearbeitungsmaschine B verbunden, in der die Abstandshalter aufgebracht werden. Dazu werden mit einem Klebemittel getränkte Schnüre auf einer Seite des Filterpapierbandes und parallel zu dessen Längskante in mehreren Reihen aufgeklebt. Dieser Arbeitsgang ist hinreichend bekannt, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Am Ausgang der Maschine B zum Aufbringen der Abstandshalter ist eine Saug- und Blasvorrichtung vorgesehen, um restliche, auf dem Filtermaterial befindliche Staub- oder freie Materialfasern zu entfernen.
Die Maschine B ist direkt an die in den Fig. 6 und 7 gezeigte Maschine C, in der das Filterpapierband zusammengefaltet wird, angeschlossen. An dem der Maschine B zugekehrten Ende der Maschine C ist ein Walzenpaar 79, 83 rechtwinklig zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene des Filterpapierbandes an einem nicht gezeigten Sockel gelagert. Die untere Walze 79 ist in einem ortsfesten Lager drehbar und wird von einem stufenlos regulierbaren Motor 81 angetrieben.
Die über der Walze 79 befindliche Gegenwalze 83, ist ebenfalls drehbar und dazu in senkrechter Richtung, d.h. im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der Filterpapierbahn verschiebbar. Die Gegenwalze 83 weist radiale Nuten 84 auf, durch die die Schnüre 87 ohne die Walze zu berühren, hindurchgleiten können. Der Durchmesser der Walzen 79 und 83 liegt bevorzugt zwischen 50% und 150% des Abstandes zweier Prägungen. Unmittelbar anschliessend an die Walzen 79, 83 wird durch zwei Führungsstücke 85, 86 ein sich verengender Einlauf 89 gebildet. Der Abstand zwischen den Kanten der Führungsstücke 85, 86 und den benachbarten Walzen 79, 83 ist vorteilhafterweise kleiner als die herzustellende Teilung 93, der Falten des Filtereinsatzes.
Die Führungsstücke 85, 86 sind in ihrer Neigung zwischen 0 und 450 gegen die Horizontale verschwenk- und arretierbar und als Ganzes in Bewegungsrichtung des Filterpapierbandes verschiebbar.
An die Führungsstücke ist ein Faltkanal 77 angeschlossen, der aus vier parallel zur Bewegungsrichtung des Filterpapieres angeordneten Winkeleisen 73. 74, 75 und 76 in Fig. 8 gebildet ist. Die Lage dieser Winkeleisen zueinander kann eingestellt und damit an Filter verschiedener Breite und unterschiedlichen Faltabstandes angepasst werden.
Durch nicht dargestellte, bekannte Mittel wird die Geschwindigkeit des stufenlos regulierbaren Motors 81 so geregelt, dass die Vorschubgeschwindigkeit des gestreckten Filterpapierbandes in den einzelnen Maschinen übereinstimmt.
Beim Betrieb der Vorrichtung treibt der Motor 56 über das Antriebspulli 55, den Riemen 54 und die Riemenscheibe 53 die Zuführwalze 25 an und gleichzeitig über das Zahnrad 46, das als Vorgelege wirkende Zwischenrad 44 und die Zahnräder 40, 43 und 41 die beiden Prägewalzen 28 und 27. Das zwischen den Zuführwalzen 23 und 25 liegenden Filterpapierband 10 wird dadurch über die Umlenkwalze 11 von der Papierrolle 109 abgerollt und in Richtung des Pfeiles 22 transportiert. Gleichzeitig mit dem Motor 56 wird auch der Antriebsmotor 81 der Maschine C eingeschaltet, der das Filterpapierband durch die Maschine B in die Maschine C hineinzieht.
Die Prägewalzen 27 und 28 klemmen solange sich nur die Mantelsegmente 24 gegenüberstehen das Filterpapierband 10 nicht. Wie bereits oben ausgeführt, ist der Abstand der sich gegenüberliegenden Mantelsegmente grösser als die nominelle Dicke des Filterpapierbandes. Sobald jedoch durch die Rotation der Prägewalzen eine Erhebung 29 und eine Vertiefung 31 einander gegenüberstehen, greifen diese in die Ebene des Filterpapierbandes 10 ein und prägen einen Falz in das Filterpapierband 10, der in Richtung der Vertiefung 31 aus der Filterpapierbandebene hervorsteht. Dabei stehen aufeinanderfolgende Falze jeweils nach entgegengesetzten Richtungen aus der Ebene des Filtermaterialbandes hervor.
Nach dem Durchlauf durch die Maschine A wird das Filterpapierband in die Maschine B eingeführt, in der nach bekannten Verfahren die Abstandshalter angebracht werden. Vor dem Verlassen dieser Maschine wird das Filterpapierband noch beidseitig abgesaugt um eine optimal gereinigte Oberfläche zu gewährleisten. Die Maschine B benötigt keinen eigenen Antrieb für den Transport des Filterpapierbandes, sondern dieses wird durch die vom Antriebsmotor 81 angetriebene Transportwalze 79 der Maschine C gezogen.
Das mit den quer zur Bewegungsrichtung liegenden Prägungen versehene Filterpapierband wird aus den Transportwalzen 79, 83 in den Einlauf 89 des Faltkanals 77 geschoben. Beim Anlauf der Maschine werden mehrere Falten von Hand in das ausgezogene Filterpapierband gelegt. Der Reibungswiderstand dieser ersten Falten im Faltkanal erzeugt eine Stauung des Filterpapierbandes, die dann die automatische Faltung einleitet. Das Abbremsen des Filterstreifens kann dann durch einfache Hilfsvorrichtung so geregelt werden, dass die Herstellung verschieden dichter Faltenlagen, d.h. verschiedener Faltenteilungen möglich ist.
Die Einstellung des Neigungswinkels der Führungs- stücke 85 und 86 am Einlauf des Faltkanals kann dazu verwendet werden, eine schräge Falzlage, d.h. eine in Bewegungsrichtung der Filtermaterialbahn nach vorne oder hinten geneigte Lage der Falten zu korrigieren.
Am Ausgang des Faltkanals wird das gefaltete Filterpapierband zu Filtereinsätzen der gewünschten Länge zerschnitten.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung besteht darin, dass eine kontinuierliche Herstellung von der Materialrolle bis zum fertigen Filtereinsatz möglich ist. Da das Prägen mit wesentlich grösserer Geschwindigkeit als das Plissieren erfolgen kann und die vor dem Falten geprägten Filter geradlinig begrenzte Seiten besitzen also nicht mehr nachgeschnitten werden müssen, ergeben sich ausserdem beachtliche Einsparungen, sowohl in der Herstellzeit als auch an Filtermaterial.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung von Papierfiltern beschränkt, sondern kann für jedes andere Filtermaterial verwendet werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Filtereinsätze zeichnen sich durch eine hohe Regelmässigkeit in der Teilung der Falten und durch eine nicht beschädigte, glatte Oberfläche des Filterpapierbandes aus.
Die Mittel zum Herstellen der Prägungen sind nicht auf das in dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung beschriebene Walzenpaar beschränkt, dessen Walzen an sich gegenüberliegenden Stellen des Umfangs mit Erhebungen bzw. mit Vertiefungen versehen sind. Es ist ebensogut möglich mit Walzen zu prägen, deren Oberflächen nur Erhebungen besitzen, wobei das Filtermaterial bei der Prägung zwischen zwei Erhebungen, von denen jede zu einer der parallel zueinander liegenden Walzen gehört, verdichtet wird. Es ist auch möglich, nur eine rotierende Prägewalze zu verwenden, die einer ebenen Fläche gegenüber steht, über die das Filtermaterial gleitet. Die Höhe der Prägewalze über dem Arbeitstisch wird dann so eingestellt, dass der kleinste Abstand der Erhöhungen über dem Tisch geringer ist als die Dicke des Filtermaterials.
Das Prägen muss auch nicht wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben, mit rotierenden Prägewalzen erfolgen, sondern kann ebensogut durch einen oder sich gegenüberstehende zwei Prägestempel erfolgen, die nur in einer Ebene, vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Filtermaterials bewegbar sind. Ein solcher Prägestempel kann aus einem gehärteten Stahlblech bestehen, das über dem horizontalen Arbeitstisch auf dem das Filtermaterial gleitet und quer zu dessen Gleitrichtung angeordnet ist, und auf- und abbewegt wird. Die Bewegung ist dabei so eingestellt, dass der kleinste Abstand den der Prägestempel bei jedem Arbeitszyklus vom Arbeitstisch erreicht, geringer ist als die Dicke des Filtermaterials. Werden zwei Prägestempel verwendet, so können diese vorzugsweise senkrecht zur Gleitebene des Filtermaterials und gegenläufig in ihrer Bewegung geführt werden.
Der Abstand der einzelnen Prägungen auf dem Filtermaterial voneinander ist massgeblich für die Dicke, die der fertige Filter nach dem Zusammenfalten besitzt.
Der Abstand kann auf verschiedene Arten eingestellt werden. Es ist möglich, die Vorschubgeschwindigkeit des Filtermaterialbandes und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Prägewalzen starr miteinander zu koppeln und austauschbare Prägewalzen zu verwenden, die alle den gleichen Umfang besitzen und deren auf diesem Umfang in regelmässigen Abständen befindliche Erhöhungen bzw. Vertiefungen unterschiedlichen Abstand voneinander haben. Es ist aber auch möglich, immer mit dem gleichen Prägewalzenpaar zu arbeiten und das Verhältnis der Transportgeschwindigkeit des Filtermaterialbandes zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen zu ändern.
In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn vor und nach den Prägewalzen Einrichtungen vorgesehen sind, die den Ausgleich zwischen der Transportgeschwindigkeit des Bandes und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen während des Prägens ermöglichen. Werden anstelle der Prägewalzen Prägestempel verwendet, so kann die Einstellung des Abstandes zwischen zwei Prägungen analog zu den beiden oben im Zusammenhang mit Prägewalzen beschriebenen Verfahren erfolgen.
Die beispielsweise beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von Filtereinsätzen besitzt zwei Antriebswalzen für das Filtermaterialband. Auf diese Weise wird erreicht, dass die für den Transport gesamthaft aufzuwendende Kraft an zwei Orten angreifen kann, wodurch die Zugbelastung des Bandes verringert wird. Je nach der Art des Filtermaterials und der aufzuwendenden Zug- kräfte kann aber auch nur eine einzige oder es können mehrere Transportwalzen verwendet werden.
Die beschriebene Anordnung der Maschine zum Aufbringen der Abstandshalter zwischen der Prägemaschine und der Faltmaschine kann den speziellen Anfordemngen der gesamten Vorrichtung angepasst werden.
Es ist ebensogut möglich, die Abstandhalter vor dem Prägen auf das Filtermaterial aufzubringen.