DE19922326A1

DE19922326A1 - Mehrlagiges Filtermedium

Info

Publication number: DE19922326A1
Application number: DE1999122326
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Moser; Guenter Goerg
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2019-05-15
Also published as: DE19922326B4

Abstract

Es wird ein Filtermedium, insbesondere für gasförmige Medien, bestehend aus mindestens drei Lagen, vorgeschlagen. Auf eine Stützlage 17 aus Filterpapier wird rohseitig eine Vlieslage 16 zur Vorabscheidung und reinseitig eine Vlieslage 18 zur Absolutfiltration vorgesehen. Die Stützlage übernimmt hauptsächlich Stützfunktion und ist am Filterprozeß nicht beteiligt. Sollten sich jedoch aus der Vorabscheidelage 16 durch Erschütterung Partikel lösen, so werden diese nicht direkt an die rohseitige Grenzschicht der Hauptabscheidelage 18 herangetragen, weils sie durch die Stützlage 17 aufgehalten werden. Dadurch wird vorteilhafterweise ein Zusetzen der Hauptabscheidelage verhindert. Diese kann daher sehr dünn ausgebildet sein, wodurch eine hohe Filterkapazität bei geringem Strömungswiderstand des Filtermediums erzielbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges Filtermedium mit mindestens drei Lagen, wo von mindestens eine Lage als Stützlage ausgeprägt ist, nach der Gattung des Pa tentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung einen Filtereinsatz, bei dem das oben genannte Filtermedium zum Einsatz kommt.

Mehrlagige Filtermedien sind bekannt. Die Verwendung von Filterlagen mit unter schiedlichen Eigenschaften bewirkt eine Aufteilung der vom Filtermedium zu be werkstelligenden Aufgaben. Hierdurch kann das Filtermedium hinsichtlich seiner Filterkapazität, dem erzeugten Druckverlust und dessen Einsatzgebiet optimiert wer den.

Aus der US 5 427 597 ist z. B. ein mehrlagiges Filtermedium bekannt (vergleiche Fig. 1a). Hierbei kommt eine Trägerlage 14 aus Filterpapier zum Einsatz, auf die die für die Filterung des Fluids verantwortlichen Filterlagen einseitig aufgebracht sind. Die Filterlagen 11, 12 bestehen aus Vliesmaterialien mit unterschiedlichen Ab scheideeigenschaften. Die Filterlage 11 soll eine Vorabscheidung von Staub bewir ken während die Filterlage 12 für eine Absolutfiltration des zu filternden Fluids ver antwortlich ist. Somit ist das Stützmedium an einem Filterprozess nicht beteiligt. In der Praxis kann natürlich eine vorwiegend adhäsive Anlagerung von Partikeln im Stützpapier stattfinden, wenn diese beide Filterschichten durchtreten haben.

Durch Aufteilen der Filterfunktion auf zwei Filterschichten zur Vorabscheidung und Absolutfiltration läßt sich das Filtermedium hinsichtlich einer möglichst hohen Filter kapazität bei möglichst geringem Strömungswiderstand verwirklichen. Größere Par tikel und Staub sammeln sich in der Vorabscheidelage, die aufgrund ihrer geringen Filterfeinheit einen geringen Strömungswiderstand darstellt. Die Hauptabscheide schicht kann dünner ausfallen, da aufgrund der Vorabscheidung eine geringere Fil terkapazität für diese Schicht gefordert ist. Hierdurch kann eine wesentliche Verrin gerung des Strömungswiderstandes des gesamten Filterelementes erreicht werden.

Bei schwingender bzw. stoßweiser Beanspruchung des Filters, wie dies z. B. bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen der Fall ist, kann die Filterstandzeit jedoch in uner wünschter Weise verkürzt werden. Dies ist auf eine Verdichtung des vorabgeschie denen Materials an der Grenzfläche zwischen der Vorabscheideschicht und der Hauptabscheideschicht zurückzuführen. Die Vorabscheideschicht ist nämlich zu grobmaschig, um das vorabgeschiedene Material fest an sich zu binden. Dieses legt sich dann auf die Hauptabscheideschicht und setzt diese damit zu. Die Verringerung der Filterstandzeit führt zu kürzeren Wechselintervallen für die Filtereinsätze und beeinträchtigt damit die Wirtschaftlichkeit dieser Bauteile.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Filtermedium für Filtereinsätze zu schaffen, welches kostengünstig in der Herstellung bei Realisierung eines geringen Strömungswiderstandes und einer hohen Filterkapazität und zuverlässig im Einsatz ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner wird gemäß Anspruch 9 ein Filtereinsatz beansprucht, in dem das erfindungsgemäße Filtermedium zum Einsatz kommt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Filtermedium weist mindestens zwei Filterlagen auf, wobei die eine für eine Vorabscheidung und die zweite für die Absolutfiltration vorgesehen ist. Zwischen diesen beiden Filterlagen befindet sich die Stützlage, welche vorzugs weise aus einem überwiegend zellulosehaltigen Filterpapier besteht. Die Filterfein heit der Stützlage ist in jedem Fall geringer als die der Hauptabscheidelage, die sich auf der Reinseite der Stützlage befindet. Die Hauptaufgabe der Stützlage ist es, dem Filtermedium bei der Verarbeitung zu einem Filtereinsatz genügende Stabilität zu verleihen. Gleichzeitig verbessern sich durch Vorsehen einer Stützlage aus Filterpa pier die Verarbeitungseigenschaften des Filtermediums. Dieses kann mit für Filter papier bekannten Verfahren weiterverarbeitet werden.

Im regulären Betrieb des Filtermediums durchtritt das zu filternde Medium, welches insbesondere gasförmig ist, das Filtermedium von der Rohseite zur Reinseite. Dabei findet eine Vorabscheidung von groben Partikeln und Staub in der Vorabscheidelage statt. Die Stützlage trägt zur weiteren Filtrierung des zu filternden Mediums nur un wesentlich bei. Seine Hauptaufgabe ist die Stützfunktion. Die Struktur des Filterpa piers ist extrem luftdurchlässig, um einen geringen Strömungswiderstand zu erzie len. Somit tritt das mit feinen Partikeln beaufschlagte zu filternde Medium auf die Hauptabscheidelage, wobei beim Durchtritt auf die Reinseite des Filtermediums eine Absolutfiltration mit den geforderten Abscheidegraden in der Hauptabscheidelage stattfindet.

Bei einer rüttelnden Beanspruchung des Filtermediums erfüllt die Stützlage aber noch eine Nebenfunktion. Es hat sich gezeigt, daß die Stützlage für die in der Vorabscheidelage abgeschiedenen Grobpartikel genügende Abscheideeigenschaf ten aufweist für den Fall, daß diese sich lösen und von dem zu filternden Medium in Richtung der Hauptabscheidelage weitertransportiert werden. Somit ist die Stützlage dazu geeignet, ein Zusetzen der Hauptabscheidelage durch grobe Schmutzpartikel des zu filternden Mediums wirksam zu verhindern. Daher kann die Dicke der Hauptabscheidelage gering ausfallen, wodurch der Strömungswiderstand des Fil termediums weiter herabgesetzt wird. Im Vergleich zu mehrlagigen Filtermedien, bei denen die Vliesschichten direkt aufeinander folgen, kann Gewicht eingespart werden und der durch das gesamte Filtermedium erzeugte Druckverlust weiter verringert werden. Dabei wird gleichzeitig eine genügende Filterkapazität des gesamten Fil termediums gewährleistet.

Die beschriebenen positiven Effekte lassen sich auch erreichen, wenn die Filterfein heit der Stützlage geringer gewählt ist als die der Vorabscheidelage. Für den Fall, daß Partikel, die eigentlich in der Vorabscheidelage abgeschieden werden sollten, die Stützlage erreichen, reicht eine geringere Filterfeinheit aus, da lediglich ein Zu setzen der Grenzschicht zwischen Stützlage und Hauptabscheidelage vermieden werden soll. Je geringer die Filterfeinheit der Stützlage gewählt ist, desto geringer ist auch der durch die Stützlage verursachte Strömungswiderstand.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird für die Vorabschei delage ein Melt-Blown Vlies mit einem Flächengewicht zwischen 5 und 20 g/m² und einer Faserstärke zwischen 10 und 30 µm gewählt. Für die Hauptabscheidelage ist die Verwendung eines Melt-Blown Vlieses mit einem Flächengewicht zwischen 3 und 20 g/m² und einer Faserstärke zwischen 3 und 10 µm besonders vorteilhaft. Die Fa serstärke für die Vorabscheidelage wird bewußt recht groß gewählt. Dies erklärt sich aus der großen Maschenweite des Vlieses, weswegen die Fasern durch ihre Ei gensteifigkeit stabilisiert werden müssen. Die Hauptabscheidelage hat trotz der dichten Verflechtung der Fasern ein sehr geringes Flächengewicht. Dies läßt sich dadurch erklären, daß die Dicke der Hauptabscheidelage gering gewählt werden kann. Der Hauptteil der abzuscheidenden Partikel verbleibt in der Vorabscheidelage und evtl. in der Stützlage.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens kann der Stützlage aus zellulosehaltigem Filterpapier ein Anteil bis zu 50% des Gewichts an synthetischen Fasern beigefügt werden. Hier ist insbesondere an Glasfasern zu denken, die der Stützlage trotz einer großen Luftdurchlässigkeit eine genügende Steifigkeit verleihen. Eine andere Beimischung könnte z. B. aus Polyesterfasern be stehen.

Soll das erfindungsgemäße Filtermedium zu einem Filtereinsatz verarbeitet werden, so ist eine zick-zack-förmige Faltung des Filtermediums besonders vorteilhaft. Auf diese Weise läßt sich auf engem Raum eine große Filterfläche unterbringen. Die Verarbeitung des Filtermediums ist dabei genauso einfach wie die reiner Papierfil termedien. Bei der zick-zack-förmigen Faltung des Filtermediums ergibt sich ein zu sätzlicher Vorteil für die beidseitige Anbringung der Filterlagen an der Stützlage. Diese werden in der Nähe des Faltengrundes nämlich verdichtet, was deren Filterei genschaften unerwünscht beeinflußt. Das Maß der Verdichtung hängt im wesentli chen von der Dicke der Filterlage ab. Verteilt man die Filterlagen auf beide Seiten des Stützmediums so ergibt sich eine geringere Höhe der Filterlagen, gesehen von der Oberfläche des Stützmediums. Daher ist auch die Verdichtung der Filterlagen geringer.

Um eine zuverlässige Verbindung zwischen den Filterlagen und der Stützlage zu erreichen kann zwischen den Lagen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfin dung eine Ultraschallverschweißung vorgesehen werden. Diese muß nur punktuell erfolgen und führt auch dazu, daß bei einer Faltung der Stützlage die Filterlagen in die Filterfalten gedrückt werden. Alternativ zu einer Verschweißung ist selbstver ständlich auch eine Verklebung denkbar. Die Verbindung der Lagen erfolgt dann durch einzelne auf die Stützlage aufgebrachte Klebepunkte.

Eine Fixierung der Filterlagen auf der Stützlage kann gemäß einer weiteren Ausge staltung der Erfindung auch durch Prägevorsprünge im Filterpapier erfolgen. Diese vermögen während des Faltvorganges einzelne Fasern der Filterlagen einzuklem men, wodurch eine Fixierung erreicht wird. Zusätzlich können, um den Faltvorgang leichter handhabbar zu machen, einige Fixierungspunkte z. B. durch Verklebungen vorgesehen werden.

Ein Filtereinsatz gemäß Anspruch 9 ist dazu geeignet, ein Filtermedium gemäß ei nem der vorhergehenden Ansprüche aufzunehmen. Auf diese Weise können Fil tereinsätze erzeugt werden, die beim Einbau oder Auswechseln einfach in der Handhabung sind.

Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von sche matischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Filtergehäuses im Schnitt, in das der erfindungsgemäße Filtereinsatz eingebaut ist und

Fig. 2 das Detail X gemäß Fig. 1, in dem das Filtermedium im Schnitt darge stellt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Filter 10 schematisch dargestellt. Ein Filtereinsatz 11, in den das erfindungsgemäße Filtermedium integriert ist, ist dichtend zwischen einer Gehäu seunterschale 12 und einer Gehäuseoberschale 13 eingebracht. Dieses Filter 10 kann z. B. in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingebaut werden. Die Ver brennungsluft strömt von einem Einlaß 14 durch den Filtereinsatz zu einem Auslaß 15 und wird weiter zur Brennkraftmaschine geleitet, die nicht dargestellt ist.

Der Aufbau des Filtermediums läßt sich Fig. 2 entnehmen, die das Detail X gemäß Fig. 1 darstellt. Die Durchströmungsrichtung ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die Ansaugluft strömt zunächst durch eine Vorabscheidelage 16, welche als grobma schiges Melt-blown Vlies ausgeführt ist. Anschließend passiert sie eine Stützlage 17 und gelangt durch eine Hauptabscheidelage 18 zu einer Reinseite 19 des Filterme diums.

Die Stützlage ist zick-zack-förmig gefaltet. Sie weist Prägevorsprünge 20 auf, die für einen regelmäßigen Faltenabstand sorgen und während des Faltvorganges die Vorabscheidelage 16 sowie die Hauptabscheidelage 18 durch Verklemmung fixie ren. Weiterhin ist zu erkennen, daß in der Nähe der Faltengründe 21 Verdichtungs zonen 22 in der Vorabscheidelage 16 sowie der Hauptabscheidelage 18 erzeugt werden. Eine zusätzliche Fixierung zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Fil termediums kann durch Vibrationsschweißpunkte 23 erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit der Fixierung besteht in dem Vorsehen von Klebepunkten 24.

Claims

1. Filtermedium, insbesondere für gasförmige Medien, bestehend aus mindestens drei Lagen, wobei

- eine Stützlage (17) aus einem überwiegend cellulosehaltigen Filterpapier vorge sehen ist,
- mindestens zwei Filterlagen (16, 18) aus Vlies mit unterschiedlichen Abscheideei genschaften vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- jeweils mindestens eine der Filterlagen als Vorabscheidelage (16) auf der Roh seite der Stützlage (17) und als Hauptabscheidelage (18) auf der Reinseite der Stützlage (17) angebracht ist und
- die Filterfeinheit der Stützlage (17) geringer ist, als die der Hauptabscheidelage (18)

2. Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterfeinheit der Stützlage (17) geringer ist, als die der Vorabscheidelage (16).

3. Filtermedium nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorabscheidelage (16) aus einem Melt-Blown Vlies mit einem Flächen gewicht zwischen 5 und 20 g/m² und einer Faserstärke zwischen 10 und 30 µm besteht.

4. Filtermedium nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptabscheidelage (18) aus einem Melt-Blown Vlies mit einem Flächen gewicht zwischen 3 und 20 g/m² und einer Faserstärke zwischen 3 und 10 µm be steht.

5. Filtermedium nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das cellulosehaltige Filterpapier einen Anteil von bis zu 50% des Gewichtes an synthetischen Fasern, insbesondere Glasfasern, aufweist.

6. Filtermedium nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zick-zack-förmig gefaltet ist.

7. Filtermedium nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Filterlagen (16, 18) mit der Stützlage (17) ultraschallver schweißt ist.

8. Filtermedium nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterlagen (16, 18) durch eine zwischen Falten (25) der Stützlage (17) erzeugte Flächen pressung fixiert sind.

9. Filtereinsatz (11) für den Einbau in ein passendes Gehäuse, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Filtermedium gemäß einem der vorherigen Ansprüche im Fil tereinsatz zur Anwendung kommt.