DE29623965U1

DE29623965U1 - Partikelfilter in Form eines plissierten schichtförmigen Vliesmaterials

Info

Publication number: DE29623965U1
Application number: DE29623965U
Authority: DE
Original assignee: Irema-Filter GmbH
Current assignee: Irema-Filter GmbH
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2006-07-13

Description

IREMA-FILTER GmbH, An der Heide 16, 92353 Postbauer-Pavelsbach Partikelfilter in Form eines plissierten schichtförmigen Vliesmaterials

Die Erfindung richtet sich auf einen Partikelfilter in Form eines plissierten schichtfbrmigen Vliesmaterials. Derartige Filter werden z. B. als Raumfilter, insbesondere aber auch als Filter für den Kraftfahrzeuginnenraum verwendet. Bei der Herstellung derartiger Filter wird ein schichtformiges Material plissiert, das heißt in ziehharmonikaartige Falten gelegt, wobei diese Falten üblicherweise durch angeklebte Randstreifen oder durch Einklemmen in einen Rahmen in ihrem wechselseitigen Abstand fixiert werden. Ein so ausgebildeter Filter wird dann seinerseits wieder in einen Filterrahmen auswechselbar eingesetzt.

Für die Filterung der Innenraumluft von Kraftfahrzeugen gibt es herkömmlicherweise unterschiedliche Ausfuhrungsformen:

Bekannt sind einerseits Stapelfaservliese, die durch ein flächiges Stützgit- *''■-'^J ter, beispielsweise aus Polypropylen, plissierbar gemacht werden. Ander-

seits gibt es sogenannte Meltblowns, die auf Spinnvliesen oder Papierträgern abgelegt werden und mit diesen über Ultraschallpunkte oder Heißschmelzkleberpunkte verbunden werden.

Die einzige Filterart, die in diesem Bereich ohne eine stützende Lage auskommt, ist die sogenannte Grobstaubmatte, die allerdings flach und unplissiert bzw. unplissierbar in die Filteraufnahme eingelegt wird.

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Allen Filtermaterialien, die plissiert werden müssen, ist gemeinsam, daß sie eine gewisse Eigensteifigkeit aufweisen müssen, um unter praktischem Einsatzbedingungen ihre Faltenform beizubehalten, weshalb herkömmlicherweise diese Vliese laminatartig mit Trägerschichten kombiniert werden. 5

Die erwähnten Meltblowns sowie Stapelfaservliese haben also entweder zu wenig Substanz oder sind zu weich, um jeweils für sich allein eine saubere, dauerhafte Faltenbildung zu gewährleisten.

Die Verwendung von Stützschichten führt dazu, daß bei einer Prüfung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses die Kosten für ein Spinnvlies zur Stützung eines Meltblowns bis zu 70 % der Gesamtkosten des Verbundes betragen können. Die Kosten für ein Gittergelege zur Stützung eines Stapelfaservlieses liegen immerhin noch bei bis zu 20 %, wobei hier die Gesamtkosten wesentlich höher liegen als bei der vorstehend genannten Ausfuhrungsform.

Die Stützkomponenten entfalten ausschließlich einen Nutzen in Form einer mechanischen Stabilisierung, wohingegen sie filtertechnisch gesehen weitgehend nutzlos sind. Durch Spinnvliese können lediglich Partikel im Bereich > 5 &mgr;&eegr;&igr; zurückgehalten werden, weshalb diese auch als Vorfilter bezeichnet werden. Partikel dieser Größe sedimentieren im allgemeinen aber, bevor sie in den Heizungs- oder Klimaschacht, z. B. eines Kraftfahrzeugs, gelangen. Weiterhin ergibt sich der gravierende Nachteil, daß jedes Zusatzvlies oder Gitter stets auch mit einer Druckabfallerhöhung des gesamten Laminats einhergeht, die bis zu 30 % betragen kann.

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Dies ist deshalb ein wichtiger Aspekt, weil Kraftfahrzeuge heute ein genau berechnetes Einergieverteilungssystem aufweisen. Dem Bereich Heizung/Lüftung/Klima stehen nur begrenzte Energiemengen zur Verfügung. Die Kosten von Fahrzeugkomponenten dürfen sich nur in einem engen Rahmen bewegen. Anderseits werden von Automobilkäufern immer mehr Ansprüche an Komfort und Sicherheit gestellt. Unter diesen Gesichtspunkten sind Partikelfilter mit einem möglichst niedrigen Druckabfall von besonderer Bedeutung, da ein niedriger Druck gleichbedeutend ist mit einem klein dimensionierten Lüftermotor und deshalb mit einem entsprechend geringen Energieverbrauch. Darüber hinaus bedeutet ein niedriger Differenzdruck auch eine geringere Geräuschentwicklung des Lüfters zum Durchsatz bestimmter Luftmengen im Fahrzeug und damit eine Erhöhung des Fahrkomforts.

Die Forderung nach Filtersystemen mit niedrigem Differenzdruck konkurriert mit der geforderten Abscheideleistung und der geforderten Standzeit, also der Zeit ausgedrückt in Kilometerlaufleistung, die ein Filter im Fahrzeug verbleiben kann, bis er ausgetauscht werden muß.

Pollenfilter, die nur Pollen aus der einströmenden Luft im Fahrzeug filtern, sind für Allergiker weniger hilfreich. Die Allergene, auf die das Immunsystem dieser Personengruppe reagiert, sind Proteine, deren Durchmesser nur einen Bruchteil des Pollendurchmessers beträgt. Sie liegen im Größenbereich um 0,1 &mgr;&eegr;&igr;, das heißt dem Bereich, der für Partikelfilter die größten Probleme aufweist, dem sogenannten MPPS (Most penetrating particle size). Dementsprechend sollten für Allergiker brauchbare Lösungen eine Abscheideleistung von mindestens 50 % aufweisen, wobei diese Abscheideleistung mit einem Aerosol gemessen wird, dessen Partikel in etwa die

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gleiche Dichte aufweisen, zum Beispiel NaCl. Dabei soll mit derartigen Filtern beim Einbau in Kraftfahrzeugen eine Standzeit von 30.000 Kilometern erreicht werden.

Theoretisch wäre es möglich, Stapelfaservliese und Meltblownvliese so herzustellen, daß sie hinreichend eigensteif und damit plissierbar sind. Dabei ist aber zu berücksichtigen, daß bei Stapelfaservliesen eine Verfestigung entweder thermisch oder mit Bindern erfolgt, wobei man im ersten Fall einen vergleichsweise sehr hohen Differenzdruck in Kauf nehmen muß, im letzteren hat man mit sehr hohen Emmisionswerten zu rechnen. Um andererseits Meltblownvliese für einen Einsatz, beispielsweise in einer Kraftfahrzeug-Innenraumfilterkassette, ausreichend stabil zu machen, müßte ein Flächengewicht von mehr als 130 g/m² erreicht werden. Der Durchmesser einer Meltblown-Faser liegt im Bereich von etwa 2 &mgr;&pgr;&igr;. Mit der Grammauflage und dem Faserdurchmesser hat man hiervon ausgehend mit einem nicht akzeptablen Differenzdruck zu rechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filteranordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie bei kostengünstiger Herstellbarkeit und Verarbeitbarkeit einen niedrigen Differenzdruck bei hoher Standzeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Vliesmaterial ein einlagiges, trägerloses Mikro-Spunbondvlies verwendet wird, dessen Flächengewicht zwischen 70 g/m² und 200 g/m², vorzugsweise zwischen 110 und 150 g/m², dessen Dicke zwischen 0,7 und 1,5 mm, und dessen Faserstärken zwischen 2 und 20 &mgr;&pgr;&igr; bei einer mittleren Faserstärke von 3 bis 5 &mgr;&eegr;&igr; liegen..

Vorteilhafterweise ist weiterhin vorgesehen, daß das Vlies abströmseitig eine höhere Faserdichte aufweist als anströmseitig, und daß das Vlies sortenrein aus PP oder PES oder PC hergestellt ist. 5

Die Erfindung richtet sich auch, jedoch nicht ausschließlich, auf die Anwendung einer derartigen Filteranordnung als Filter, insbesondere für die Innenraumluft von Kraftfahrzeugen.

Die Herstellung eines Mikro-Spunbondvlieses der hier in Betracht stehenden Art wird im einzelnen in DE 41 23 122 Al beschrieben. Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch eine derartige Herstellungstechnik bei Einhaltung der beanspruchten Parameter eine Vliesschicht geschaffen wird, die ohne Kaschierung und ohne Stützschicht eine hinreichende Eigensteifigkeit aufweist, um sie plissieren zu können. Dabei besteht ein besonderer Vorteil darin, daß die Eigensteifigkeit praktisch isotrop ist, das heißt in jeder Schichtrichtung wird etwa die gleiche Biegesteifigkeit erzielt. Dies dürfte daran liegen, daß eine Vliesschicht der in Betracht stehenden Art einerseits eine mittlere Faserstärke zwischen 3 und 5 &mgr;&idiagr;&eegr; aufweist, wodurch die sehr guten Filtereigenschaften bedingt sind, anderseits aber auch dickere Fasern bis 20 &mgr;&idiagr;&eegr; vorhanden sind, die eine Art natürliches Stützgerüst bilden ohne - im Gegensatz zu den vorbekannten aufkaschierten Stützschichten - die Filtereigenschaften, insbesondere im Sinne einer Erhöhung des Differenzdruckes negativ zu beeinflussen. Besonders günstige Eigenschäften können durch eine anschließende Ultraschallbehandlung und Kalandrierung erreicht werden. Durch die anströmseitig geringere Faserdichte und höhere Rauhigkeit wird erzielt, daß ankommende Partikel zuverlässig festgehalten werden, während die abströmseitig höhere Faserdichte und

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geringere Rauhigkeit dafür sorgt, daß keine Partikel in den Bereich der gefilterten Luft gelangen. Diese Ausgestaltung läßt sich mit dem für Mikro-Spunbondvliese typischen Herstellungsverfahren dadurch realisieren, daß man diejenige Seite des Vlieses, auf die das Vlies bei der Herstellung abgelegt wird, bei Einbau in den Filter als Abströmseite einsetzt.

Nachfolgende wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels nälier im Vergleich zu einem Filtermaterial gemäß dem Stand der Technik beschrieben. Ein solches Filtermaterial nach dem Stand der Technik wird beispielsweise unter der Marke Helsatech 85 vertrieben:

	Flächengewicht in g/m²:	Stand d. Technik	Erfindungsbeispiel	130
15	Dicke in mm:	100	1,0
	Faserstärke in &mgr;&idiagr;&eegr;:	0,8	2 - 20 (größere Faserstär ken werden durch Faser bündelungen erreicht)
	Faserorientierung:	ca. 3	abströmseitig längs der Warenbahn, anströmseitig wirr
	Faseraufbau:	wirr	progressiv: hohe Faserdichte abström seitig, niedrige Faser dichte anströmseitig
25	Fasermaterial:	3-lagiges Laminat, . unterschiedliche Faserdichte der einzelnen Lagen	PP
30	PP/PES

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Biegesteifigkeit:

(Verfahren nach Schlenker, DIN 53864) in cN/cm²

längs 9,6 längs = quer 26,7

quer 12,2

Die Fasern werden relativ heiß unter Druck abgelegt, so daß sie sich miteinander verbinden und eine steife plissierfähige Matte entsteht.

Vergleichsmessungen Serienmaterial
Stand d. Technik

Micro-Spunbond gemäß Beispiel

Druckabfall bei 3,8 m³ /min (Anströmfläche 0,06 m²)

Abscheideleistung mit NaCl bei 0,3 - 0,5 &mgr;&idiagr;&eegr; Partikeldurchmesser

60Pa

50%

Druckabfall bei einem Volumen- 300 Pa strom von 3,8 mVmin (Anströmfläche 0,06 m²) nach Alterung in einer Alterangsprüfstrecke, beaufschlagt mit 50.000 m³ Straßenluft von einer vielbefahrenen Straße

Foggingwert (Kondensatwert) < 5 mg/g

Brennrate nach MVSS (DIN 75200)

mm/min

Anzahl der Lagen im Filtermedium	3
Materialkomponenten	PP/PES
Funktionstemperatur	-40 - 100 ⁰C
• · · · · • &diams; · · · · • · · · • · · ·	··· ·· ··· ··■·· · · ·· ··· · · · · ··· * · » · · · *

40Pa 50%

80Pa

<0,5] brennt nicht

PP

-40 - 100 ⁰C

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Ein Filter gemäß der Erfindung zeichnet sich also gegenüber dem Filter nach dem Stand der Technik zusätzlich durch verbesserte Standzeiten aus, ohne daß die Abscheideleistung beeinträchtigt wird.

Claims

Filteranordnung umfassend eine plissierte Vliesschicht, die als einlagiges, trägerloses Vlies ausgebildet ist, dessen Flächengewicht zwischen 70 g/m² und 200 g/m² und dessen Dicke zwischen 0,7 und 1,5 mm liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesschicht als Mikro-Spunbondvlies ausgebildet ist, dessen Faserstärken zwischen 2 und 20 µm liegen, wobei größere Faserstärken durch Faserbündelungen erreicht werden.