DE102008023976A1

DE102008023976A1 - Filterelement

Info

Publication number: DE102008023976A1
Application number: DE200810023976
Authority: DE
Inventors: Jobst Eisengräber-Pabst; Michael Heim; Andreas Pelz
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-11-19
Also published as: DE102009021800B4; DE102009021800A1

Abstract

Es wird ein Filterelement vorgestellt, bei dem in Durchströmrichtung mindestens eine Lage eines Filtermediums auf einem Träger angeordnet ist. Die anströmseitige Filterlage weist eine Filterschicht aus Feinfasern auf, wobei die Feinfasern im Innern des Filtermediums angeordnet sind. Weiterhin wird ein Filterelement bereitgestellt, bei dem in Durchströmrichtung mindestens eine Lage eines Filtermediums auf einem Träger angeordnet ist und die anströmseitige Filterlage eine Filterschicht aus Feinfasern aufweist, wobei der Träger ein Gitter aus Polymid 6.6 ist. Schließlich wird ein Filterelement vorgestellt, bei dem in Durchströmrichtung mindestens eine Lage eines Filtermediums auf einem Träger angeordnet ist und die anströmseitige Filterlage eine Filterschicht aus Feinfasern aufweist, wobei die anströmseitige Filterlage eine voluminöse Feinstfilterschicht aus Meltblownfasern mit einer Dicke im Bereich von 0,01-0,3 mm ist, der mittlere Faserdurchmesser der Meltblownfasern ungefähr 2 µm beträgt, der untere Faserdurchmesser d_50-2σ ungefähr 700 nm beträgt und das Gewicht der Feinstfaserschicht im Bereich von 5-20 g/cm² liegt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein ein Filterelement. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Filterelement zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere zum Filtern von Materialpartikeln aus einem Gasstrom, z. B. einem Luftstrom. Filter, die ein Substrat mit einer Feinfaserschicht bzw. einem Feinfaservlies aus Polymermaterialien enthalten, sind bekannt. Solche Materialien können zur Bildung von feinen Fasern, wie z. B. Mikrofaser- und Nanofasermaterialien mit verbesserter Stabilität und Festigkeit verwendet werden.
So offenbart bspw. die US 6,673,136 B2 ein Filterelement, bestehend aus einem Filtermedienpack mit einem Substrat, das eine bestimmte Filtrationsleistung aufweist, wobei das Substrat eine Vielzahl von Rillen aufweist und an seiner Oberfläche zumindest teilweise mit einer Schicht feiner Fasern mit einem Durchmesser von ungefähr 0,01 bis 0,5 μm so belegt ist, dass mindestens 30% der Fasern unter bestimmten Testbedingungen für Filtrationszwecke unverändert bleiben.
Solche mit Nanofasern belegten Filterelemente zeigen sehr gute Abscheidungsleistungen und hohe Staubspeicherkapazitäten für Feinstpartikel. Diese hohen Staubspeicherkapazitäten werden durch eine große Faser oberfläche der Feinstfaserauflage hervorgerufen. Hierbei wird eine verbesserte Partikelanlagerung erzeugt, die das Verblocken des Filters verzögert.
Das Nanofasermedium kann diese Feinstfaserlage jedoch nur als zweidimensionale Fläche erzeugen und weist eine Dicke kleiner 1 μm auf. Dadurch werden die abgeschiedenen Partikel in Form eines Filterkuchens aufgebaut. Dieser Filterkuchen besitzt mit abnehmender Partikelgröße zunehmende Durchflusswiderstände. Dadurch wird das Medium verblockt.
Es besteht folglich ein Bedarf, Filterelemente zu schaffen, die die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filterelement, insbesondere zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, das das Verblocken des Filtermediums für feinste Partikel verzögert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Filterelement bereitzustellen, bei dem die Abscheideleistung auf hohem Niveau beibehalten werden kann.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die Filterelemente nach den unabhängigen Ansprüchen 1, 3 und 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein unbeschichtetes PA 6.6-Gitter mit einer Maschenweite von 100 ± 10 μm;
2 das Gitter aus 1 mit einer Beschichtung aus Nanofasern;
3 das beschichtete Gitter aus 2 im Querschnitt;
4 ein unbeschichtetes PA 6.6-Gitter mit einer Maschenweite von 102 ± 6 μm;
5 das Gitter aus 4 mit einer Beschichtung aus Nanofasern;
6 das beschichtete Gitter aus 5 im Querschnitt;
7 ein unbeschichtetes PA 6.6-Gitter mit einer Maschenweite von 150 ± 9 μm;
8 das Gitter aus 7 mit einer Beschichtung aus Nanofasern; und
9 das beschichtete Gitter aus 8 im Querschnitt.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Eine erste Lösung besteht darin, die Schicht feiner Fasern nicht auf der Oberfläche des Substrats, sondern im Inneren des Mediums anzuordnen. Bei den Fasern kann es sich dabei um Nanofasern, Mikrofasern, etc. han deln. Diese Filtermedien mit integrierten Feinfasern zeigen sehr gute Abscheidungsleistungen und hohe Staubspeicherkapazitäten für Feinstpartikel. Durch die in das Medium integrierten Feinfasern kann die Verblockung des Mediums verringert bzw. verzögert werden.
Eine weitere Lösung besteht darin, sogenannte „nicht filtrierende Träger” mit einer Nanofaserauflage zu versehen. Dabei werden Gitter aus Polyamid 6.6 (PA 6.6) mit einer Beschichtung aus Nanofasern versehen. Die Maschenweite der Gitter kann dabei variieren. 1 zeigt ein unbeschichtetes PA 6.6-Gitter mit einer Maschenweite von 100 ± 10 μm, 2 ein solches Gitter mit einer Beschichtung aus Nanofasern. 3 zeigt das beschichtete Gitter im Querschnitt. Die Luftdurchlässigkeit des unbeschichteten Gitters beträgt ~9.880 l/(m²s), die des beschichteten Gitters 800–1.500 l/(m²s). Die Siebfeinheit beträgt 69,9 n/cm, die Dicke 70 μm und das Flächengewicht 24 g/cm². In 4 ist ein PA 6.6-Gitter gezeigt, das eine Maschenweite von 102 ± 6 μm aufweist. 5 zeigt das beschichtete Gitter und 6 eine Querschnittansicht des beschichteten Gitters. Die Luftdurchlässigkeit des unbeschichteten Gitters beträgt ~8.600 l/(m²s), die des beschichteten Gitters ~1.500 l/(m²s). Die Siebfeinheit beträgt 65 n/cm, die Dicke 80 μm und das Flächengewicht 35 g/cm². Ein weiteres PA 6.6-Gitter ist in den 7 bis 9 gezeigt. Hier beträgt die Maschenweite 150 ± 9 μm. Die Luftdurchlässigkeit des unbeschichteten Gitters beträgt ~11.000 l/(m²s), die des beschichteten Gitters ~650–840 l/(m²s). Die Siebfeinheit beträgt 47 n/cm, die Dicke 95 μm und das Flächengewicht 35 g/cm². 7 zeigt das unbeschichtete Gitter, 8 das beschichtete Gitter und 9 das beschichtet Gitter im Querschnitt.
Noch eine andere erfindungsgemäße Lösung sieht vor, Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von ~2 μm anstelle von solchen mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,5 μm zu verwenden. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht in der großen Rußkapazität.
Ein weiterer Ansatz für die Realisierung der Aufgabe besteht darin, die sehr dünne Nanofaserlage durch eine volumetrische Feinstfaserlage zu ersetzen und somit eine Tiefenfilterschicht aus feinsten Fasern aufzubauen, die die abgeschiedenen Partikel über die gesamte Dicke der Feinstfaserlage des Mediums (der Feinstfaserlage) verteilt speichert und somit den Aufbau eines vergleichbar dichten Filterkuchens verhindert. Hierzu wird eine Feinstfaserschicht aus Meltblownfasern verwendet. Die Fasern besitzen einen mittleren Faserdurchmesser von –2 pm, wobei der untere Faserdurchmesser d_50-2σ bei ungefähr 700 nm liegt.
Die Meltblownschicht wird wie folgt charakterisiert: Mittlerer Faserdurchmesser: d₅₀ = 2,0 μm; Gewicht: 5–20 g/m², vorzugsweise 10 g/m²; Dicke: 0,01–0,3 mm, vorzugsweise 0,08–0,13 mm; Luftdurchlässigkeit: 500 l/m²s–5.000 l/m²s, vorzugsweise 1.000–1.500 l/m²s), Werkstoff: Polycarbonat, Polypropylen, Polyamid, PET, vorzugsweise PBT, u. a.
Der Träger besteht aus einem Cellulose-basierten Filtermedium mit einem Flächengewicht zwischen 50 und 200 g/m² und Luftdurchlässigkeiten zwischen 50 und 1000 l/m²s. Die Dicke des Trägermaterials beträgt 0,2–0,5 mm. Der Träger ist flammhemmend imprägniert. Die Imprägnierung ist als NC Imprägnierung ausgeführt bei der Anwendung als Kompaktluftfilter, in zu härtender Phenolharzimprägnierung bei sterngefalteten Elementen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6673136 B2 [0003]

Claims

Filterelement, bei dem in Durchströmrichtung mindestens eine Lage eines Filtermediums auf einem Träger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die anströmseitige Filterlage eine Filterschicht aus Feinfasern aufweist, wobei die Feinfasern im Innern des Filtermediums angeordnet sind.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfasern Mikro- oder Nanofasern sind.
Filterelement, bei dem in Durchströmrichtung mindestens eine Lage eines Filtermediums auf einem Träger angeordnet ist und die anströmseitige Filterlage eine Filterschicht aus Feinfasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Gitter aus Polymid 6.6 ist.
Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenweite des Gitters zwischen 100 und 150 μm beträgt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von ~2 μm aufweist.
Filterelement, bei dem in Durchströmrichtung mindestens eine Lage eines Filtermediums auf einem Träger angeordnet ist und die anströmseitige Filterlage eine Filterschicht aus Feinfasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die anströmseitige Filterlage eine voluminöse Feinstfilterschicht aus Meltblownfasern mit einer Dicke im Bereich von 0,01–0,3 mm ist, der mittlere Faserdurchmesser der Meltblownfasern ungefähr 2 μm beträgt, der un tere Faserdurchmesser d_50-2σ ungefähr 700 nm beträgt, und das Gewicht der Feinstfaserschicht im Bereich von 5–20 g/cm² liegt.
Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Feinstfaserschicht 0,08–0,13 mm beträgt.
Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Feinstfaserschicht 10 g/cm² beträgt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchlässigkeit der Feinstfaserschicht im Bereich von 500–5000 l/m²s liegt.
Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchlässigkeit der Feinstfaserschicht im bereich von 1.000–1.500 l/m²s liegt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Feinstfaserschicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PBT, Polycarbonat, Polypropylen, Polyamid und PET.
Filterelement nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus einem cellulose-basierten Filtermedium besteht.
Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht des Trägers zwischen 50 und 200 g/cm² liegt.
Filterelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Luftdurchlässigkeit zwischen 50 und 100 l/m²s aufweist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Trägermaterials im Bereich von 0,2–0,5 mm liegt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 12–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger flammhemmend imprägniert ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Träger und Feinstfaserschicht mittels Kalander erfolgt.
Filterelement nach einem der Ansprüche 6–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstfaserschicht auf dem Träger aufgeklebt ist.
Verwendung des Filterelements nach einem der Ansprüche 1–18 als Kompaktluftfilter in Brennkraftmaschinen.