DE19915447C5

DE19915447C5 - Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters sowie Aktivkohlefilter

Info

Publication number: DE19915447C5
Application number: DE1999115447
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Hager; Apostolos Katefidis
Original assignee: Helsa Werke Helmut Sandler GmbH and Co KG; Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG; Mann and Hummel Innenraumfilter GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: DE19915447C2; DE19915447A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters, bei dem Aktivkohle-Partikel zu einem Filtermaterial verbunden werden, in dem sie auf einen mit Klebstoff beschichteten gitterartigen Träger aufgebracht werden, dadurch gekenzeichnet, daß
a) der gitterartige Träger an den Stegen (2) einer Streckmetallbahn (1) gebildet ist;
b) auf die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn (1) Aktivkohle-Partikel (4) mit einer Körnungsgröße aufgebracht werden, bei welcher die Öffnungen (3) der Streckmetallbahn (1) durch die Aktivkohle-Partikel (4) zugesetzt werden;
c) die so entstandene Filtermaterialbahn (10) zum fertigen Filter konfektioniert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters, bei dem Aktivkohlepartikel zu einem Filtermaterial verbunden werden, indem sie auf eiaen mit Klebstoff beschichteten gitterartigen Träger aufgebracht werden, sowie ein Aktivkohlefilter, insbesondere zur Verwendung in einem Automobil-Lüftungssystem, mit dadurch zu einem Filtermaterial verbundenen Aktivkohlepartikeln, daß sie auf einen gitterartigen Träger aufgeklebt sind.
Insbesondere in Automobilen werden in jüngster Zeit zunehmend Aktivkohlefilter eingesetzt. Sie dienen dazu, aus der zuströmenden oder auch umgewälzten Luft schädliche Stoffe an sich zu binden und auf diese Weise am Eindringen in den Innenraum des Fahrzeuges zu hindern oder aus der umgewälzten Luft zu entfernen. Diese Aktivkohlefilter müssen nach einiger Zeit regeneriert werden, wozu sie auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht werden müssen.
Ältere bekannte Aktivkohlefilter bestehen aus ei ner Schüttung von Aktivkohlepartikeln in einem entsprechenden Behältnis oder auch aus einem Verbundkörper, der die Aktivkohlepartikel in einer entsprechenden Bindemittelmatrix enthält. Die Herstellung dieser bekannten Aktivkohlefilter ist verhältnismäßig kompliziert; die Aktivkohlefilter selbst sind vergleichsweise teuer. Außerdem ist zuweilen der Durchströmungswiderstand der bekannten Aktivkohlefilter recht hoch.
Aus der DE 297 14 196 U1 sind ein Herstellungsverfahren und ein Aktivkohlefilter der eingangs genannten Art bekannt. Hier wird ein gitterartiger Träger, z. B. ein Fliegengitter, eingesetzt, der entweder selbst biegesteif ist oder durch einen Rahmen biegesteif gemacht wird. Die Aktivkohlepartikel sollen die Maschen des Gitten offen lassen, um auf diese Weise den Druckabfall am Filter gering zu halten. Mehrere derartige beschichtete Träger werden hintereinander von dem zu reinigenden Gas durchströmt. Dieses Aktivkohlefilter benötigt jedoch verhältnismäßig viel Platz und ist in seinem mechanischen Aufbau verhälnismäßig aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches preiswert durchzuführen ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

a) der gitterartige Träger von den Stegen einer Streckmetallbahn gebildet ist;
b) auf die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn Aktivkohlepartikel mit einer Kömungsgröße aufgebracht werden, bei welcher die Öffnungen der Streckmetallbahn durch die Aktivkohlepartikel zugesetzt werden;
c) die so entstandene Filtermatertalbahn zum fertigen Filter konfektioniert wird.

Erfindungsgemäß werden also die Aktivkohlepartikel an eine Streckmetallbahn gebunden, die aufgrund ihrer ein Steggitter mit zwischenliegenden Öffnungen aufweisenden Struktur von Hause aus gut luftdurchlässig ist. An die Stege, die mit Klebstoff beschichtet sind (möglichst so, daß die Öffnungen innerhalb des 5teggitters nicht durch Klebstoff verschlossen sind), werden die Aktivkohlepartikel angebunden. Sie haften dabei im wesentlichen ausschließlich an den Stegen selbst und ragen – ohne selbst in den Klebstoffvollständig eingebunden zu sein - in die Öffnungen des Steggitters hinein bzw, setzen diese zu. Sie bleiben auf diese Weise im Bereich der Öffnungen des Steggitters gut durchströmbat So entsteht ein flächiges Vorprodukt, das hier "Fil termaterialbahn" bezeichnet wird. Diese wird sndann zum eigentlichen Fiter "konfektionieri". Hierunter wird das erforderliche Beschneiden der Filtermaterialbahn sowie anschließende Verformungsvorgänge, wie z. B. ein Biegen oder Falten, verstanden.
Ein Streckmetallgitter, das aus Stahl besteht, weist die erforderliche mechanische und chemische Stabilität auch bis zu höheren Temperaturen auf.
Zur Erhöhung der Kapazität des Aktivkohlefilters kann es sich empfehlen, nach dem Aufbringen der Aktivkohlepartikel, welche die Öffnungen der Streckmetallbahn zusetzen, mindestens eine weitere Schicht aus Aktivkohlepartikeln aufzubringen.
Da, wie oben erwähnt, die unmittelbar auf die Stege der Streckmetallbahn aufgebrachten Aktivkohlepartikel eine Größe besitzen müssen, bei welcher sie die Öffnungen der Streckmetallbahn zusetzen, können zwischen diesen Aktivkohlepartikeln verhältnismäßig große Zwischenräume verbleiben. Diese können dann besonders gut zugesetzt werden, wenn die Aktivkohlepartikel in der mindestens einen weiteren Schicht eine kleinere Körnungsgröße als diejenigen in der vorher aufgebrachten Schicht besitzen.
Es empfiehlt sich, zunächst eine Seite der Streckmetallbahn in der geschilderten Weise mit Aktivkohlepartikeln zu beschicken, die Streckmetallbahn sodann zu werden und die andere Seite der Streckmetallbahn in entsprechender Weise mit Aktivkohlepartikeln zu beschichten. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, beide Seiten der Streckmetallbahn gleichzeitig zu beschichtett.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung im kontinuierlichen Durchlauf, was die Kosten besonders niedrig hält. Die Streckmetallbahn kann dabei von einer Vorratsrolle abgezogen und als durchgehendes Band durch die gesamte Beschichtungsanlage hindurchgeführt werden. Alternativ ist es aber auch möglich, einzelne Zuschnitte der Streckmetallbahn auf einem geeigneten Fördersystem durch die Beschichtungsanlage hindurchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Aktivkohlefilter der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es einerseits preiswert herzustellen ist und andererseits einen geringen Durchströmuagswiderstand auf weist. [0019] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Aktivkohlefilter eine Filtermaterialbahn umfaßt, welche eine Streckmetallbahn als gitterartigen Träger enthält, auf welche Aktivkohlepartikel mit einer solchen Körnungsgröße aufgeklebt sind, daß die Öffnungen der Streckmetallbahn durch die Aktivkohlepartikel zugesetzt sind.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Aktivkohlefilters ergeben sich sinngemäß aus den oben geschilderten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dies gilt sinngemäß auch für aus in Anspruch 7 angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Aktivkohlefilters.
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen
1: schematisch die Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Streckmetallbahn, die als Träger der Filterbahn dient und mit Aktivkohlepartikeln beschichtet wird;
2: eine Draufsicht auf den Ausschnitt der 1 nach der Beschichtung mit Aktivkohlepartikeln;
3: in stark verkleinertem Maßstab eine Draufsicht auf ein Plissee-Filter, welches aus der in 2 dargestellten Filtermaterialbahn gefaltet ist.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Filter wird von einer Streckmetallbahn 1 ausgegangen, wie sie ausschnittsweise in 1 dargestellt ist, Sie besteht aus Stahl oder einem vergleichbaren elastischen, wärmefesten und korrosionsbeständigen Material. Sie weist in bekannter Weise ein Gitter aus Stegen 2 auf, zwischen denen eine Vielzahl von Öffnungen 3 ausgebildet ist. Die Öffnungen 3 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel quadratisch und haben typischerweise eine Seitenlänge von etwa 2 bis 8 mm. Noch günstiger ist eine Streckmetallbahn mit rautenförmigen Öffnungen, die in einer Richtung verhältnismäßig schmal sind.
Die Streckmetallbahn 1 kann entweder eine durchgehende Bahn sein, die von einer Vorratsspule abgezogen wird; alternativ kann es sich um einzelne Zuschnitte einer bestimmten Länge handeln.
In jedem Falle wird die Streckmetallbahn 1 in einem kontinuierlichen Durchlaufverfahren den folgenden Behandlungsschritten unterzogen.
[0028] Zunächst wird mit geeigneten Behandlungsflüssigkeiten das Streckmetallgitter 1 entfettet, gereinigt und durch Vorbeiführen an einer geeigneten Heizeinrichtung vorgewärmt. In einer nachfolgenden Behandlungsstation wird ein Klebstoff, dessen Beschaffenheit weiter unten näher erläutert wird, aufgetragen, was insbesondere zwischen zwei Walzen erfolgen kann. Der Klebstoff ist zunächst beim Aufbringen noch nichtbindefähig, weist jedoch eine solche Viskosität, Benetzungsfähigkeit und Oberflächenspannung auf daß er im wesentlichen die Stege 2 der Streckmetallbahn 1 umgibt, die zwischen diesen liegenden Öffnungen 3 jedoch frei 1äßt.
Durch Zufuhr von Wärmeenergie wird der Klebstoff jetzt aktiviert. Hierzu kann beispielsweise erwärmte Umluft, UV , IR-, Mikrowellen- oder Hochfrequenzstrahlung eingesetzt werden. Auf die so aktivierte, die Stege 2 der Streckmetallbaha 1 umgebende Klebstoffschicht werden nunmehr Aktivkohlepartikel 4 (2) aufgetragen. Hierzu wird die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn 1 durch eine Wirbelschicht gefahren; alternativ können die Aktivkohlepartikel 4 auch aufgestreut werden. Es erfolgt eite Verdichtung der aufgebrachten Aktivkohlepartikel 4 z. B. zwischen zwei Walzen.
Die Körungsgröße der Aktivkohlepartikel 4, die bei diesem Vorgang auf die Streckmetallbahn 1 aufgebracht werden, ist so, daß sie im wesentlichen die Öffnungen 3 der Streckmetallbahn 1 zusetzen köaaen. Das Ergebnis der bisher geschilderten Behandlungsvorgänge ist das in 2 dargestellte Zwischenprodukt. In dieser Figur ist das Gitter aus Stegen 2 der Streckmetallbahn 1, da verdeckt, gestrichelt gezeichnet.
Verbleiben nach diesem ersten Auftragen von Aktivkohlepartikeln 4 zwischen diesen noch größere Zwischenräume, so können in einem weiteren Schritt nunmehr Aktivkohlepartikel kleinerer Körnungsgröße aufgebracht werden, welche die Zwischenräume zwischen den zuerst aufgebrachten Aktivkohlepartikeln 4 größerer Körnungsgröße ausfüllen. Auch nach Aufbringung dieser zweiten Kömungsgröße von Aktivkohlepartikeln wird zwischen zwei Walzen verdichtet.
Damit ist die Beschichtung des Streckmetallgittes 1 auf einer Seite abgeschlossen. Die Streckmetallbahn 1 wird nunmehr gewendet; lose anhaftendes Material wird durch Abbürsten oder Absaugen entfernt.
Es schließt sich nunmehr auf der gegenüberliegenden Seite der Streckmetallbahn 1 dasselbe Beschichtungsverfahren an, welches oben schon beschrieben wurde: Zunächst wird der Klebstoff dwch Erwärmen aktiviert, Aktivkohlepartikel 4 größerer Körnung werden aufgebracht und verdichtet und sodann ggf. Aktivkohlepartikel 4 kleinerer Kömungsgröße zur Schließung von Lücken aufgetragen und ebenfalls verdichtet. Nach einem erneuten Wenden der nunmehr beidseitig beschichteten Filtermaterialbahn 1 werden wiederum lose Aktivkohlepartikel 4 abgebürstet oder abgesaugt.
In vielen Fällen werden gegenüberliegende Randbereiche der Streckmetallbahn-Zuschnitte bzw. bei einem dwchgehenden Streckmetallband bestimmte Zwischenbereiche unbeschichtet belassen. Diese frei von Aktivkohlepartikeln 4 verbleibenden Bereiche dienen zur elektrischen Kontaktierung des fertiggestellten Filters, um hier bespielsweise einen zur Regenerierung eingesetzten Heizstrom einleiten zu können.
Der Klebstoff, welcher zur Beschichtung der Streckmetallbahn 1 eingesetzt wird, muß eine Vielzahl von Bediagungea erfüllen: Zum einen muß er vor seiner Aktivierung die gewünschte Eigenschaft haben, die Stege 2 der Streckmetallbahn 1 zu umschließen, ohne einerseits von diesen abzutropfen oder andererseits die zwischen den Stegen 2 liegenden Öffnungen 3 zu verschließen. Hierzu sind eine bestimmte Viskosität und Oberflächenspannung sowie bestimmte Benetzungseigenschaften des Klebstoffes erforderlich. Darüber hinaus muß der Klebstoff nach dem Abbdinden dauerhaft elastisch bleiben, um die fertiggestellte, auf beiden Seiten beschichtete Filtermaterialbahn 10 zum fertigen Filter konditionieren, also beispielsweise Biegen oder Falten zu können. Wäre bei diesem Vorgang der Klebstoff brüchig, würden die Aktivkohlepartikel von den Stegen 2 der Streckmetallbahn 1 wieder abplatzen. Schließlich muß der verwendete Klebstoff bis zu etwa 160°C temperaturbeständig sein, da diese Temperatur im Betrieb des Filters zur thermischen Regeneration erreicht werden muß.
All diese Anforderungen erfüllt in idealer Weise ein Klebstoff, der eine wässrige Polymerdispersion auf Acrylatbasis ist. Der Feststoffanteil des bevorzugten Klebstoffes liegt bei 52 bis 53%, der pH-Wert zwischen 8,0 und 9,0.
Das Endprodukt des oben beschriebenen Beschichtungsverfahrens ist zunächst eine Filtemtaterialbahn 10, die auf beiden Seiten mit Aktivkohlepartikeln 4 versehen ist. Wie bereits erwähnt, wird das eigentliche Filter aus dieser Filtermaterialbahn durch "Konfektionieren" hergestellt. Bei diesem Konfektioniervorgang erfolgt insbeson dere die Beschneidung auf die erforderliche Größe und Form, das Biegen in die gewünschte Gestalt und in häufigen Fällen auch ein Falten. Ein Beispiel für ein fertig konfektioniertes Filter, wie es aus der erfindungsgemäßen Filtermaterialbahn 10 hergestellt werden kann, ist in 3 in Draufsicht gezeigt: Dort ist die Filtermaterialbahn 10 plisseeartig gefaltet. Dieses Filter wird als Einsatz in ein geeignetes Filtergehäuse eingebracht und beispielsweise im Innenraum axial abgesaugt und radial von außen angeströmt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlefilters, bei dem Aktivkohle-Partikel zu einem Filtermaterial verbunden werden, in dem sie auf einen mit Klebstoff beschichteten gitterartigen Träger aufgebracht werden, dadurch gekenzeichnet, daß a) der gitterartige Träger an den Stegen (2) einer Streckmetallbahn (1) gebildet ist; b) auf die mit Klebstoff beschichtete Streckmetallbahn (1) Aktivkohle-Partikel (4) mit einer Körnungsgröße aufgebracht werden, bei welcher die Öffnungen (3) der Streckmetallbahn (1) durch die Aktivkohle-Partikel (4) zugesetzt werden; c) die so entstandene Filtermaterialbahn (10) zum fertigen Filter konfektioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß die Streckmetallbahn (1) aus Stahl besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Aktivkohle-Partikel (4), welche die Öffnungen (2) der Streckmetallbahn (1) zusetzen, mindestens eine weitere Schicht aus Aktivkohle-Partikeln (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Partikel (4) in der mindestens einen weiteren Schicht eine kleinere Körnungsgröße als diejenigen in der vorher aufgebrachten Schicht besitzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Seite der Streckmetallbahn (1) in der geschilderten Weise mit Aktivkohle-Partikeln (4) beschichtet wird, die Streckmetallbahn (1) sodann gewendet und die andere Seite der Streckmetallbahn (1) in entsprechender Weise mit Aktivkohle-Partikeln (4) beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im kontinuierlichen Durchlauf durchgeführt wird.
Aktivkohlefilter, insbesondere zur Verwendung in Automobil-Lüftungssystemen, mit dadurch zu einem Filtermaterial verbundenen Aktivkohle-Partikeln, daß sie auf einen gitterartigen Träger aufgeklebt sind, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Filtermaterialbahn (10) umfasst, welche eine Streckmetallbahn (1) als gitterartigen Träger enthält, auf welche Aktivkohle-Partikel (4) mit einer solchen Körnungsgröße aufgeklebt sind, daß die Öffnungen (3) der Streckmetallbahn (1) durch die Aktivkohle-Partikel (4) zugesetzt sind.