DE102009006058B3

DE102009006058B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines schlauchförmigen Filtermediums

Info

Publication number: DE102009006058B3
Application number: DE102009006058A
Authority: DE
Inventors: Florian Janiak
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2009-01-24
Filing date: 2009-01-24
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2029-01-25
Also published as: WO2010083928A9; WO2010083928A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (14) zur Herstellung eines schlauchförmigen Filtermediums (16; 16a) zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, beschrieben. Die Vorrichtung (14) umfasst wenigstens einen Düsenkörper (34, 36, 38, 40), der funktional mit einem Werkstoffzuliefermittel (72, 74, 76, 78) verbunden ist. Mit dem Werkstoffzuliefermittel (72, 74, 76, 78) kann der Düsenkörper (34, 36, 38, 40) mit einem Werkstoff (42, 44, 46, 48) zum wenigstens Mitbilden des Filtermediums (16; 16a) gespeist werden. Der Düsenkörper (34, 36, 38, 40) weist wenigstens eine Düsenöffnung (58, 60, 62, 64) auf, aus der der Werkstoff (42, 44, 46, 48) abgegeben werden kann. Die Vorrichtung (14) umfasst ferner eine die Schlauchform des Filtermediums (16; 16a) vorgebende Formoberfläche (54), auf der der aus der wenigstens einen Düsenöffnung (58, 60, 62, 64) abgegebene Werkstoff (42, 44, 46, 48) abgeschieden werden kann. Der Düsenkörper (34, 36, 38, 40) ist um eine Rotationsachse (50) rotierend antreibbar. Die Formoberfläche (54) umgibt den Düsenkörper (34, 36, 38, 40) wenigstens zum Teil, derart, dass der Werkstoff (42, 44, 46, 48) beim Rotieren des Düsenkörpers (34, 36, 38, 40) um die Rotationsachse (50) durch die Fliehkraft aus der Düsenöffnung (58, 60, 62, 64) herausgeschleudert werden kann und der herausgeschleuderte Werkstoff (42, 44, 46, 48) auf der Formoberfläche (54) zur mit Bildung des Filtermediums (16; 16a) aufgefangen und geformt werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines schlauchförmigen Filtermediums zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens zwei Düsenkörpern, die funktional mit einem Werkstoffzuliefermittel verbunden sind, mit dem die Düsenkörper mit einem Werkstoff zum wenigstens Mitbilden des Filtermediums gespeist werden können, und die jeweils wenigstens eine Düsenöffnung aufweisen, aus der der Werkstoff abgegeben werden kann, und mit einer die Schlauchform des Filtermediums vorgebenden Formoberfläche, auf der der aus der wenigstens einen Düsenöffnung abgegebene Werkstoff abgeschieden werden kann.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines schlauchförmigen Filtermediums zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem wenigstens ein Düsenkörper mit einem Werkstoff mittels eines Werkstoffzuliefermittels gespeist wird und der Werkstoff zum wenigstens Mitbilden des Filtermediums aus wenigstens einer Düsenöffnung des Düsenkörpers abgegeben wird, und bei dem der aus der wenigstens einen Düsenöffnung abgegebene Werkstoff auf einer die Schlauchform des Filtermediums vorgebenden Formoberfläche abgeschieden wird.
Stand der Technik
Zur Herstellung von marktbekannten schlauchförmigen Filtermedien zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere Luft, Öl, Kraftstoff, zu denen auch Filterschläuche zählen, werden flache Bahnen aus unterschiedlichen Werkstoffen wie Papier oder Vlies oder Kombinationen daraus hergestellt. Die flachen Bahnen werden in einem weiteren Verfahrensschritt durch Falten oder Prägen in die gewünschte Schlauchform gebracht. Dabei entsteht eine Verbindungsnaht.
Aus der Patentschrift DE 31 31 643 C2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung flächiger Faserbahnen aus Verstärkungsfasern bekannt, wobei die Verstärkungsfasern auf einer hydrodynamischen Ausrichtstrecke gerichtet und auf einer Filterfläche abgelegt werden. Aus der Offenlegungsschrift JP 2002-105830 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Produktes bekannt, wobei flüssiger Polymerwerkstoff aus einer rotierenden Düsenscheibe gefördert wird, wobei die Düsenscheibe innerhalb einer Führungsvorrichtung angeordnet ist.
Aus der Patentschrift DE 32 15 810 C2 ist ein Verfahren zum Sammeln von kontinuierlichen Polymerfäden bekannt, wobei die Polymerfäden zentrifu gal von Spinndüsen eines Spinnkopfes ausgeworfen werden, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, wobei die Fäden von einer ringförmigen Fläche eingefangen werden.
Aus der DE 24 62 881 C2 sind ein anderes Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Vlieses aus thermoplastischen Fasern in nahtloser Schlauchform bekannt. Dabei werden schmelzgesponnene Fäden aus thermoplastischem Kunststoff aus einer Spinndüse mit mehreren nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen ausschließlich mit Hilfe eines Gasstromes verstreckt, in nicht zusammenhängende Stücke zerrissen und auf der Außenfläche einer sich drehenden Trommel abgelegt. Der dabei ausgebildete Schlauch wird von der Außenfläche der Trommel axial abgezogen und abgeflacht. Durch den Gasstrom kann es zu Verwirbelungen kommen, die das Ablegen der Fäden auf der Trommel beeinflussen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass einfach mit möglichst geringem technischem Aufwand möglichst robuste schlauchförmige Filtermedien zur Filtrierung von Fluiden mit optimalen Filtereigenschaften kontrolliert, vorzugsweise kontinuierlich, hergestellt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Düsenkörper um eine Rotationsachse rotierend antreibbar sind und die Formoberfläche die Düsenkörper wenigstens zum Teil umgibt, derart, dass der Werkstoff beim Rotieren der Düsenkörper um die Rotationsachse durch die Fliehkraft aus den Düsenöffnungen herausgeschleudert werden kann und der herausgeschleuderte Werkstoff auf der Formoberfläche zur wenigstens Mitbildung des Filtermediums aufgefangen und geformt werden kann. Dabei sind wenigstens zwei Düsenkörper unabhängig voneinander, insbesondere mit unterschiedlicher Drehrichtung und/oder mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit, antreibbar. Hierzu können vorteilhafterweise die Düsenkörper um die gleiche oder separate Rotationsachse(n) rotierend antreibbar angeordnet sein. Unterschiedliche Drehrichtungen bewirken,
dass herausgeschleuderte Werkstofffäden der unterschiedlichen Drehkörper zu einander geneigt oder versetzt, insbesondere jeweils schraubenartig und verkreuzt übereinander an die Formoberfläche gepresst werden, wodurch die Verbindung der Werkstoffe und die Stabilität des gesamten Filtermediums verbessert wird. Unterschiede in der Drehgeschwindigkeit führen zu unterschiedlichen Anpressdrücken der Werkstoffe an die Formoberfläche, so dass auf diese Weise die Formgebung und Haftung positiv beeinflußt werden kann. Ferner können hierdurch einfach die Eigenschaften des Filtermediums, insbesondere Aufbau und Dichte, beeinflußt werden. Insgesamt kann so die Vorrichtung auf die verwendeten Werkstoffe und den gewünschten Aufbau des Filtermediums optimal ausgelegt werden.
Weiter erfindungsgemäß haben wenigstens zwei Düsenkörper unterschiedliche radiale Ausdehnungen, insbesondere die Düsenöffnungen unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse. Die Variation der Düsenabstände ermöglicht eine weitere Optimierung hinsichtlich der Eigenschaften des Filtermediums und der verwendeten Werkstoffe.
Vorzugsweise kann die Düsenöffnung radial außen am Düsenkörper angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist also mit der Vorrichtung in einem Arbeitsschritt sowohl die Herstellung eines nahtlosen schlauchförmigen Filtermediums als auch dessen Formgebung möglich, ohne dass ein Werkzeugwechsel oder eine weitere Vorrichtung erforderlich ist. Wenn sich der Düsenkörper anfängt zu drehen, wird der Werkstoff durch die Fliehkraft nach außen geschleudert und bildet ein dichtes Geflecht an der radialen Innenseite einer Filterform, welches das Filtermedium zumindest mit bildet. Das Filtermedium kann auch nur durch diesen einen Werkstoff gebildet sein. Die Filterform gibt dabei bereits die gewünschte Schlauchform für das Filtermedium vor, ohne dass eine anschließende Prägung oder Falzung erforderlich ist. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Herstellungsprozeß möglich. Aus dem kontinuierlich hergestellten Filtermedium können kontinuierlich Filterelemente in großer Zahl hergestellt werden. Ferner können Variationen der Vorrichtung schnell umgesetzt werden, um ein Filtermedium mit einem anderen Aufbau herzustellen. Insbesondere kann hierzu die Form und/oder der Werkstoff variiert werden. Dadurch, dass kein Gas, insbesondere Luft, erforderlich ist, um den Werkstoff aus den Düsenöffnungen zu drücken, sondern der Werkstoff durch die Fliehkraft des rotierenden Düsenkörpers herausgeschleudert wird, kommt es nicht zu Gas- oder Luftverwirbelungen. Die Struktur des Filtervlieses kann exakter vorgegeben werden als bei dem Einsatz von Gas-/Luftunterstützung. Bei der Verwendung von zunächst fließ- bzw. sprühfähigen Werkstoffen, insbesondere Schmelzfäden, ist es ferner wichtig, dass diese erst nach dem Auftreffen auf die Formoberfläche aushärten. Je geringer die Gas- oder Luftverwirbelung im Raum zwischen dem Düsenkörper und der Formoberfläche ist, umso geringer ist der Kühleinfluß auf den zunächst fluiden Werkstoff und die Erstarrung des Werkstoffs findet erst an der Formoberfläche statt, wo die Schmelzefäden sich an den Kreuzungspunkten verbinden und somit ein festes Geflecht für das Filtervlies bilden. Außerdem kann durch die Nutzung der Fliehkraft auf eine separate Gas- oder Luftzufuhr verzichtet werden, was den technischen Aufwand reduziert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Düsenkörper eine Düsenscheibe vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen sein. Eine Düsenscheibe ist ein einfach aufgebauter Rotationskörper, der günstige Rotationseigenschaften hat. Ferner ist eine Düsenscheibe flach, so dass auch mehrere Düsenscheiben platzsparend und dicht nebeneinander angeordnet werden können. Mit mehreren, vorzugsweise an der äußeren Umfangsseite des Düsenkörpers gleichmäßig verteilten Düsenöffnungen kann eine gleichmäßig dichte Verteilung des Werkstoffes auf der Formoberfläche erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Düsenkörper auf einer angetriebenen Welle angeordnet sein. Über die Welle kann der Düsenkörper einfach mit einem Antriebsmotor angetrieben werden, der sich platzsparend insbesondere außerhalb der Filterform befinden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens zwei Düsenkörper mit separaten Werkstoffzuliefermitteln, insbesondere einem Behältern und/oder einem Extruder, für unterschiedliche Werkstoffe ver bunden sein. Auf diese Weise können in einem Arbeitsgang unterschiedliche Werkstoffe in vorgegebener Reihenfolge auf die Formoberfläche aufgetragen werden. So können insbesondere ein Werkstoff zur Bildung eines Stützgerüsts, ein Werkstoff zur Erzeugung eines Filtervlieses und ein Werkstoff zur Bindung und Imprägnierung des Filtervlieses mit jeweiligen Düsenkörpern in einem einzigen Verfahrensschritt nacheinander auf die Formoberfläche geschleudert werden. In entsprechenden Behältern können die Werkstoffe in ausreichenden Mengen bevorratet werden. Mit einem Extruder kann granulat- oder pulverförmiger Werkstoff, insbesondere Thermoplast, plastifiziert werden und in einem homogenen Materialstrom zum entsprechenden Düsenkörper gefördert werden, mit dem die Werkstoffschmelze zur Formoberfläche geschleudert wird.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Werkstoff eine Suspension mit Fasern aus Papier und/oder Vliesstoff, Keramik- und/oder Glaspartikeln, ein Phenolharz und/oder ein Thermoplast oder eine Mischung aus mehreren der genannten Materialien aufweisen. Diese Werkstoffe können gegebenenfalls als Schmelze optimal mit den Düsenkörpern zerstäubt oder in Form von Fäden abgeschleudert werden. Eine Suspension mit Fasern aus Papier und/oder Vlies, Keramik- und/oder Glaspartikeln ist einfach herstellbar und mit ihr kann ein Filtervlies mit optimalen Filtereigenschaften realisiert werden. Phenolharz ist optimal geeignet zum Impräg nieren des Filtervlieses. Mit ausgehärtetem Thermoplast kann eine einfache und stabile Stützstruktur kann gebildet werden.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Düsenkörper zur Bildung eines Stützgerüsts, insbesondere eines Thermoplastgerüsts, ausgebildet sein. Auf diese Weise kann bereits beim Formprozess eine Stützstruktur in das Filtermedium integriert werden, so dass eine spätere Ausstattung des Filtermediums insbesondere mit einem Filtermittelrohr nicht erforderlich ist. An die integrierte Stützstruktur können gegebenenfalls auch Filterendscheiben einfach angeklebt oder geschweißt werden.
Ferner können vorteilhafterweise mehrere Düsenöffnungen eines Düsenkörpers und/oder die Düsenöffnungen mehrerer Düsenkörper unterschiedliche Querschnitte und/oder Lochgrößen haben. Variationen dieser Parameter wirken sich günstig auf den gewünschten Aufbau und Dichte des Filtermediums aus. So kann die Vorrichtung auch optimal auf den/die verwendeten Werkstoff(e) ausgelegt werden. Für jeden Werkstoff und die gewünschte Eigenschaft des Filtermediums können die passenden Parameter gewählt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, mit der das an der Formoberfläche gebildete Filtermedium insbesondere mit einer variabel vorgebbaren Fördergeschwindigkeit relativ zum Düsenkörper axial zur Rotationsachse befördert werden kann. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Herstellung des schlauch förmigen Filtermediums möglich. Ferner kann mit der Fördereinrichtung eine Bewegung axial zur Rotationsachse erzeugt werden, welche zu einer insgesamt schraubenförmigen Verteilung von abgeschleudertem Werkstoff auf der Formoberfläche führt. Dies wirkt sich insbesondere auf die Stabilität des Filtermediums günstig aus. Insbesondere in Verbindung mit entgegengesetzt drehenden Drehkörpern kann so ein dichtes und stabiles Geflecht aus sich kreuzenden Fäden erzeugt werden. Die Fördereinrichtung kann hierzu eine Abzieheinrichtung aufweisen, mit dem das Filtermedium in Richtung der Rotationsachse entlang der Formoberfläche gezogen werden kann. Auf diese Weise muss die Form selbst nicht bewegt werden, so dass insbesondere eine kontinuierliche Herstellung und Förderung des Filtermediums einfach realisierbar ist. Alternativ kann zur Förderung des Filtermediums die Formoberfläche mit dem Filtermedium relativ zum Düsenkörper in Richtung der Rotationsachse bewegt werden. Hierzu kann die Formoberfläche insbesondere als Innenseite eines Endlosschlauchs realisiert werden, der über Rollen geführt wird, die die Form des Filtermediums vorgeben. Auf diese Weise sind auch komplexe Schlauchformen, insbesondere mit alternierenden Durchmessern realisierbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Profil der Formoberfläche senkrecht zur Rotationsachse wenigstens zum Teil rund, oval oder eckig, insbesondere sternförmig, sein, die Formoberfläche kann insbesondere durch die Innenseite eines Hohlzylinders mit gebildet sein. Fil termedien mit derartigen Profilen haben optimale Filtereigenschaften und sind robust. Hohlzylinder sind einfach realisierbar und platzsparend aufgebaut.
Ferner kann die Formoberfläche in Förderrichtung des Filtermediums konisch zulaufen. So kann das Filtermedium beim Abziehen von der Filteroberfläche ohne weiteres Werkzeug und/oder einen weiteren Verfahrensschritt radial zusammengedrückt werden, um beispielsweise bei einem Filtermedium mit einem sternförmigem Profil eine engere Faltung zu erreichen, die dann durch Verschweißung mit entsprechenden Endscheiben beibehalten werden kann.
Insgesamt können durch Variationen der Düsenscheibendurchmesser und/oder der Drehzahl der unterschiedlichen Düsenscheiben und/oder die Verwendung unterschiedlicher Lochdurchmesser für die Düsenöffnungen und/oder unterschiedlicher Werkstoffe je Düsenkörper sowie eine Variation der Fördergeschwindigkeit des Filtermediums die Eigenschaften des Filtermediums insbesondere hinsichtlich des Filteraufbaus und der Dichte stark beeinflusst werden.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Düsenkörper um eine Rotationsachse rotierend angetrieben werden, wobei der Werkstoff durch die Fliehkraft aus den Düsenöffnungen herausgeschleudert wird und auf der Formoberfläche, die die Düsenkörper radial zur Rotationsachse wenigstens zum Teil umgibt, zur wenigstens Mitbildung des Filtermediums aufgefangen und geformt wird.
Erfindungsgemäß sind also die Herstellung des Filtermediums und die Formgebung in einem Schritt zusammengefasst. Auf eine separate Gas-/Luftzufuhr kann dabei verzichtet werden, was den technischen Aufwand reduziert. Außerdem werden etwaige Luft-/Gasverwirbelungen vermieden, so dass die Struktur des herzustellenden Filtervlieses besser gesteuert werden kann und eine Abkühlung von herausgeschleudertem Werkstoff bereits in der Flugphase weitestgehend unterbunden wird.
Ferner kann vorteilhafterweise das an der Formoberfläche mit gebildete Filtermedium insbesondere mit einer variablen Geschwindigkeit relativ zum Düsenkörper axial zur Rotationsachse befördert werden, um einen kontinuierlichen Herstellungsprozess zu ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen
1 schematisch eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von einzelnen schlauchförmigen Filtern zur Filtrierung von Fluiden mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Filterschlauchs;
2 schematisch eine Detailansicht der Vorrichtung zur Herstellung des Filterschlauchs aus der 1;
3 schematisch einen Schnitt einer Wandung eines mit der Vorrichtung aus den 1 und 2 hergestellten Filterschlauchs;
4 schematisch einen Querschnitt eines Filterschlauchs mit einem runden Profil, der mit der Vorrichtung aus den 1 und 2 hergestellt werden kann;
5 schematisch einen Querschnitt eines Filterschlauchs mit einem sternförmigen Profil, wie er mit der Vorrichtung aus den 1 und 2 unter Verwendung einer sternförmigen Filterform hergestellt werden kann.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von einzelnen schlauchförmigen Filtern 12 dargestellt. Die Filter 12 dienen zur Filtrierung von Fluiden wie beispielsweise Luft, Öl oder Kraftstoff einer Brennkraftmaschine.
Die Anlage 10 umfasst eine Vorrichtung 14 zur Herstellung eines Filterschlauchs 16. Die Vorrichtung 14 ist in der 1 links und im Detail in der 2 gezeigt. In Förderrichtung, welche in den 1 und 2 durch Pfeile 18 angedeutet ist, hinter der Vorrichtung 14, in 1 also rechts davon, ist ein Ofen 20 angeordnet, mit dem der Filterschlauch 16, insbesondere eine Imprägnierung desselben, ausgehärtet wird. Mit einer Aufwickelvorrichtung 22, die sich in Förderrichtung 18 hinter dem Ofen 20 befindet, wird der Filterschlauch 16 durch den Ofen 20 hindurch aus der Vorrichtung 14 gezogen und einer in Förderrichtung 18 folgenden Schneidvorrichtung 24 zum Schneiden des Filterschlauchs 16 in einzelne schlauchförmige Filterelemente 26 zugeführt. Ein Förderband 28 zum Fördern der Filterelemente 26 verbindet einen Ausgang der Schneidvorrichtung 24 mit einer sich in Förderrichtung 18 anschließenden Schweißvorrichtung 30. Mit der Schweißvorrichtung 30 werden an die Stirnseiten der Filterelemente 26 Endscheiben 32 angebracht. Einige solcher Endscheiben 32 sind beispielhaft in der 1 angedeutet. Die fertigen Filter 12 bestehend aus je einem Filterelement 26 mit zwei Endscheiben 32 können in Förderrichtung 18 hinter der Schweißvorrichtung 30 entnommen werden.
Die Vorrichtung 14 zur Herstellung des Filterschlauchs 16 umfasst vier in der 2 gezeigte Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40, mit denen unterschiedliche Werkstoffe 42, 44, 46 und 48 zum Bilden des Filterschlauchs 16 abgegeben werden. Die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 sind koaxial zu einer gemeinsamen Rotationsachse 50, die in der 2 gestrichelt angedeutet ist, angeordnet und werden rotierend angetrieben.
Die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 befinden sich im Inneren eines zur Rotationsachse 50 koaxialen Hohlzylinders der eine Filterform 52 bildet. Die Innenseite des Hohlzylinders realisiert eine die Form des Filterschlauchs 16 vorgebende Formoberfläche 54.
In der 4 ist das Profil eines mit der Vorrichtung 14 hergestellten runden Filterschlauchs 16 gezeigt.
In der 5 ist das Profil eines sternförmigen Filterschlauchs 16a gezeigt, der mit der Vorrichtung 14 aus den 1 und 2 unter Verwendung einer in Förderrichtung 18 konisch zulaufenden Formoberfläche mit sternförmigem Profil hergestellt werden kann. Die Pfeile 56 zum Zentrum des Filterschlauchs 16a hin deuten eine Kompression an, wie sie durch die konisch zulaufende Formoberfläche beim Abziehen des Filterschlauchs 16a hervorgerufen wird. Das Zusammendrücken bewirkt eine engere Faltung des Filterschlauchs 16a, die durch Verschweißung mit den Endscheiben 32 beibehalten wird.
Die Formoberfläche 54 umgibt die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 radial zur Rotationsachse 50, derart, dass die Werkstoffe 42, 44, 46 und 48 beim Rotieren der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 um die Rotationsachse 50 durch die Fliehkraft aus Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 herausgeschleudert werden, ohne Luftverwirbelung und Abkühlung durch Luft kontrolliert zur Formoberfläche 54 fliegen und auf der Formoberfläche 54 zur Bildung des Filterschlauchs 16 in exakter Struktur aufgefangen und geformt werden. Die Formoberfläche 54 wirkt dabei kühlend auf die aufgefangenen Werkstoffe 42, 44, 46 und 48, so dass diese aushärten können. Insbesondere zu Wartungszwecken oder zum Austausch der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 und/oder der Filterform 52 können die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 axial zur Rotationsachse 50 relativ zur Filterform 52 so verschoben werden, dass sich die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 außerhalb der Filterform 52 befinden. Dabei kann entweder das Düsenscheibensystem oder die Filterform 52 oder beide bewegt werden.
Jede der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 ist über eine eigene Fluidleitung 66, 68, 70 und 72 funktional mit einem Extruder 72 oder einem Behälter 74, 76 und 78 für die unterschiedlichen Werkstoffe 42, 44, 46 und 48 verbunden, die als Werkstoffzuliefermittel dienen. Jede Düsenscheibe 34, 36, 38 und 40 kann so mit einem anderen Werkstoff 42, 44, 46 und 48 zum Mitbilden des Filterschlauchs 16 gespeist werden. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in den 1 und 2 die Verläufe der Fluidleitungen 66, 68, 70 und 72 nur im Bereich der Behälter 74, 76 und 78 und des Extruders 72 gezeigt.
Die in Förderrichtung 18 erste, in der 2 linke Düsenscheibe (Stützstruktur-Düsenscheibe 34) ist mit dem Extruder 72 verbunden, mit dem Thermoplast als Werkstoff 42 plastifiziert und so fließ- und schleuderfähig gemacht wird.
Die in Förderrichtung 18 zweite Düsenscheibe (erste Spinn-Düsenscheibe 36) ist mit dem ersten Suspensionsbehälter 74 verbunden, der eine Suspension mit Papierfasern als Werkstoff 44 enthält.
Die in Förderrichtung 18 dritte Düsenscheibe (zweite Spinn-Düsenscheibe 38) ist mit dem zweiten Suspensionsbehälter 76 verbunden, der eine Suspension mit Keramik-/Glaspartikeln als Werkstoff 46 enthält.
Die in Förderrichtung 18 vierte, in der 2 rechte Düsenscheibe (Imprägnierungs-Düsenscheibe 40) ist mit dem Harzbehälter 78 verbunden, der Phenolharz als Werkstoff 48 enthält.
Die radialen Ausdehnungen (Durchmesser) der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 sind unterschiedlich groß. Die Stützstruktur-Düsenscheibe 34 hat den größten Durchmesser. Die Durchmesser der weiteren Düsenscheiben 36, 38 und 40 nehmen mit ihrer Position in Förderrichtung 18 ab. Die Im prägnierungs-Düsenscheibe 40 hat den kleinsten Durchmesser. Dies bewirkt insbesondere, dass die in Förderrichtung 18 jeweils hinteren, kleineren Düsenscheiben im Schatten der vorderen, jeweils größeren Düsenscheiben liegen und so keinen Werkstoff in den Bereich der größeren Düsenscheiben schleudern können, was die Reihenfolge und die Exaktheit der Schichten stören könnte.
Die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 sind jeweils auf einer eigenen angetriebenen Welle 80 befestigt, von denen in den 1 und 2 der besseren Übersicht wegen nur eine gezeigt ist. Die Wellen 80 sind koaxial zur Rotationsachse 50 angeordnet und werden getrennt voneinander angetrieben. Dies kann mittels entsprechender nicht gezeigter Motoren geschehen, die sich außerhalb der Filterform 52 befinden können. Die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 können so in unterschiedlicher Drehrichtung und/oder unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit angetrieben werden.
Jede der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 weist entlang ihrer radial äußeren Umfangsseite gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl der Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 auf, die mit den entsprechenden Fluidleitungen 66, 68, 70 und 72 verbunden sind und aus denen die jeweiligen Werkstoffe 42, 44, 46 und 48 abgegeben werden können. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 befinden sich so auch die jeweiligen Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 in unterschiedlichen Abständen zur Rotationsachse 50.
Die Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 der verschiedenen Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 haben unterschiedliche Lochgrößen. Da die Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 beispielhaft runde Querschnitte aufweisen, können die jeweiligen Lochgrößen mit dem Durchmesser der Düsenöffnung 58, 60, 62 und 64 bezeichnet werden.
Die Durchmesser der Düsenöffnungen 58 der Stützstruktur-Düsenscheibe 34 sind am größten. Aus den Düsenöffnungen 58 werden bei der Drehung der Stützstruktur-Düsenscheibe 34 dicke Fäden aus Thermoplast 42 herausgeschleudert, welches mit dem Extruder 72 geschmolzen wurde. Die Stützstruktur-Düsenscheibe 34 wird hierzu mit einer im Vergleich zu den anderen Düsenscheiben 36, 38 und 40 geringen Drehzahl angetrieben, so dass sich die dicken Fäden auf der Formoberfläche 54 radial außen als Geflecht mit einer groben Struktur absetzen und aushärten, wobei sich kreuzende Fäden durch den Anpressdruck mit einander verkleben. Die grobe Thermoplast-Struktur bildet in ausgehärtetem Zustand ein stabiles, in vorgegebenem Maße elastisches Stützgerüst 82 für den Filterschlauch 16, an das die Endscheiben 32 angeschweißt werden können.
Die Durchmesser der Düsenöffnungen 60 und 62 der beiden Spinn-Düsenscheiben 36 und 38 sind gleich groß und kleiner als die der Stützstruktur-Düsenscheibe 34. Aus den Düsenöffnungen 60 und 62 werden bei der Drehung der Spinn-Düsenscheiben 36 und 38 sehr dünne Fäden aus den entsprechenden Suspensionen mit Papierfasern 44 beziehungs weise Keramik-/Glaspartikeln 46 herausgeschleudert. Dabei werden die Fäden mit Papierfasern 44 radial außen und die Fäden mit Keramik-/Glaspartikeln 46 radial innen abgelegt. Die beiden Spinn-Düsenscheiben 36 und 38 werden mit einer höheren Drehzahl als die Stützstruktur-Düsenscheibe 34 angetrieben, so dass sich die sehr dünnen Fäden als sehr feine Struktur an der Formoberfläche 54 absetzen und jeweils ein dichtes Geflecht 84 und 86 aus Filterwerkstoff bilden. Dabei verkleben sich kreuzende Fäden durch den Anpressdruck miteinander und mit dem Thermoplast-Stützgerüst 82 und härten an der Formoberfläche 54 aus.
Die Durchmesser der Düsenöffnungen 64 der Imprägnierungs-Düsenscheibe 40 sind am kleinsten. Mit den Düsenöffnungen 64 wird Phenolharz 48 zur Imprägnierung des Stützgerüsts 82 und der Geflechte 84 und 86 aus Filterwerkstoff zerstäubt und zur Formoberfläche 54 geschleudert. Hierzu wird die Imprägnierungs-Düsenscheibe 40 mit hoher Drehzahl angetrieben, damit sich das Phenolharz 48 mit einer sehr feinen Struktur an der Formoberfläche 54 in den freien Bereichen zwischen den Strukturen des Stützgerüsts 82 und der Geflechte 84 und 86 verteilt.
Insgesamt sind also die Abmessung der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40, die Drehzahlen, die Lochöffnungen und die Werkstoffe 42, 44, 46 und 48 auf die Funktion des jeweiligen Werkstoffs 42, 44, 46 und 48 im fertigen Filterschlauch 16 abgestimmt.
Mit der Aufwickelvorrichtung 22 wird der an der Formoberfläche 54 gebildete abgekühlte und gehärtete Filterschlauch 16 entlang der Formoberfläche 54 relativ zu den Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 in Richtung der Rotationsachse 50 permanent aus der Filterform 52 gezogen. Die Fördergeschwindigkeit des Filterschlauchs 16 relativ zu den Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 kann dabei mit der Aufwickelvorrichtung 22 variabel vorgegeben werden. Die Axialbewegung des Filterschlauchs 16 überlagert sich mit der Kreisbewegung der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 und bewirkt insgesamt, dass die Fäden der auf die Formoberfläche 54 geschleuderten Werkstoffe 42, 44 und 46 in der Wand des Filterschlauchs 16 jeweils schraubenförmig verlaufen, wie dies in der 2 gezeigt ist.
3 zeigt den Schnitt einer Wand des Filterschlauchs 16, der mit der Vorrichtung aus 2 hergestellt ist. Unten befindet sich die radial äußere Umfangsseite, entlang der sich das Stützgerüst 82 aus Thermoplast 42 erstreckt. In der Mitte befindet sich das dichte Geflecht 84 aus Fäden mit Papierfasern 44, die mit der ersten Spinn-Düsenscheibe 36 aufgeschleudert wurden. In 3 oben ist die radial innere Umfangsseite des Filterschlauchs 16 gezeigt, die das dichte Geflecht 86 aus Fäden mit Keramik/Glaspartikeln 46 aufweist, die mit der zweiten Spinn-Düsenscheibe 38 aufgeschleudert wurde. Das Stützgerüst 82 und die beiden Geflechte 84 und 86 sind mit dem Phenolharz 48 imprägniert, das mit der Imprägnierungs-Düsenscheibe 40 aufgeschleudert wurde. Das alle Strukturen 82, 84 und 86 durchdringende Phenolharz 48 ist in der 3 mit einem schräg verlaufenden Balken angedeutet.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 14 zur Herstellung eines Filterschlauchs 16; 16a und einer Anlage 10 zur kontinuierlichen Herstellung von Filtern 12 sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
Die Vorrichtung 14 kann auch mehr oder weniger als vier teilweise auch gleiche oder unterschiedliche Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 umfassen.
Anstelle der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 können auch andersartige, vorzugsweise rotationssymmetrische Düsenkörper, beispielsweise Zylinder, vorgesehen sein, welche eine Verteilung von Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 auch in axialer Richtung aufweisen können. Ein einziger Düsenkörper kann auch Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 für unterschiedliche Werkstoffe 42, 44, 46 und 48 haben, so dass nur ein einziger Düsenkörper für alle Werkstoffe erforderlich ist.
Es können auch mehrere Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 mit einem gemeinsamen Werkstoffzuliefermittel verbunden sein, so dass ein Werkstoff in unterschiedlichen Schichten insbesondere mit unterschiedlicher Dichte und/oder Struktur abgeschieden werden kann.
Eine oder mehrere der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 können auch nur eine einzige Düsenöffnung haben.
Eine alternative Formoberfläche kann die Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 radial zur Rotationsachse 50 auch nur zum Teil umgeben, so dass bei der Formung des Filterschlauchs in diesem Öffnungen ausgespart bleiben.
Statt den Filterschlauch 16; 16a entlang der Formoberfläche 54 abzuziehen, kann die Formoberfläche 54 auch gemeinsam mit dem Filterschlauch 16; 16a relativ zu den Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 in Richtung der Rotationsachse 50 bewegt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Endlosschlauch verwendet werden, dessen Innenseite die Formoberfläche 54 bildet und der über entsprechende formgebende Rollen umgelenkt wird.
Das Profil der Formoberfläche 54 radial zur Rotationsachse 50 kann statt rund oder sternförmig auch oval oder andersartig vieleckig sein. Das Profil kann in Richtung der Rotationsachse 50 auch variierend sein.
Die Düsenöffnungen 58, 60, 62 und 64 der Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 können statt runde Querschnitte auch andersförmige, auch unterschiedliche Querschnitte haben.
Auch kann jede einzelne der Düsenscheiben Düsenöffnungen mit unterschiedlichen Querschnitten und/oder Lochgrößen haben.
Statt mit der Aufwickelvorrichtung 22 kann eine Fördereinrichtung insbesondere mit einer andersartigen Abzieheinrichtung versehen sein, mit der der an der Formoberfläche 54 gebildete Filterschlauch 16; 16a relativ zu den Düsenscheiben 34, 36, 38 und 40 axial zur Rotationsachse 50 befördert werden kann.
Anstelle einer Suspension mit Papier beziehungsweise Keramik-/Glaspartikeln, Thermoplast oder Phenolharz können auch andere Werkstoffe oder Werkstoffmischungen, beispielsweise zwei-, drei- oder mehrkomponentige Werkstoffe verwendet werden, die fließ- und schleuderfähig gemacht werden können, beispielsweise Suspensionen mit andern Vliesstoffen, und in ausgehärtetem Zustand die gewünschte filternde, imprägnierende und/oder stützende Eigenschaft aufweisen.

Claims

Vorrichtung (14) zur Herstellung eines schlauchförmigen Filtermediums (16; 16a) zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit – wenigstens zwei Düsenkörpern (34, 36, 38, 40), die funktional mit einem Werkstoffzuliefermittel (72, 74, 76, 78) verbunden sind, mit dem die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) mit einem Werkstoff (42, 44, 46, 48) zum wenigstens Mitbilden des Filtermediums (16; 16a) gespeist werden können, und die jeweils wenigstens eine Düsenöffnung (58, 60, 62, 64) aufweisen, aus der der Werkstoff (42, 44, 46, 48) abgegeben werden kann, – einer die Schlauchform des Filtermediums (16; 16a) vorgebenden Formoberfläche (54), auf der der aus den Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) abgegebene Werkstoff (42, 44, 46, 48) abgeschieden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) um eine Rotationsachse (50) rotierend antreibbar sind und die Formoberfläche (54) die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) wenigstens zum Teil umgibt, derart, dass der Werkstoff (42, 44, 46, 48) beim Rotieren der Düsenkörper (34, 36, 38, 40) um die Rotationsachse (50) durch die Fliehkraft aus den Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) herausgeschleudert werden kann und der herausgeschleuderte Werkstoff (42, 44, 46, 48) auf der Formoberfläche (54) zur wenigstens Mitbildung des Filtermediums (16; 16a) aufgefangen und geformt werden kann, wobei wenigstens zwei Düsenkörper (34, 36, 38, 40) unabhängig voneinander, insbesondere mit unterschiedlicher Drehrichtung und/oder mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit, antreibbar sind und unterschiedliche radiale Ausdehnungen, insbesondere die Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse (50), haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkörper eine Düsenscheibe (34, 36, 38, 40), vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) auf einer angetriebenen Welle (80) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Düsenkörper (34, 36, 38, 40) mit separaten Werkstoffzuliefermitteln, insbesondere mit einem Behälter (74, 76, 78) und/oder einem Extruder (72), für unterschiedliche Werkstoffe (42, 44, 46, 48) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Werkstoff (42, 44, 46, 48) eine Suspension mit Fasern aus Papier (44) und/oder Vliesstoff, Keramik- und/oder Glaspartikel (46), ein Phenolharz (48) und/oder ein Thermoplast (42) oder eine Mischung aus mehreren der genannten Materialien aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) zur Bildung eines Stützgerüsts (82), insbesondere eines Thermoplastgerüsts, ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsenöffnungen eines Düsenkörpers und/oder die Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) mehrerer Düsenkörper (34, 36, 38, 40) unterschiedliche Querschnitte und/oder Lochgrößen haben.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fördereinrichtung (22) vorgesehen ist, mit der das an der Formoberfläche (54) gebildete Filtermedium (16; 16a) insbesondere mit einer variabel vorgebbaren Fördergeschwindigkeit relativ zu den Düsenkörpern (34, 36, 38, 40) axial zur Rotationsachse (50) befördert werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Formoberfläche (54) senkrecht zur Rotationsachse (50) wenigstens zum Teil rund, oval oder eckig, insbesondere sternförmig, ist, insbesondere die Formoberfläche (54) durch die Innenseite eines Hohlzylinders (52) mit gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche in Förderrichtung des Filtermediums (16; 16a) konisch zuläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Schneidvorrichtung (24) zum Schneiden des schlauchförmigen Filtermediums (16; 16a) in einzelne Filterelemente (26) und eine Verbindungsvorrichtung (30) zum Anbringen von Endscheiben (32) an die Filterelemente (26).
Verfahren zur Herstellung eines schlauchförmigen Filtermediums (16; 16a) zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem – wenigstens zwei Düsenkörper (34, 36, 38, 40) mit einem Werkstoff (42, 44, 46, 48) mittels eines Werkstoffzuliefermittels (72, 74, 76, 78) gespeist werden und der Werkstoff (42, 44, 46, 48) zum wenigstens Mitbilden des Filtermediums (16; 16a) aus jeweils wenigstens einer Düsenöffnung (58, 60, 62, 64) der Düsenkörper (34, 36, 38, 40) abgegeben wird, – der aus den Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) abgegebene Werkstoff (42, 44, 46, 48) auf einer die Schlauchform des Filtermediums (16; 16a) vorgebenden Formoberfläche (54) abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) unterschiedliche radiale Ausdehnungen, insbesondere die Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse (50), haben und um eine Rotationsachse (50) rotierend angetrieben werden, wobei der Werkstoff (42, 44, 46, 48) durch die Fliehkraft aus den Düsenöffnungen (58, 60, 62, 64) herausgeschleudert wird und auf der Formoberfläche (54), die die Düsenkörper (34, 36, 38, 40) radial zur Rotationsachse (50) wenigstens zum Teil umgibt, zur wenigstens Mitbildung des Filtermediums (16; 16a) aufgefangen und geformt wird, wobei wenigstens zwei Düsenkörper (34, 36, 38, 40) unabhängig voneinander, insbesondere mit unterschiedlicher Drehrichtung und/oder mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit, angetrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Formoberfläche (54) mitgebildete Filtermedium (16; 16a) insbesondere mit ei ner variablen Geschwindigkeit relativ zu den Düsenkörpern (34, 36, 38, 40) axial zur Rotationsachse (50) befördert wird.