WO2015028531A2

WO2015028531A2 - Filtermaterial, filterelement und verfahren sowie vorrichtung zum herstellen eines filtermaterials

Info

Publication number: WO2015028531A2
Application number: PCT/EP2014/068215
Authority: WO
Inventors: Sushil AGRAHARI; Rajeev Kapoor; Mahesh Kumar; Puneet SINGLA
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: EP3038733A2; US20160279550A1; WO2015028531A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges, bahnförmiges Filtermaterial (1) für Filterelemente zur Filtration von Gasen und/oder Flüssigkeiten, mit einer Vlieslage (2), mit einer Celluloselage (4) und mit einer zwischen der Vlieslage (2) und der Celluloselage (4) angeordnete Nanofaserlage (3). Ein reduzierter Durchströmungswiderstand ergibt sich, wenn die Nanofaserlage (3) in einer Dickenrichtung (7) des Filtermaterials (1) eine zunehmende Faserdicke und/oder eine zunehmende Faserdichte aufweist.

Description

Filtermaterial, Filterelement und Verfahren sowie Vorrichtung zum Herstellen eines Filtermaterials

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrlagiges, bahnformiges Filtermaterial für Filterelemente zur Filtration von Gasen und/oder Flüssigkeiten. Die Erfindung betrifft außerdem ein Filterelement, das mittels eines derartigen Filtermaterials hergestellt ist. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines derartigen Filtermaterials.

Filtrationsaufgaben gibt es in vielen Bereichen der Technik. Von besonderer Bedeutung sind im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Fahrzeuganwendungen, also Filtrationsaufgaben an bzw. in Fahrzeugen, wie zum Beispiel bei einem Luftfilter, einem Kraftstofffilter, einem Ölfilter.

In einem Filter bzw. einer Filtereinrichtung kommen Filterelemente zum Einsatz, die jeweils zumindest einen Filterkörper aufweisen. Der Filterkörper ist dabei bevorzugt aus einem bahnförmigen Filtermaterial hergestellt, das zur Ausbildung des Filterkörpers gefaltet bzw. plissiert ist. Für eine effiziente Filtration und lange Standzeiten sind mehrlagige Filtermaterialien grundsätzlich bekannt. Zur Realisierung hoher Abscheidegrade für kleine und kleinste Verunreinigungen sind außerdem Nanofilter bekannt. Bei der Filtration existiert das allgemeine Problem, dass mit zunehmendem Filtrationsgrad auch ein Durchströmungswiderstand des Filtermaterials zunimmt. Wird beispielsweise ein besonders hoher Filtrationsgrad, insbesondere in Verbindung mit einer Nanostruktur, angestrebt, ergibt sich für das zugehörige Filtermaterial in der Regel ein sehr hoher Durchströmungswiderstand. Hohe Durchströmungswiderstände sind jedoch nachteilig, da sie zum einen das Filtermaterial mechanisch belasten und zum anderen ggf. eine ange- passte Peripherie erfordern, wie zum Beispiel erhöhte Förderleistungen von Pumpen sowie verstärkte Dichtungsmaßnahmen.

Filtermaterialien sind beispielsweise aus der US 5 993 501 A, der DE 10 2007 027 199 B4, der WO 2013/068436 A1 und der EP 1 366 791 A1 bekannt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Filtermaterial bzw. für ein Filterelement bzw. für ein Herstellungsverfahren sowie für eine Herstellungsvorrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen hohen Filtrationsgrad bei vergleichsweise geringem Durchströmungswiderstand auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Filtermaterial zumindest dreilagig zu konzipieren und mit zumindest einer Vlieslage, einer Cellulose- lage und einer zwischen der Vlieslage und der Celluloselage angeordnete Nano- faserlage auszustatten. Ferner wird vorgeschlagen, die Nanofaserlage in einer Dickenrichtung des Filtermaterials mit einer zunehmenden Faserdicke und/oder mit einer zunehmenden Faserdichte auszustatten. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Ausgestaltung dazu führt, dass bei hohem Filtrationsgrad ein vergleichsweise geringer Durchströmungswiderstand realisierbar ist. Dies wird damit erklärt, dass kleinere Partikel erst in der Tiefe der Nanofaserlage abgeschieden werden und nicht bereits an der Außenseite, was für größere Verunreinigungen gilt. Im Unterschied zu einer herkömmlichen Nanofaserstruktur, bei der die Faserdicke und die Faserdichte in der Dickenrichtung des Fasermaterials kontinuierlich sind, lagern sich somit die Verunreinigungen nicht nur außen an der Nano- faserlage ab, sondern auch in ihrem Inneren, so dass sie weniger stark und weniger rasch zusetzt.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung können die Faserdicke und/oder die Faserdichte in der Dickenrichtung des Filtermaterials stufenlos, vorzugsweise gleichmäßig, oder gestuft zunehmen. Grundsätzlich ist dabei eine zweistufige Ausgestaltung denkbar. Bevorzugt sind jedoch mehr als zwei Stufen vorgesehen bzw. eine stufenlose Variation der Faserdicke und/oder Faserdichte.

Zweckmäßig können die Faserdicke und/oder die Faserdichte von der Vlieslage zur Celluloselage zunehmen. Hierbei kann es sich dann auch um eine bevorzugte Durchströmungsrichtung des Filtermaterials handeln.

Beispielsweise kann die Faserdicke innerhalb der Nanofaserlage in einem Bereich von 100 nm bis 800 nm variieren.

Entsprechend einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Nanofaserlage durch eine Beschichtung der Vlieslage mit Nanofasern gebildet sein. Auf diese Weise wird die Nanofaserlage unmittelbar an der Vlieslage ausgebildet. Insbesondere ergibt sich dadurch eine feste Verbindung zwischen der Nanofaserlage und der Vlieslage. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, die Celluloselage mittels eines Klebstoffs auf die Nanofaserlage aufzukleben. Auf diese Weise wird auch zwischen der Nanofaserlage und der Celluloselage eine feste Verbindung realisiert. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Nanofaserlage durch eine Beschichtung der Vlieslage mit Nanofasern gebildet ist und die Celluloselage mittels eines Klebstoffs auf die Nanofaserlage aufgeklebt ist. Hierdurch sind alle drei Lagen fest miteinander verbunden. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch Scherströmungen, die in der Ebene des Filtermaterials orientiert sind, vermieden werden, so dass im Wesentlichen nur eine Durch- Strömung des Filtermaterials quer zu seiner Ebene, also in der Dickenrichtung des Filtermaterials, vorliegt, was den Durchströmungswiderstand erheblich reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Celluloselage zumindest an einer der Nanofaserlage zugewandten Seite mit einer Imprägnierung versehen sein. Durch die Imprägnierung kann insbesondere eine Verstopfung von Poren der Celluloselage behindert bzw. verhindert werden.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Imprägnierung auf den Klebstoff abgestimmt sein und ein Eindringen des Klebstoffs in die Celluloselage verhindern oder zumindest behindern.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Klebstoff auf einer Wasserbasis hergestellt sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Imprägnierung auf einer Silikonbasis hergestellt sein oder aus Silikon bestehen. Wasserbasierter Klebstoff ist besonders umweltverträglich und vereinfacht ein Recycling des Filtermaterials. Eine Imprägnierung auf Silikonbasis bzw. aus Silikon zeichnet sich durch eine besonders hohe Hydrophobisierung der Celluloselage aus.

Ein erfindungsgemäßes Filterelement, das zum Filtern von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, geeignet ist, umfasst zumindest einen Filterkörper, der im Betrieb des Filterelements von einem Strom aus Gas und/oder Flüssigkeit durchströmt ist, wobei der jeweilige Filterkörper ein Filtermaterial der vorstehend beschriebenen Art aufweist.

Zur Vergrößerung der zur Verfügung stehenden Filtrationsfläche kann das Filtermaterial plissiert, also gefaltet sein. Besonders zweckmäßig kann das Filterelement ein Ringfilterelement mit ringförmigem Filterkörper oder ein Plattenfilterelement mit plattenförmigem Filterkörper sein. Derartige Filterelemente lassen sich besonders einfach in großen Stückzahlen herstellen, wodurch sie sich in besonderer Weise für Fahrzeuganwendungen eignen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen, bahnför- migen Filtermaterials, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, zeichnet sich dadurch aus, dass eine bahnförmige Vlieslage einseitig mit Nanofasern beschichtet wird, um unmittelbar an der Vlieslage eine Nanofaserlage zu erzeugen. Ferner wird eine bahnförmige Celluloselage mit dieser Nanofaserlage verklebt. Des weiteren erfolgt die Beschichtung der Vlieslage mit Nanofasern derart, dass die entstehende Nanofaserlage in einer Dickenrichtung des Filtermaterials eine zunehmende Faserdicke und/oder eine zunehmende Faserdichte aufweist. Wie erläutert, ergibt sich dadurch ein reduzierter Durchströmungswiderstand bei hoher Filtrationswirkung.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform können die Nanofasern in einer Beschichtungsstation auf die Vlieslage elektrostatisch aufgebracht werden, wobei in einer Faserabgabeeinrichtung der Beschichtungsstation zwischen dem flüssigen Fasermaterial und der Vlieslage ein Abstand besteht. Das bedeutet, dass die Vlieslage nicht mit dem flüssigen Fasermaterial unmittelbar in Kontakt kommt, insbesondere wird ein Eintauchen der Vlieslage in das flüssige Fasermaterial vermieden. Vielmehr wird die Vlieslage beabstandet zum flüssigen Fasermaterial daran vorbeigeführt. Die Übertragung von Fasermaterial auf die Vlieslage erfolgt mittels Ionenstromen, die durch elektrostatische Spannungen generiert werden. Damit sich einzelne Moleküle des Fasermaterials besser von dem Fasermaterial lösen können, ist innerhalb der Faserabgabeeinrichtung der Beschichtungsstation zweckmäßig eine linienförmige oder punktförmige Abgabe- Oberfläche bereitgestellt, von der aus sich die einzelnen Moleküle leichter trennen können. Eine derartige linienförmige Abgabeoberfläche kann beispielsweise mit Hilfe einer Walze erzeugt werden, die an ihrer Unterseite in das flüssige Faser- material eintaucht und die an ihrer Oberseite diese linienförmige Abgabeoberfläche bildet, die der Vlieslage zugewandt ist. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei welcher eine Art Förderband verwendet wird, das in einer Förderrichtung des Förderbands mehrere stegförmige oder stabförmige Abgabeelemente aufweist, wobei jedes einzelne Abgabeelement eine linienförmige bzw. punktförmige Abgabeoberfläche bzw. Abgabezone definiert. Diese Abgabeelemente sind in der Förderrichtung des Förderbands hintereinander angeordnet und in der Förderrichtung voneinander beabstandet. Das Förderband taucht an seiner Unterseite zumindest im Bereich der Abgabeelemente in das flüssige Fasermaterial ein. An der Oberseite des Förderbands sind dann die Abgabeelemente der Vlieslage zugewandt, so dass an jedem Abgabeelement Filtermaterial über die jeweilige, linienförmige oder puktförmige Abgabezone abgegeben werden kann.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Abstand zwischen Vlieslage und Fasermaterial bzw. zwischen Vlieslage und Abgabeoberfläche in der Bewegungsrichtung der Vlieslage zunehmen oder abnehmen. Es hat sich gezeigt, dass der Abstand zwischen Vlieslage und dem flüssigen Fasermaterial bzw. der Abgabezone entscheidend ist für die erzielbare Faserdicke bzw. Faserdichte.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Vlieslage mit einer Neigung einer horizontalen und ebenen Oberfläche des Filtermaterials vorbeibewegt werden, wodurch eine kontinuierliche Veränderung des Abstands zwischen der Vlieslage und dem Fasermaterial bzw. der jeweiligen Abgabeoberfläche realisierbar ist. . Zum Einstellen der Abstände kann optional vorgesehen sein, dass eine Neidung der Vlieslage gegenüber einer Horizontalebene einstellbar ist. Bei einer anderen Ausführungsform können mehrere Abgabeeinrichtungen in der Bewegungsrichtung der Vlieslage hintereinander vorgesehen sein, in denen verschiedene Abstände zwischen dem Fasermaterial bzw. der jeweiligen Abgabezone und der Vlieslage bestehen. Auch hier ist denkbar, die einzelnen Faserabgabeeinrichtungen jeweils nach Art eines Förderbands der vorstehend beschriebenen Art auszugestalten. Die einzelnen Faserabgabeeinrichtungen können dabei optional höhenverstellbar sein, um die Abstände einstellen zu können.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, auf die Celluloselage einen Klebstoff aufzubringen und die Celluloselage mit der Vlieslage zusammenzuführen, derart, dass der Klebstoff die Celluloselage mit der Nano- faserlage verbindet.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, die bahn- förmige Celluloselage vor dem Aufbringen des Klebstoffs zumindest einseitig mit einer Imprägnierung zu versehen, wobei dann anschließend der Klebstoff auf die imprägnierte Seite der Celluloselage aufgebracht wird.

Die Vlieslage kann auch als "non-woven" oder als "blow-melt" bezeichnet werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines Filtermaterials, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, umfasst wenigstens eine Faserabgabeeinrichtung, die ein Förderband mit wenigstens zwei Walzen und eine mit flüssigem Fasermaterial befüllbare Wanne aufweist, in welche das Förderband zumindest an einer Unterseite eintaucht, wenigstens zwei Umlenkrollen zum Führen einer Vlieslage oberhalb der Faserabgabeeinrichtung und beabstandet zu einer Oberseite des Förderbands und eine lonisierungseinrichtung zum Erzeugen un- terschiedlicher elektrischer Potentiale an der Vlieslage und an der Faserabgabeeinrichtung, derart, dass im Betrieb der Vorrichtung flüssiges Fasermaterial elektrostatisch vom Förderband zur Vlieslage transportiert wird. Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Vorrichtung eine Nanofaserschicht besonders einfach und mit reproduzierbaren Parametern wie Dichte und Dicke auf die Vlieslage auftragen lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass ein Abstand zwischen der Vlieslage und der jeweiligen Oberseite des Förderbands in der Bewegungsrichtung der Vlieslage variiert. Hierdurch lässt sich eine graduierte Beschichtung, also eine Beschichtung mit in der Dickenrichtung variierender Dichte auf die Vlieslage aufbringen.

Vorteilhaft kann besagter Abstand z.B. dadurch eingestellt werden, dass wenigstens eine der Umlenkrollen höhenverstellbar angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine solche Faserabgabeeinrichtung höhenverstellbar angeordnet ist.

Ein variierender Abstand lässt sich auch dadurch realisieren, dass die Walzen so angeordnet sind, dass die Oberseite des Förderbands gegenüber einer Horizontalebene geneigt verläuft. Hierzu können die Walzen verschiedene Durchmesser besitzen und/oder auf verschiedenen Höhenlagen angeordnet sein, so dass sie unterschiedlich tief in die Wanne eintauchen.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine stark vereinfachte Schnittansicht eines Filtermaterials,

Fig. 2 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum

Herstellen von Filtermaterial,

Fig. 3 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Beschichtungsstati- on,

Fig. 4-6 Ansichten wie in Fig. 3, jedoch bei anderen Ausführungsformen der

Beschichtungsstation.

Entsprechend Fig. 1 umfasst ein mehrlagiges, bahnformiges Filtermaterial 1 , das sich für die Herstellung von Filterelementen sowie zur Filtration von Gasen und/oder Flüssigkeiten eignet, einen wenigstens dreilagigen Aufbau, so dass das Filtermaterial 1 eine Vlieslage 2, eine Nanofaserlage 3 und eine Celluloselage 4 aufweist. Die Nanofaserlage 3 ist dabei zwischen der Vlieslage 2 und der Celluloselage 4 angeordnet. Die Nanofaserlage 3 ist bevorzugt dadurch gebildet, dass auf die Vlieslage 2 eine Beschichtung aus Nanofasern aufgebracht ist. Hierdurch ist die Nanofaserlage 3 fest mit der Vlieslage 2 verbunden. Die Celluloselage 4 ist mittels eines Klebstoffs 5 auf die Nanofaserlage 3 aufgeklebt, also ebenfalls fest mit der Nanofaserlage 3 verbunden. Zweckmäßig ist die Celluloselage 4 an einer der Nanofaserlage 3 zugewandten Seite mit einer Imprägnierung 6 versehen. Somit erfolgt die Verklebung der Nanofaserlage 3 mit der Celluloselage 4 mittels des Klebstoffs 5 mittelbar, nämlich über die Imprägnierung 6.

Die Imprägnierung 6 ist auf den Klebstoff 5 abgestimmt, derart, dass die Imprägnierung 6 ein Eindringen des üblicherweise in flüssiger Form aufgebrachten, nicht getrockneten bzw. nicht ausgehärteten Klebstoffs 5 in die Celluloselage 4 verhindert oder zumindest behindert. Beispielsweise ist der Klebstoff 5 auf einer Wasserbasis hergestellt, so dass er sich insbesondere durch Trocknung verfestigt. Die Imprägnierung 6 ist dann zweckmäßig auf einer Silikonbasis hergestellt oder unmittelbar durch Silikon gebildet.

Die Nanofaserlage 3 weist in einer in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeuteten Dickenrichtung 7, die sich quer zu einer Bahnebene 8 erstreckt, in der das Filtermaterial 1 liegt, eine zunehmende Faserdicke und eine zunehmende Faserdichte auf. In der Regel führt eine zunehmende Faserdicke gleichzeitig zu einer zunehmenden Faserdichte, die ihrerseits mit einer Reduzierung der Porengröße der Nanofaserlage 3 und somit mit einer erhöhten Filtrationswirkung einhergeht. Denkbar ist auch eine Ausführungsform, bei der die Faserdicke zunimmt, während die Faserdichte im Wesentlichen konstant bleibt, oder bei der die Faserdichte zunimmt, während die Faserdicke im Wesentlichen konstant bleibt.

Die Faserdicke und/oder die Faserdichte können in der Dickenrichtung 7 des Filtermaterials 1 stufenlos oder gestuft zunehmen. Bei einer stufenlosen Zunahme kann eine gleichmäßige oder lineare Zunahme bevorzugt sein. Bei einer gestuften Zunahme sind zwei oder mehr Stufen denkbar.

Vorzugsweise nimmt die Faserdicke bzw. die Faserdichte von der Vlieslage 2 in Richtung zur Celluloselage 4 zu. In diesem Fall also entgegen der Dickenrichtung 7 gemäß Fig. 1 . Eine bevorzugte Durchströmungsrichtung des Filtermaterials 1 entspricht dann der Richtung, in der auch die Faserdicke bzw. die Faserdichte zunimmt. Dementsprechend ist eine bevorzugte Durchströmungsrichtung des Filtermaterials 1 der Dickenrichtung 7 entgegengerichtet.

Mit Hilfe des hier gezeigten Filtermaterials 1 lässt sich ein hier nicht gezeigtes Filterelement herstellen, das zum Filtern von Gasen und/oder Flüssigkeiten dient und zum Herausfiltern von festen Verunreinigungen dient. Hierzu umfasst das jeweilige Filterelement zumindest einen Filterkörper, der mit Hilfe eines derartigen Filtermaterials 1 hergestellt ist. Im Betrieb des Filterelements ist dieser Filterkörper von dem zu reinigenden Fluid durchströmt. Zweckmäßig ist das Filtermaterial 1 im Filterkörper plissiert, also zick-zack-förmig gefaltet. Bei bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich beim Filterelement um ein Ringfilterelement, das sich durch einen ringförmigen Filterkörper auszeichnet, oder um ein Plattenfil- terelement, das sich durch einen plattenförmigen, insbesondere ebenen, Filterkörper auszeichnet.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 bis 6 ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen, bahnförmigen Filtermaterials 1 näher beschrieben, wobei eine zugehörige Vorrichtung 9 stark vereinfacht wiedergegeben ist.

Im Rahmen des Herstellungsverfahrens wird eine bahnförmige Vlieslage 2 einseitig mit Nanofasern beschichtet, wodurch unmittelbar an der Vlieslage 2 eine Na- nofaserlage 3 erzeugt wird. Hierzu wird die Vlieslage 2 von einer Vlieslagenrolle 10 abgerollt, welche die Vlieslage 2 quasi endlos bereitstellt. In einer Beschich- tungsstation 1 1 erfolgt die einseitige Beschichtung der Vlieslage 2 mit Nanofa- sern, um daran die Nanofaserlage 3 auszubilden. In den Fig. 2 bis 6 wird die Na- nofaserlage 3 jeweils an der Unterseite der Vlieslage 2 erzeugt.

Des Weiteren wird in der Vorrichtung 9 auf eine bahnförmige Celluloselage 4 ein Klebstoff 5 aufgebracht. Hierzu wird die Celluloselage 4 von einer Celluloselage- rolle 12 abgerollt, welche die Celluloselage 4 quasi endlos bereitstellt. In einer Klebstoffaufbringstation 13 wird der Klebstoff 5 auf eine Seite der Celluloselage 4 aufgebracht. Dies kann rein exemplarisch mittels einer Transferwalze 14 erfolgen, die unten in eine mit Klebstoff 5 gefüllte Wanne 15 eintaucht und an ihrer Oberseite den Klebstoff 5 auf die Celluloselage 4 überträgt.

Zweckmäßig wird die Celluloselage 4 vor dem Aufbringen des Klebstoffs 5 imprägniert. Dies erfolgt in einer Imprägnierstation 16, die auf geeignete Weise die Celluloselage 4 zumindest an der mit dem Klebstoff 5 zu versehenden Seite mit einer Imprägnierung 6 versieht. Das Aufbringen der Imprägnierung 6 kann durch Eintauchen der Celluloselage 4 in ein Imprägniermittelbad oder durch Aufsprühen des Imprägniermittels erfolgen.

In einer Verbindungsstation 17 werden die Vlieslage 2 und die Celluloselage 4 zusammengeführt, derart, dass der Klebstoff 5 die Celluloselage 4 mit der Nanofaserlage 3 verbindet. Die Verbindungsstation 17 ist hier vereinfacht durch zwei Walzen 18 wiedergegeben, zwischen denen die einzelnen Lagen 2, 3, 4 hindurchgeführt sind, so dass die beiden Walzen 18 über diese Lagen 2, 3, 4 aneinander abrollen. Nach der Verbindungsstation 17 kann eine Heizstation 19 angeordnet sein, die für ein Aushärten bzw. Trocknen des Klebstoffs 5 sorgt. Anschließend kann das dreilagige Filtermaterial 1 auf eine Filtermaterialrolle 20 aufgewickelt werden, die das bahnförmige Filtermaterial 1 quasi endlos bevorratet. Gemäß den Fig. 3 bis 6 kann die Beschichtungsstation 1 1 die Nanofasern elektrostatisch auf die Vlieslage 2 aufbringen. Hierzu wird die Vlieslage 2 beabstandet zum flüssigen Fasermaterial 21 vorbeigeführt, das hierzu in wenigstens einer Faserabgabeeinrichtung 22 der Beschichtungsstation 1 1 bereitgestellt wird. Bei den in den Fig. 3, 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen ist jeweils nur eine derartige Faserabgabeeinrichtung 22 vorgesehen. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind rein exemplarisch drei derartige Faserabgabeeinrichtungen 22 vorgesehen.

Die jeweilige Faserabgabeeinrichtung 22 ist hier mit Hilfe eines Förderbands 23 realisiert, das mehrere geradlinige, stabförmige oder stegförmige Abgabeelemente 24 aufweist. Die Abgabeelemente 24 erstrecken sich zweckmäßig über die gesamte Breite der jeweiligen Vlieslage 2 und erstrecken sich dabei quer zu einer Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2. Die Abgabeelemente 24 erstrecken sich dabei auch quer zu einer Bewegungsrichtung 26 des Förderbands 23. Das Förderband 23 ist so angeordnet, dass es mit seiner Unterseite in eine Wanne 27 eintaucht, in der das flüssige Fasermaterial 21 bevorratet ist. Hierdurch werden die Abgabeelemente 24 in das flüssige Fasermaterial 21 eingetaucht. An seiner Oberseite bewegt sich das Förderband 23 außerhalb des flüssigen Fasermaterials 21 und ist der Vlieslage 2 zugewandt. Die Abgabeelemente 24 definieren zweckmäßig linienförmige Abgabezonen 28, die der Vlieslage 2 zugewandt sind und die zur Vlieslage 2 beabstandet sind. Ein entsprechender Abstand ist in den Fig. 3 bis 6 eingezeichnet und mit 29 bezeichnet. Die Abgaselemente 24 können quer zur Bewegungsrichtung 26 des Förderbands 23 mehrere nadeiförmige Erhebungen (nicht gezeigt) aufweisen, wodurch sich punktförmige Abgabezonen 28 realisieren lassen. Das Förderband 23 ist mittels wenigstens zwei Walzen 33 aufgespannt und angetrieben. Die Walzen 33 besitzen im Beispiel der Fig. 3 gleiche Durchmesser d, so dass sich die gegeneinander bewegenden Oberseite und Unterseite des Förderbands 23 parallel zueinander erstrecken. Im Beispiel der Fig. 3 sind die Rotationsachsen der beiden Walzen 33 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die sich horizontal erstreckt. Somit verlaufen auch die Oberseite und die Unterseite des Förderbands 23 hier horizontal.

Mit Hilfe einer lonisierungseinrichtung 30 lassen sich unterschiedliche elektrische Potentiale an der Vlieslage 2 und an der Faserabgabeeinrichtung 22 generieren, wodurch eine elektrostatische Aufladung realisiert wird, die letztlich zu einem lo- nenstrom führt, der Moleküle des Fasermaterials 21 von den Abgabezonen 28 abführt, in Richtung Vlieslage 2 transportiert und an der Vlieslage 2 anhaften lässt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform nimmt der zuvor genannte Abstand 29 zwischen der Vlieslage 2 und den Abgabezonen 28 in der Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2 zu, und zwar kontinuierlich. Im Unterschied dazu zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform, bei welcher der Abstand 29 zwischen der Vlieslage 2 und der jeweiligen Abgabezone 28 in der Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2 abnimmt, und zwar gestuft.

In Fig. 3 ist die Vlieslage 2 gegenüber einer horizontalen und ebenen Oberfläche 31 des flüssigen Fasermaterials 21 geneigt, derart, dass besagter Abstand 29 in der Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2 zunimmt. Im Unterschied dazu sind bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform mehrere Faserabgabeeinrichtungen 22 vorgesehen, nämlich rein exemplarisch drei Faserabgabeeinrichtungen 22. Die Faserabgabeeinrichtungen 22 sind in der Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2 hintereinander angeordnet und unterscheiden sich voneinander durch unter- schiedliche räumliche Höhen, wodurch sich verschiedene Abstände 29 gegenüber der Vlieslage 2 einstellen. Jede Faserabgabeeinrichtung 22 besitzt ein Förderband 23 der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Art, wobei diese Förderbänder 23 in Fig. 4 jedoch vereinfacht dargestellt sind; insbesondere sind die einzelnen Abgabeelemente 24 sowie deren Abgabezonen 28 nicht dargestellt. Erkennbar nimmt der Abstand 29 in der Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2 von einer Faserabgabeeinrichtung 22 zur nächsten ab.

In den Fig. 2 bis 6 sind außerdem mehrere Umlenkrollen 32 angedeutet, welche die Vlieslage 2 bzw. die Celluloselage 4 bzw. das Filtermaterial 1 umlenken oder ausrichten. Erkennbar sind eine vordere, zuerst von der Vlieslage 2 überfahrende Umlenkrolle 32, die in den Fig. 3 bis 6 links dargestellt ist, und eine hintere, zuletzt von der Vlieslage 2 überfahrene Umlenkrolle 32, die in den Fig. 3 bis 6 rechts dargestellt ist. In Fig. 3 besitzen die beiden Umlenkrollen 32 unterschiedliche Höhenlagen. Die vordere Umlenkrolle 32 ist dabei tiefer angeordnet als die hintere Umlenkrolle 32, so dass die Vlieslage 2 in ihrer Bewegungsrichtung 25 ansteigt.

Im Beispiel der Fig. 4 besitzen die beiden Umlenkrollen 32 dagegen dieselbe Höhenlage, so dass sich die Vlieslage 2 zwischen den Umlenkrollen 32 horizontal erstreckt.

Doppelpfeile 34 bei den Umlenkrollen 32 deuten an, dass optional wenigstens eine der Umlenkrollen 32 hinsichtlich ihres Vertikalabstands von der Faserabgabeeinrichtung 22 einstellbar angeordnet sein kann. Bevorzugt lässt sich der senkrecht zur Horizontalen gemessene Vertikalabstand bei beiden Umlenkrollen 32 separat einstellen. Die Höhenverstellbarkeit wenigstens einer solchen Umlenkrolle 32 lässt sich eine Neigung einstellen, welche die Vlieslage 2 zwischen den Umlenkrollen 32 gegenüber einer Horizontalebene 36 besitzt, die in den Fig. 3 bis 6 jeweils durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Durch die Höhenver- stellbarkeit wenigstens einer der Umlenkrollen 32 können auch die Abstände 29 zwischen den Abgabezonen 28 und der Vlieslage 2 justiert werden, um den Be- schichtungsvorgang zu optimieren.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform kann optional ebenfalls vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Umlenkrolle 32 gemäß den Doppelpfeilen 34 höhenverstellbar angeordnet ist. Zusätzlich oder Alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Faserabgabeeinrichtungen 22 gemäß Doppelpfeilen 35 höhenverstellbar angeordnet ist. Auch auf diese Weise lassen sich die Abstände 29 zwischen den Abgabezonen 28 und der Vlieslage 2 justieren.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform analog zu Fig. 3, bei welcher jedoch die Höhenlagen der Umlenkrollen 32 vertauscht sind. Demnach ist hier die vordere Umlenkrolle 32 höher angeordnet als die hintere Umlenkrolle 32. Somit ergibt sich für die Vlieslage 2 in ihrer Bewegungsrichtung 25 ein Gefälle. In der Folge reduzieren sich die Abstände 29 zwischen den Abgabezonen 28 und der Vlieslage 2 in deren Bewegungsrichtung 25.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sich die beiden Umlenkrollen 32 wieder auf gleiche Höhen eingestellt. In diesem Fall wird eine Zunahme der Abstände 29 zwischen den Abgabezonen 28 und der Vlieslage 2 in deren Bewegungsrichtung 25 dadurch erreicht, dass die Walzen 33 des Förderbands 23 unterschiedliche Durchmesser d und D besitzen. Im Beispiel der Fig. 6 ist der Durchmesser D der linken Walze 33 deutlich größer als der Durchmesser d der rechten Walze 33. Gleichzeitig sind die Walzen 33 hier so angeordnet, dass die Unterseite des Förderbands 23 innerhalb des Fasermaterials 21 etwa horizontal verläuft. In der Folge besitzt die Oberseite in der Bewegungsrichtung 25 der Vlieslage 2 ein Gefälle. Es ist klar, dass die hier in Verbindung mit den Fig. 3 bis 6 vorgestellten Varianten zum Einstellen eines variierenden Abstands 29 zwischen den Abgabezonen 28 und der Vlieslage 2 auch beliebig miteinander kombinierbar sind.

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Claims

Ansprüche

1 . Mehrlagiges, bahnförmiges Filtermaterial (1 ) für Filterelemente zur Filtration von Gasen und/oder Flüssigkeiten,

mit einer Vlieslage (2),

mit einer Celluloselage (4),

mit einer zwischen der Vlieslage (2) und der Celluloselage (4) angeordnete Nanofaserlage (3),

wobei die Nanofaserlage (3) in einer Dickenrichtung (7) des Filtermaterials (1 ) eine zunehmende Faserdicke und/oder eine zunehmende Faserdichte aufweist.

2. Filtermaterial nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Faserdicke und/oder die Faserdichte in der Dickenrichtung (7) des Filtermaterials (1 ) stufenlos, vorzugsweise gleichmäßig, oder gestuft, zunimmt.

3. Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Faserdicke und/oder die Faserdichte von der Vlieslage (2) zur Celluloselage (4) zunimmt.

4. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Nanofaserlage (3) durch eine Beschichtung der Vlieslage (2) mit Nanofasern gebildet ist, und/oder

dass die Celluloselage (4) mittels eines Klebstoffs (5) auf die Nanofaserlage (3) aufgeklebt ist, und/oder dass die Celluloselage (4) zumindest an einer der Nanofaserlage (3) zugewandten Seite mit einer Imprägnierung (6) versehen ist.

5. Filtermaterial nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Imprägnierung (6) auf dem Klebstoff (5) abgestimmt ist, so dass ein Eindringen des Klebstoffs (5) in die Celluloselage (4) verhindert oder zumindest behindert ist.

6. Filtermaterial nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Klebstoff (5) auf einer Wasserbasis hergestellt ist, und/oder dass die Imprägnierung (6) auf einer Silikonbasis hergestellt ist oder aus Silikon besteht.

7. Filterelement zum Filtern von Gasen und/oder Flüssigkeiten, mit mindestens einem Filterkörper, der im Betrieb des Filterelements von einem Strom aus Gas und/oder Flüssigkeit durchströmt ist, wobei der jeweilige Filterkörper ein Filtermaterial (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.

8. Filterelement nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Filtermaterial (1 ) plissiert ist.

9. Filterelement nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Filterelement ein Ringfilterelement mit ringförmigem Filterkörper oder ein Plattenfilterelement mit plattenförmigem Filterkörper ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen, bahnförmigen Filtermaterials (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

bei dem eine bahnförmige Vlieslage (2) einseitig mit Nanofasern beschichtet wird, um unmittelbar an der Vlieslage (2) eine Nanofaserlage (3) zu erzeugen,

bei dem auf eine bahnförmige Celluloselage (4) mit der Nanofaserlage (3) verklebt wird,

bei dem die Beschichtung der Vlieslage (2) mit Nanofasern so erfolgt, dass die entstehende Nanofaserlage (3) in einer Dickenrichtung (7) des Filtermaterials (1 ) eine zunehmende Faserdicke und/oder eine zunehmende Faserdichte aufweist.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Nanofasern in einer Beschichtungsstation (1 1 ) auf die Vlieslage (2) elektrostatisch aufgebracht werden, wobei in einem Faserabgabeabschnitt (22) der Beschichtungsstation (1 1 ) zwischen flüssigem Fasermaterial (21 ) und der Vlieslage (2) ein Abstand (29) besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Abstand (29) in der Bewegungsrichtung (25) der Vlieslage (2) zunimmt oder abnimmt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vlieslage (2) mit einer Neigung an der horizontalen und ebenen Oberfläche (31 ) des flüssigen Fasermaterials (21 ) vorbeibewegt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass mehrere Faserabgabeabschnitte (22) in der Bewegungsrichtung (25) der Vlieslage (2) hintereinander vorgesehen sind, in denen verschiedene Abstände (29) zwischen dem flüssigen Fasermaterial (21 ) und der Vlieslage (2) bestehen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Celluloselage (4) zumindest einseitig mit einer Imprägnierung (6) versehen wird, und/oder

dass auf die Celluloselage (4), insbesondere auf deren imprägnierte Seite, ein Klebstoff (5) aufgebracht wird, und/oder

dass die Celluloselage (4) und die Vlieslage (2) zusammengeführt werden, so dass der Klebstoff (5) die Celluloselage (4) mit der Nanofaserlage (3) verbindet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet,

dass zum Verändern des Abstands (29) bzw. der Abstände (29) eine Neigung der Vlieslage (2) gegenüber einer Horizontalebene (36) eingestellt wird.

17. Vorrichtung zum Herstellen eines Filtermaterials (1 ),

mit wenigstens einer Faserabgabeeinrichtung (22), die ein Förderband (23) mit wenigstens zwei Walzen (33) und eine mit flüssigem Fasermaterial (21 ) befüllbare Wanne (27) aufweist, in welche das Förderband (23) zumindest an einer Unterseite eintaucht,

mir wenigstens zwei Umlenkrollen (32) zum Führen einer Vlieslage (2) oberhalb der Faserabgabeeinrichtung (22) und beabstandet zu einer Oberseite des Förderbands (23), mit einer lonisierungseinrichtung (30) zum Erzeugen unterschiedlicher elektrischer Potentiale an der Vlieslage (2) und an der Faserabgabeeinrichtung (22), derart, dass im Betrieb der Vorrichtung (9) flüssiges Fasermaterial (21 ) elektrostatisch vom Förderband (23) zur Vlieslage (2) transportiert wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Abstand (29) zwischen der Vlieslage (2) und der jeweiligen Oberseite des Förderbands (23) in der Bewegungsrichtung (25) der Vlieslage (2) variiert.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet,

dass wenigstens eine der Umlenkrollen (32) höhenverstellbar angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

dass wenigstens eine Faserabgabeeinrichtung (22) höhenverstellbar angeordnet ist.

21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Walzen (33) verschiedene Durchmesser (d, D) besitzen und so angeordnet sind, dass die Oberseite des Förderbands (23) gegenüber einer Horizontalebene (36) geneigt verläuft.