DE10019505A1 - Fluidfilterelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Fluidfilterelement für ein Feinstaubfilter, insbesondere zum Einsatz mit einer Strömungsmaschine oder in der Lüftungs- und Klimatechnik, das im wesentlichen die Außenform eines Quaders aufweist, aus einem ohne Zuhilfenahme eingelegter Separatoren zickzack-förmig in Faltenlagen mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt gelegten flächigen Filtermaterial, bei dem benachbarte Faltenwände abschnittsweise miteinander verklebt sind, welches einen Faltenabstand zwischen einander benachbarten Faltenkanten von mehr als 8 mm, insbesondere im Bereich zwischen 8 und 15 mm, aufweist

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidfilterelement nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. In einer bevorzugten Ausprägung des Er­ findungsgedankens betrifft sie weiterhin ein Verfahren zur Her­ stellung eines solchen Fluidfilterelementes.

Fluidfilterelemente der gattungsgemäßen Art dienen insbesondere dazu, Verunreinigungen (speziell Staub) aus durch das Filter­ element hindurchströmender Luft abzuscheiden. Derartige Filter werden nach bestimmten Klassifikationsschemata in Abscheide­ klassen unterteilt, nach dem allgemein anerkannten ASHRAE-Sys­ tem in neun Klassen. Die Erfindung bezieht sich hierbei insbe­ sondere auf Feinstaubfilter, die in die Klassen 5 bis 9 einge­ ordnet sind.

Um die effektive Filterfläche gegenüber der Anströmfläche des Filters zu vergrößern, ist das Filtermaterial zickzack-förmig gefaltet, so daß eine Anzahl von über Faltenkanten aneinander anschließenden Faltenwänden entsteht, welche von dem zu reini­ genden Fluid (Luft) unter einem spitzen Winkel durchströmt wer­ den.

Luftfilter mit diesen gefalteten Aufbau werden in der Praxis üblicherweise in standardisierten Gehäusen in Form eines qua­ dratischen Prismas eingesetzt, dessen Kantenlänge 592 oder 610 mm und dessen Tiefe (in einer häufig gebrauchten Ausfüh­ rung) 292 mm beträgt. Die lichte Durchströmungsfläche eines solchen Luftfilters liegt bei etwa 545 × 545 bzw. 570 × 570 mm.

Beim Durchströmen tritt eine Druckdifferenz zwischen An- und Abströmseite auf, deren Wert anfänglich - neben der Beschaffen­ heit des Filtermaterials - vom Aufbau des Fluidfilterelementes abhängt und mit zunehmender Betriebsdauer infolge der Ablage­ rung abgeschiedener Verunreinigungen am Filtermaterial an­ steigt.

Für einen vorteilhaften Betrieb eines Luftfilters ist eine Mi­ nimierung der Druckdifferenz über eine möglichst lange Be­ triebsdauer wünschenswert. Die Erreichung dieses Zieles bedingt zum einen die Einstellung eines möglichst niedrigen Anfangswer­ tes und zum anderen die Realisierung einer mit zunehmender Be­ ladung möglichst flach verlaufenden Anstiegskurve.

Kommerziell erhältliche Fluidfilterelemente erfüllen nach den Untersuchungen des Erfinders diese Anforderungen nicht oder nur bedingt, oder sie haben durch eingesetzte Separatorelemente aus Metall eine aufwendige Konstruktion und sind entsprechend kost­ spielig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes und kostengünstiges Fluidfilterelement mit verbes­ serter Funktion anzugeben, welches insbesondere eine minimale Druckdifferenz zwischen An- und Abströmseite zeigt.

Diese Aufgabe wird durch ein Fluidfilterelement mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt die wesentliche Erkenntnis ein, daß die Druckdifferenz eine Abhängigkeit vom Faltenabstand des zick­ zackförmig gefalteten Filtermaterials aufweist, welche ein Mi­ nimum im Bereich zwischen 8 und 15 mm hat, dessen genaue Lage von der Art und Dichte des Filtermaterials abhängig ist. Sie schließt weiterhin die Erkenntnis ein, daß ein Fluidfilterele­ ment mit anfänglich minimalem Druckdifferenzwert mit zunehmender Betriebsdauer (und Beladung) eine besonders flache An­ stiegskurve der Druckdifferenz zeigt.

In einer besonders vorteilhaften, für die meisten gebräuchli­ chen Filtermaterialien optimalen Ausführung liegt der separa­ torfrei eingestellte Faltenabstand im Bereich zwischen 10 und 12 mm, insbesondere um 10,5 mm. Hierbei ist nach den Untersu­ chungen des Erfinders der optimale Abstand mit zunehmender Dichte des Filtermaterials tendenziell kleiner und mit abneh­ mender Dichte tendenziell größer einzustellen.

Mit den genannten Faltenabständen läßt sich bei einem genormten Luftfilter der oben angegebenen Abmessungen eine Brutto-Filter­ fläche im Bereich zwischen 12 und 16 m² realisieren, die sich für Feinstaubfilter als vorteilhaft erwiesen hat.

Die vorgeschlagenen Faltenabstände lassen sich insbesondere realisieren durch Klebstofffäden mit nicht-konstanter Dicke, die gleichsinnig mit den Querschnittsverengungen der V-förmigen Falten dünner werden, also in den Öffnungsbereichen der Falten ihre größte Höhe haben. Diese Klebstoffaggregate können in je­ der Falte aus einem einzelnen, auf einen der benachbarten Fal­ tenwandbereiche aufgetragenen Klebstofffaden gebildet oder aus zwei Komponenten zusammengesetzt sein, die auf beiden benach­ barten Faltenwandabschnitten ausgebildet wurden.

In einer ersten zweckmäßigen Ausführung sind diese Klebstoff­ aggregate die alleinigen Abstandshalter der Faltenwände, d. h. sie sind auf das ebene Filtermaterial aufgetragen. Derartige Filterkonfigurationen sind aus der (auf den Erfinder zurückge­ henden) WO 99/28012 bekannt.

In einer hierzu alternativen Konfiguration ist das Filtermate­ rial mit in die Ebene mindestens eines Teils der Faltenwände eingeprägten Vertiefungen (die von der gegenüberliegenden Fal­ tenwandoberfläche aus Erhebungen darstellen) versehen, welche eine Versteifung der Faltenkonfiguration bewirken und zudem eine Abstandshalterfunktion haben. Auf die Erhebungen aufsetzende Klebstofffäden brauchen nicht die gesamte Öffnungsweite der Falten (von der Faltenwandebene aus gerechnet) zu überbrücken.

Eine derartige Anordnung ist an sich aus der DE 43 45 121 A1 bekannt. In einer besonders leicht herzustellenden Ausführung weisen die Einprägungen eine im wesentlichen über die gesamte Länge der Filtermaterialbahn konstante Höhe auf, stellen also eine Art Sicken dar.

Die seit langem bekannten zickzack-förmig gefalteten Filterkon­ figurationen, bei denen sich die Erhebungen auf gegenüberlie­ genden Faltenwänden direkt berühren - wie sie schon aus der US 3,531,920 bekannt sind - , sind jedoch mit den hier vorgeschla­ genen Faltenabständen nicht in einer praktisch brauchbaren Wei­ se ausführbar.

Die für die Ausführung der Erfindung wesentliche Bildung von die Faltenwände miteinander verbindenden Klebstoffaggregaten mit Abstandshalterfunktion und nicht-konstanter Höhe erfolgt bevorzugt durch einen Klebstoffauftrag auf das Filtermaterial mit nicht-konstanter Klebstoffmenge pro Längeneinheit, der - als solcher - beispielsweise aus der DE 43 45 121 A1 bekannt ist.

In einer vorteilhaften Verfahrensführung wird der exakte Fal­ tenabstand während des Faltens im noch nicht ausgehärteten Zu­ stand der Klebstoffschichten über die Abzugsgeschwindigkeit der Faltenanordnung eingestellt.

Das mit die Lage der Faltenkanten vorbestimmenden Einprägungen versehene Filtermaterial wird nach dem Auftrag der die Falten­ querschnittsform grob bestimmenden Klebstofffäden durch Ausstoß auf ein erstes Transportband (dessen Abzugsgeschwindigkeit we­ sentlich geringer als die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Filtermaterialbahn ist) gefaltet. Hierbei werden die Klebstoff­ fäden an die jeweils gegenüberliegende Faltenwand bzw. an einen auf dieser aufgetragenen Klebstofffaden angedrückt und haften dort an. Durch geeignete Einstellung der Abzugsgeschwindigkeit wird dabei ein mehr oder weniger starker Andruck zwischen den Faltenwänden erzeugt. Da der Klebstoff zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgehärtet ist, verformt er sich in Abhängigkeit von der Druckkraft, so daß sich ein mehr oder weniger stark geöffneter Faltenquerschnitt, d. h. ein vorbestimmter Faltenabstand, aus­ bildet.

In einer weiter bevorzugten Ausführung wird der Faltungsvorgang in zwei Teilschritten ausgeführt, wobei ein bei der Abgabe des Filtermaterials und der primären Faltung spontan eingestellter Faltenabstand durch die Übergabe auf ein zweites Transportband mit (geringfügig) differierender Abzugsgeschwindigkeit nachjus­ tiert wird. Hierdurch kann der Faltenabstand auch innerhalb ei­ ner Charge in einem sehr kleinen Toleranzbereich gehalten wer­ den - unabhängig von initialen Schwankungen des im ersten Fal­ tungsschritt spontan eingestellten Abstandes. Dies ist im Hin­ blick auf die wünschenswerte Übereinstimmung der Lage der Fal­ tenkanten mit den "Stäben" eines bei Luftfilterkästen üblicher­ weise vorhandenen Einströmgitters vorteilhaft.

Technologisch ist es vielfach von Vorteil, die Transportge­ schwindigkeit im zweiten Teilschritt geringer zu wählen als im ersten Teilschritt, so daß eine geringfügige Komprimierung der Faltenanordnung bewirkt wird.

Der Faltenabstand wird in einer bevorzugten Ausführung am abge­ gebenen Fluidfilterelement (beispielsweise mittels einer opti­ schen Sensorik) laufend überwacht und die Abzugsgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der ersten und zweiten Abzugsphase zur präzisen Konstanthaltung des in Anpas­ sung an das konkrete Filtermaterial eingestellten optimalen Ab­ standes einjustiert.

Claims (10)

1. Fluidfilterelement für ein Feinstaubfilter, insbesondere zum Einsatz mit einer Strömungsmaschine oder in der Lüf­ tungs- und Klimatechnik, das im wesentlichen die Außenform eines Quaders aufweist, aus einem ohne Zuhilfenahme einge­ legter Separatoren zickzack-förmig in Faltenlagen mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt gelegten flächigen Filtermaterial, bei dem benachbarte Faltenwände ab­ schnittsweise miteinander verklebt sind, gekennzeichnet durch einen Faltenabstand zwischen einander benachbarten Falten­ kanten von mehr als 8 mm, insbesondere im Bereich zwischen 8 und 15 mm.

2. Fluidfilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenabstand im Bereich zwischen 10 und 12 mm liegt.

3. Fluidfilterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brutto-Filterfläche bei einer lichten Durchströmfläche im Bereich zwischen ca. 540 × 540 bis 570 × 570 mm im Be­ reich zwischen 12 und 16 m² liegt.

4. Fluidfilterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Klebstoff-Abstandshalter mit nicht-konstanter Dicke, die gleichsinnig mit der Querschnittsverengung einer Falte in Richtung auf diejenige Faltenkante hin flacher werden, die die über die jeweilige Klebstoffschicht miteinander ver­ bundenen Faltenwände gemeinsam haben.

5. Fluidfilterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ebene mindestens eines Teils der Faltenwände lang­ gestreckte und mit ihrer Längserstreckung im wesentlichen senkrecht zu den Faltenkanten orientierte Vertiefungen bzw. Erhebungen zur Versteifung der Faltung eingeprägt sind und die Vertiefungen und/oder Erhebungen benachbarter Faltenwände mindestens abschnittsweise über Klebstoff­ schichten miteinander verbunden sind.

6. Fluidfilterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vertiefungen bzw. Erhebungen in Richtung ih­ rer Längserstreckung im wesentlichen konstant ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Fluidfilterelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

• - eine Bahn des Filtermaterials mit die Lage der Falten­ kanten vorbestimmenden Einprägungen versehen wird,
• - auf mindestens jeden zweiten Abschnitt des Filtermate­ rials zwischen aufeinanderfolgenden Einprägungen eine Klebstoffschicht aufgetragen,
• - das Filtermaterial an den Einprägungen derart gefaltet wird, daß benachbarte Abschnitte zwischen den Einprä­ gungen als Faltenwände aneinander gelegt und über die Klebstoffschichten miteinander verbunden werden und
• - die Klebstoffschichten ausgehärtet werden und die Fal­ tenwände gegeneinander abstützen,

dadurch gekennzeichnet, daß der exakte Faltenabstand während des Faltens im noch nicht ausgehärteten Zustand der Klebstoffschichten über die Ab­ zugsgeschwindigkeit der Faltenanordnung eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Faltens des Filtermaterials in zwei Teil­ schritten ausgeführt wird, wobei der im ersten Teilschritt spontan eingestellte Faltenabstand im zweiten Teilschritt feinjustiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten Teilschritt gebildete Faltenanordnung im zweiten Teilschritt mit gegenüber einer Vorschubgeschwin­ digkeit im ersten Teilschritt niedrigerer Geschwindigkeit vorgeschoben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Längeneinheit auf das Filtermaterial aufgetragene Klebstoffmenge zur Ausbildung von Klebstoffschichten mit nicht-konstanter Dicke gesteuert wird, in dem eine in Richtung der Längserstreckung der Filtermaterialbahn nicht-konstante Klebstoffmenge pro Längeneinheit aufgetra­ gen wird.