DE102014018013A1

DE102014018013A1 - Filtermedium und Filterelement mit einem Filtermedium

Info

Publication number: DE102014018013A1
Application number: DE102014018013.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reyinger; Sebastian Neubauer; Martin Klein; Lars Spelter
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2015-06-18
Also published as: US20160288033A1; WO2015091011A1; CN105828905A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtermedium (10), umfassend eine erste Medienlage (12), eine zweite Medienlage (18) und zumindest eine dritte Medienlage (20), wobei die zweite Medienlage (18) in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung (16) des Filtermediums hinter der ersten Medienlage (12) angeordnet ist und wobei die dritte Medienlage (20) in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung (16) des Filtermediums hinter der zweiten Medienlage (18) angeordnet ist. Dabei weist die erste Medienlage (12) Fasern auf und die zweite Medienlage (18) Nanofasern auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Filterelement (50), welches ein solches Filtermedium (10) umfasst, sowie die Verwendung eines solchen Filterelements (50) als Kraftstofffilter.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Filtermedium zur Filterung von Fluiden, insbesondere zur Filterung von Flüssigkeiten wie beispielsweise Kraftstoffe, sowie ein Filterelement mit einem solchen Filtermedium, insbesondere für die Verwendung als Kraftstofffilter einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Bekannt sind Getriebeölfilter mit einer Glasfaserlage, die beidseitig mit einem Spunbondvlies kaschiert ist. Das Spunbondvlies verbessert die Handhabbarkeit der Glasfaserlage, beispielsweise beim Herstellungsprozess des Filters. Bekannt sind Mehrschichtfilter für Flüssigkeiten, in denen ein Meltblownvlies mit einer abströmseitigen Lage aus cellulosehaltigem Filterpapier kombiniert ist.
Die Begriffe Meltblown, Spunbond, nassgelegte und trockengelegte Lagenherstellung, Krempelvlies, Filamentspinnvlies und Kreuzlagenvlies werden beispielsweise definiert in "Vliesstoffe: Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prüfung, 2. Auflage, 2012, Weinheim", ISBN: 978-3-527-31519-2.
Aus der Luftfiltration ist bekannt, dass aus Glasfasermedien Faserbruchstücke in den Reinluftbereich gelangen. Ein solches Freisetzen kann auch bei mit Spunbondvlies kaschierten Glasfasermedien bei der Flüssigkeitsfiltration beobachtet werden.
In der EP 2 039 411 A1 wird ein Getriebeölfilter beschrieben, bei dem eine Meltblownmedienlage abströmseitig von der Filtrationsschicht, die aus einem Glasfasermedium besteht, in der Lage ist, das Freisetzen von Glasfasern zumindest stark zu verringern und es erlaubt, so ein Glasfasermedium zur Filtration einzusetzen.
Die WO 2008/066813 A2 beschreibt ferner ein Filtermedium, welches aus einer Nanofaserschicht und einer Substratschicht besteht, wobei die Nanofaserschicht ein Polymer und die Substratschicht beispielsweise eine Spunbondfaser, eine Cellulosefaser, eine Meltblownfaser, eine Glasfaser oder Mischformen davon umfasst. Damit werden gute Filtrationseigenschaften des Filtermediums mit der Möglichkeit, das Filtermedium zur Herstellung eines Filterelements ohne weitere Modifikationen in plissierter Form zu falten, kombiniert.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtermedium zu schaffen, welches in einer kompakten Bauform das Freisetzen von Glasfaserbruchstücken in das filtrierte Fluid vermindert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement mit einem solchen Filtermedium zu schaffen, welches in einer kompakten Bauform das Freisetzen von Glasfaserbruchstücken in das filtrierte Fluid vermindert.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung bei einem Filtermedium, das eine erste Medienlage, eine zweite Medienlage und zumindest eine dritte Medienlage umfasst, wobei die zweite Medienlage in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des Filtermediums hinter der ersten Medienlage angeordnet ist und wobei die dritte Medienlage in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des Filtermediums hinter der zweiten Medienlage angeordnet ist, dadurch gelöst, dass die erste Medienlage Fasern aufweist und die zweite Medienlage Nanofasern aufweist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Filtermedium vorgeschlagen, das eine erste Medienlage, eine zweite Medienlage und zumindest eine dritte Medienlage umfasst, wobei die zweite Medienlage in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des Filtermediums hinter der ersten Medienlage angeordnet ist und wobei die dritte Medienlage in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des Filtermediums hinter der zweiten Medienlage angeordnet ist. Dabei weist die erste Medienlage Fasern und die zweite Medienlage Nanofasern auf.
Die bestimmungsgemäße Durchströmungsrichtung verläuft quer oder orthogonal zu der ersten, zweiten und dritten Medienlage. Damit durchströmt der zu filternde Fluidstrom alle Medienlagen des Filtermediums.
Bei der Verwendung von glasfaserhaltigen Medien ist eine zusätzliche Sperrschicht vorteilhaft, um das Ausschwemmen von Glasfasern zu verhindern, da diese eine hohe abrasive Wirkung haben. Da Glasfaserlagen zudem keine ausreichende Steifigkeit besitzen, so dass eine aufgeprägte Faltenstruktur erhalten bleibt, ist günstigerweise zusätzlich für die Verarbeitbarkeit eine Schicht mit hoher Steifigkeit vorzusehen, um eine Sternfaltung im Filterelement zu ermöglichen. Diese besteht typischerweise aus einer Spunbond- oder einer Celluloselage oder einem Gitter. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass hier eine Kombination aus Stütz- und Sperrschicht in einer Filterlage erfolgt. Diese Filterlage besteht beispielsweise aus Vliesmaterial, in bzw. auf welches zusätzlich Nanofasern aufgebracht werden. Das Basismaterial aus Endlosfasern bietet eine hohe Luftdurchlässigkeit und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit. Das Basismaterial kann in einem zweistufigen Verfahren hergestellt werden. Im ersten Produktionsschritt erfolgt das Extrudieren und Spinnen des Polymergarns. Dabei kann das Kern- und Hüllenmaterial jeweils speziell gewählt werden, das Kern- zu Hülle-Verhältnis variiert und die Gesamtfadenstärke verändert werden. Im zweiten Produktionsschritt werden die Endlosfasern mit bis zu vier Faserlagen übereinander gelegt und anschließend thermisch an den Kreuzungspunkten verklebt. Damit entsteht ein sehr offenporiges, dreidimensionales Vlies. Durch die zusätzliche Aufbringung von Nanofasern auf die Anströmseite des Gewebevlieses wird eine Abscheidung eventuell ausgeschwemmter Glasfasern gewährleistet.
Durch die Vereinigung der Funktionen Steifigkeit und Sperrschicht für Glasfasern in einem einzigen Filtermedium wird eine Verringerung der Gesamthöhe eines Filterelements erreicht. Damit folgt eine Erhöhung der Partikelaufnahmekapazität und der Standzeit. Somit kann bei gegebener Kapazität die Baugröße des Gesamtfilters verringert werden oder der Filter für längere Wechselintervalle freigegeben werden.
Vorteilhafterweise kann die zweite Medienlage Nanofasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 800 nm, aufweisen und/oder die zweite Medienlage zumindest weitgehend aus Nanofasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 800 nm, gebildet sein. Eine Verdopplung des Faserdurchmessers der Nanofasern führt zu einem deutlich schlechteren Abscheidegrad an Glasfaserbruchstücken.
Als Faserdurchmesser ist hier der Medianwert gemeint. Ein Median teilt einen Datensatz, eine Stichprobe oder eine Verteilung in zwei Hälften, so dass die Werte in der einen Hälfte kleiner als der Medianwert sind, in der anderen größer.
Weiter ist es günstig, wenn die zweite Medienlage ein Flächengewicht zwischen 0,05 und 10 g/m², bevorzugt zwischen 0,1 und 5 g/m², aufweist. Eine Auswahl an Materialien, die einzusetzen sich als günstig erwiesen hat, umfasst Polymere, Cellulose (beispielsweise Diacetate), mineralische Fasern. Falls höhere Flächengewichte an Nanofasern für das Verhindern der Ausschwemmung von Glasfasern günstig sein sollten, sind auch Flächengewichte mehr als 10 g/m² möglich. Denkbar sind auch Mischungen von Nanofasern mit anderen Fasern, insbesondere Kunststofffasern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die zweite Medienlage aus elektrogesponnenen Nanofasern gebildet sein. Das Elektrospinnen ist besonders geeignet, um kleinste Fasern und Gespinste, beispielsweise zur Verwendung bei Filtervliesen, herzustellen.
Günstigerweise kann die zweite Medienlage durch Beschichtung der ersten Medienlage oder der dritten Medienlage mit Nanofasern gebildet sein. Auf diese Weise kann die erste Medienlage oder die dritte Medienlage als Trägermedium für die relativ dünne und wenig selbst stabile Nanofaserlage dienen.
Vorteilhaft kann die erste Medienlage Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 0,2 μm und 4 μm, bevorzugt zwischen 0,5 μm und 4 μm, im Speziellen zwischen 0,5 μm und 1 μm, aufweisen. So können günstige Abscheidegrade der ersten Medienlage von mindestens 90%, bevorzugt mindestens 97% für Partikel mit Partikelgrößen größer als 4 μm erreicht werden. Dabei sind Glasfasern günstig einzusetzen, bevorzugt eine Mischung aus kurzen und langen Fasern. Kurze Fasern können beispielsweise Cellulose und/oder Polymere und/oder Glas umfassen, lange Fasern können beispielsweise Meltblown-Polymere umfassen. Mischungsverhältnisse von kurzen zu langen Fasern können typischerweise 5% bis 80%, bevorzugt 20% bis 60% (Volumenprozent) umfassen.
Weiter ist es günstig, wenn die erste Medienlage mindestens zu 5%, vorzugsweise mindestens zu 30%, weiter vorzugsweise mindestens zu 50%, weiter vorzugsweise mindestens zu 95% aus Glasfasern gebildet ist.
Im bevorzugten Fall, dass die erste Medienlage zumindest vorwiegend aus Glasfasern besteht, kann der Anteil eines Binders vorzugsweise zwischen 3 und 20% (Massenprozent) liegen.
Vorzugsweise weist die erste Medienlage eine bimodale Verteilung der Faserdurchmesser auf, wobei ein Feinfaseranteil mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 0,5 μm und 1 μm und ein Grobfaseranteil mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 2 μm und 15 μm enthalten ist. Die Kombination aus feinen und gröberen Fasern sichert einen hohen Partikelabscheidegrad bei gleichzeitig niedrigem Differenzdruck und hoher Staubspeicherkapazität.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der ersten Medienlage 0,15 bis 0,8 mm.
Günstigerweise kann die erste Medienlage eine Gradientenstruktur einer Packungsdichte der Fasern mit zunehmender Packungsdichte in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung aufweisen. Auf diese Weise werden zuerst in oberflächennahen Schichten größere Partikel abgeschieden, während kleinere Partikel noch durchströmen, die aber dann in tieferen Schichten der ersten Medienlage bei zunehmender Packungsdichte dann auch abgeschieden werden. So ist es möglich, eine günstige Standzeit des Filtermediums zu erreichen.
Die Packungsdichte ist ein Maß für den Anteil der Filterfasern pro Tiefe einer Medienlage, d. h. dass die Packungsdichte als Packungsdichte von Fasern bzw. Filterfasern pro Flächen- oder Volumeneinheit zu verstehen ist. Insbesondere handelt es sich dabei um die mittlere Packungsdichte bzw. den mittleren Packungsdichtewert einer Medienlage.
Ein Gradient wird im Zusammenhang dieses Dokumentes als Wert verwendet, der die Änderungsrate einer Größe angibt. Der Gradient einer Packungsdichte beispielsweise gibt an, um welche Rate sich die Packungsdichte eines Filtermediums mit zunehmender Materialtiefe bzw. Materialdicke in Richtung der Durchströmungsrichtung des Filtermediums verändert. Die Packungsdichte erhöht sich entweder durch eine abnehmende Anzahl von Faserzwischenräumen oder durch eine abnehmende Größe von Faserzwischenräumen auf einem Tiefenabschnitt einer Medienlage.
Typischerweise kann ein Gradient der Packungsdichte der ersten Medienlage von einem Eintrittsbereich zu einem Austrittsbereich entlang der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des zu filtrierenden Fluids beispielsweise eine Steigerung der mittleren normierten Packungsdichte von 0,07 zu 0,12 aufweisen.
Weiter ist es günstig, wenn die dritte Medienlage Fasern aufweist, vorzugsweise zumindest zu 50% aus Endlosfasern gebildet ist, um so eine möglichst hohe Steifigkeit als Unterstützung der Glasfaserlage zu erreichen.
Vorteilhaft kann die dritte Medienlage aus einer Meltblownlage, einer Spunbondlage oder einer Celluloselage gebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die dritte Medienlage zumindest eine Stützschicht bilden. Da die Nanofasern eine sehr dünne Schicht bilden und in sich nicht genügend stabil sind, ist es günstig, die Nanofaserlage durch eine dritte Medienlage abzustützen und so die nötige mechanische Stabilität für einen Einsatz im Filterbetrieb, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zu verschaffen.
Vorteilhafterweise kann die dritte Medienlage einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweisen, der kleiner ist als ein Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm der ersten Medienlage, vorzugsweise um einen Faktor kleiner 2 kleiner ist. Der Abscheidegrad ist dabei nach der Norm ISO 19438:2003 definiert.
Weiter kann die dritte Medienlage einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweisen, der kleiner als 60%, vorzugsweise kleiner als 30% ist. Damit ist gewährleistet, dass der Abscheidegrad der dritten Medienlage nicht zu groß wird und sich selbst mit Schmutzpartikeln vollsetzen kann.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die dritte Medienlage eine Dicke von mindestens 0,15 mm und höchstens 1,5 mm, bevorzugt höchstens 0,3 mm beträgt, um so bei gegebener Aufnahmekapazität der dritten Medienlage eine möglichst kompakte Bauform eines Filtermediums zu erreichen.
Die Bestimmung der Dicke für Vliese erfolgt üblicherweise nach DIN EN ISO 9073-2. Es werden Proben an zehn verschiedenen Stellen eines Musters entnommen und geprüft.
Die Proben können eine Größe von DIN A5 haben und werden an zwei Stellen in der Flächenmitte gemessen. Falls keine Proben dieser Größe verfügbar sind, können abweichend auch kleinere Proben gemessen werden. Als Ergebnis werden die Einzelwerte der Proben sowie ein Mittelwert samt Streuung in der Einheit mm angegeben.
Günstigerweise kann die dritte Medienlage aus Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser (Medianwert) von mindestens 1 μm und maximal 40 μm, bevorzugt 20 μm, gebildet sein, um so möglichst hohe spezifische Staubaufnahme zu realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine vierte Medienlage vorgesehen sein, wobei die vierte Medienlage in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung vor der ersten Medienlage angeordnet ist und einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweist, der kleiner als der Abscheidegrad der ersten Medienlage ist. Eine solche vierte Medienlage kann günstigerweise eine teilweise Vorabscheidung größerer Partikel erreichen, so dass die erste Medienlage ihre Filtrationsfunktion länger ausüben kann, als wenn die ganze Partikellast voll auf sie treffen würde.
Vorteilhaft kann die vierte Medienlage Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 0,2 μm und 4 μm, bevorzugt zwischen 0,5 μm und 4 μm, aufweisen. Dabei sind Glasfasern günstig einzusetzen, bevorzugt eine Mischung aus kurzen und langen Fasern. Kurze Fasern können beispielsweise Cellulose und/oder Polymere und/oder Glas umfassen, lange Fasern können beispielsweise Meltblown-Polymere umfassen. Mischungsverhältnisse von kurzen zu langen Fasern können typischerweise 5% bis 80%, bevorzugt 20% bis 60% (Volumenprozent) umfassen.
Weiter ist es günstig, wenn die vierte Medienlage mindestens zu 5%, vorzugsweise mindestens zu 30%, weiter vorzugsweise mindestens zu 50%, weiter vorzugsweise mindestens zu 95% aus Glasfasern gebildet ist.
Günstigerweise kann die vierte Medienlage eine Gradientenstruktur einer Packungsdichte der Fasern mit zunehmender Packungsdichte in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung aufweisen.
Generell kann die vierte Medienlage vorzugsweise aus einem nassgelegten Vlies, einem Meltblown oder auch aus einem Medium, welches vorwiegend aus Glasfasern aufgebaut ist, bestehen.
Vorzugsweise liegt die Dicke der vierten Lage zwischen 0,15 und 0,8 mm. Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filterelement, das ein Filtermedium umfasst, wobei das Filtermedium ein gefaltetes Filtermedium ist, und wobei das Filtermedium eine erste Medienlage, eine zweite Medienlage und zumindest eine dritte Medienlage umfasst, wobei die zweite Medienlage in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des Filtermediums hinter der ersten Medienlage angeordnet ist und wobei die dritte Medienlage in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung des Filtermediums hinter der zweiten Medienlage angeordnet ist. Dabei weist die erste Medienlage Fasern auf und die zweite Medienlage Nanofasern auf.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Filterelements als Kraftstofffilter, insbesondere als Kraftstofffilter einer Brennkraftmaschine.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1 eine schematische Darstellung eines Filtermediums mit drei Medienlagen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Filtermediums mit vier Medienlagen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3 ein Filterelement mit einem plissierten Filtermedium nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums 10 mit drei Medienlagen 12, 18, 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filtermedium 10 umfasst dabei eine erste Medienlage 12 und eine zweite Medienlage 18, wobei die zweite Medienlage 18 in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung 16 des Filtermediums hinter der ersten Medienlage 12 angeordnet ist und die dritte Medienlage 20 in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung 16 des Filtermediums hinter der zweiten Medienlage 18 angeordnet ist. Die erste Medienlage 12 weist in dem Ausführungsbeispiel Glasfasern auf, bzw. besteht zum Großteil aus Glasfasern, während die zweite Medienlage 18 Nanofasern aufweist und die dritte Medienlage 20 eine Stützschicht 22 umfasst. Die zweite Medienlage 18 mit Nanofasern dient dazu, ausgeschwemmte Glasfaserbruchstücke aus der ersten Medienlage 12 zurückzuhalten. Die Stützschicht 22 gewährleistet, dass der gesamte Verbund aus erster und zweiter Medienlage 12, 18 auch im Herstellprozess günstig zu verarbeiten ist, da die erste Medienlage 12 aus Glasfasern auf Grund der hohen Flexibilität schwer zu verarbeiten ist. Insofern wirkt sich die Steifigkeit der Stützschicht 22 auf die Verarbeitbarkeit des Verbundes der drei Medienlagen 12, 18, 20 günstig aus.
Die dritte Medienlage 20 als Stützschicht 22 besteht typischerweise aus einer Spunbond- oder einer Celluloselage. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass hier eine Kombination aus Sperr- und Stützschicht durch zwei aufeinanderfolgende Medienlagen 18, 20 erfolgt. Die dritte Medienlage 20 besteht beispielsweise aus Vliesmaterial, in bzw. auf welches zusätzlich Nanofasern aufgebracht werden. Das Basismaterial aus Endlosfasern bietet eine hohe Luftdurchlässigkeit und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit. Damit entsteht ein sehr offenporiges, 3-dimensionales Vlies. Durch die zusätzliche Aufbringung von Nanofasern auf die Anströmseite des Gewebevlieses wird eine Abscheidung eventuell ausgeschwemmter Glasfasern gewährleistet. Die dritte Medienlage 20 kann aus einer Meltblownlage, einer Spunbondlage oder einer Celluloselage gebildet sein.
Das Flächengewicht von Nanofasern kann günstigerweise zwischen 0,05 und 10 g/m², bevorzugt 0,1 bis 5 g/m², betragen. Falls höhere Konzentrationen an Nanofasern für das Verhindern der Ausschwemmung von Glasfasern günstig sein sollten, sind auch Konzentrationen von mehr als 10 g/m² möglich.
Vorteilhafterweise kann die dritte Medienlage 20 einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweisen, der kleiner ist als ein Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm der ersten Medienlage 12, vorzugsweise um einen Faktor kleiner 2 kleiner ist. Weiter kann die dritte Medienlage 20 einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweisen, der kleiner als 60%, vorzugsweise kleiner als 30% ist. Weiter ist es günstig, wenn die zumindest eine Stützschicht 22 zumindest zu 50% (Volumenprozent) aus Endlosfasern gebildet ist, um so eine möglichst hohe Steifigkeit als Unterstützung der Glasfaserlage der Medienlage 12 zu erreichen. Günstigerweise kann die dritte Medienlage 20 eine Dicke 24 von mindestens 0,15 mm und höchstens 1,5 mm, bevorzugt höchstens 0,3 mm betragen, um so eine möglichst hohe spezifische Staubaufnahme zu realisieren. Die dritte Medienlage 20 kann aus Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von mindestens 1 μm und maximal 40 μm, bevorzugt 20 μm, gebildet sein.
Die erste Medienlage 12 ist mindestens zu 5%, vorzugsweise mindestens zu 30%, weiter vorzugsweise mindestens zu 50%, weiter vorzugweise mindestens zu 95% aus Glasfasern gebildet. Die erste Medienlage 12 kann Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 0,2 μm und 4 μm, bevorzugt zwischen 0,5 μm und 4 μm, aufweisen.
Günstigerweise kann die erste Medienlage 12 eine Gradientenstruktur einer Packungsdichte der Fasern mit zunehmender Packungsdichte in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung 16 aufweisen, um eine günstige Standzeit des Filtermediums 10 zu erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die zweite Medienlage 18 eine Nanofaser mit einem Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 800 nm, aufweisen, wobei eine Verdopplung des Faserdurchmessers der Nanofasern zu einem deutlich schlechteren Abscheidegrad an Glasfaserbruchstücken führt. Weiter kann die erste Medienlage 12 günstigerweise eine Faser mit einem Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 800 nm, aufweisen. So werden günstige Abscheidegrade der ersten Medienlage 12 von 90%, bevorzugt größer 97% für Partikel mit Partikelgrößen größer als 4 μm erreicht. Die zweite Medienlage 18 kann dabei aus elektrogesponnenen Nanofasern gebildet sein. Die zweite Medienlage 18 kann jedoch auch durch Beschichtung der ersten Medienlage 12 oder der dritten Medienlage 20 mit Nanofasern gebildet sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums 10 mit vier Medienlagen 28, 12, 18, 20 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Gesamtaufbau des Verbundes ist sehr ähnlich wie in 1 beschrieben; es ist nur eine vierte Medienlage 28 vorgesehen, wobei die vierte Medienlage 28 in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung 16 vor der ersten Medienlage 12 angeordnet ist und einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweist, der kleiner als der Abscheidegrad der ersten Medienlage 12 ist. Eine solche vierte Medienlage 28 kann günstigerweise eine teilweise Vorabscheidung größerer Partikel erreichen, so dass die erste Medienlage 12 ihre Filtrationsfunktion länger ausüben kann, als wenn die ganze Partikellast voll auf sie treffen würde. Die vierte Medienlage 28 ist mindestens zu 5%, vorzugsweise mindestens zu 30%, weiter vorzugsweise mindestens zu 50%, weiter vorzugweise mindestens zu 95% aus Glasfasern gebildet. Die vierte Medienlage 28 kann Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 0,2 μm und 4 μm, bevorzugt zwischen 0,5 μm und 4 μm, aufweisen.
Günstigerweise kann die vierte Medienlage 28 eine Gradientenstruktur einer Packungsdichte der Fasern mit zunehmender Packungsdichte in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung 16 aufweisen, um eine günstige Standzeit des Filtermediums 10 zu erreichen.
3 zeigt ein Filterelement 50 mit einem plissierten Filtermedium 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filtermedium 10 ist dabei sternförmig plissiert zu einem Rundkörper gefaltet, der an beiden Enden mit einer ersten 52 und einer zweiten Endscheibe 54 abgeschlossen ist. Diese beiden Endscheiben 52, 54 dienen zur Aufnahme und Fixierung sowie zur Abdichtung des Filterelements 50 in einem Gehäuse eines Filtersystems. Deutlich sind an dem Außenumfang des Rundkörpers des Filtermediums 10 Faltenkanten 60 zu erkennen, die parallel zu einer Längsrichtung einer Stützschicht 22 des Filtermediums 10 liegen, während eine Querrichtung der Stützschicht 22 senkrecht dazu liegt. Die Durchströmungsrichtung 16 des Filterelements 50 mit einem Fluid ist radial von außen in den Rundkörper des Filtermediums 10 nach innen, wo das gefilterte Fluid dann axial durch einen Auslass 56 aus dem Filterelement 50 in Ausströmungsrichtung 58 wieder abfließen kann. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann das Filterelement 50 beispielsweise als Kraftstofffilter einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2039411 A1 [0005]
WO 2008/066813 A2 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Vliesstoffe: Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prüfung, 2. Auflage, 2012, Weinheim”, ISBN: 978-3-527-31519-2 [0003]
Norm ISO 19438:2003 [0032]
DIN EN ISO 9073-2 [0035]

Claims

Filtermedium (10), umfassend eine erste Medienlage (12), eine zweite Medienlage (18) und zumindest eine dritte Medienlage (20), wobei die zweite Medienlage (18) in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung (16) des Filtermediums hinter der ersten Medienlage (12) angeordnet ist und wobei die dritte Medienlage (20) in einer bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung (16) des Filtermediums hinter der zweiten Medienlage (18) angeordnet ist, wobei die erste Medienlage (12) Fasern aufweist, und wobei die zweite Medienlage (18) Nanofasern aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die zweite Medienlage (18) Nanofasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 800 nm, aufweist und/oder die zweite Medienlage (18) zumindest weitgehend aus Nanofasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 1000 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 800 nm, gebildet ist.
Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Medienlage (18) ein Flächengewicht zwischen 0,05 und 10 g/m², bevorzugt zwischen 0,1 und 5 g/m², aufweist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Medienlage (18) aus elektrogesponnenen Nanofasern gebildet ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Medienlage (18) durch Beschichtung der ersten Medienlage (12) oder der dritten Medienlage (20) mit Nanofasern gebildet ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Medienlage (12) Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser zwischen 0,2 μm und 4 μm, bevorzugt zwischen 0,5 μm und 4 μm, aufweist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Medienlage (12) mindestens zu 5%, vorzugsweise mindestens zu 30%, weiter vorzugsweise mindestens zu 50%, weiter vorzugweise mindestens zu 95% aus Glasfasern gebildet ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Medienlage (12) eine Gradientenstruktur einer Packungsdichte der Fasern mit zunehmender Packungsdichte in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung (16) aufweist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) Fasern aufweist, vorzugsweise zumindest zu 50% aus Endlosfasern gebildet ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) aus einer Meltblownlage, einer Spunbondlage oder einer Celluloselage gebildet ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) zumindest eine Stützschicht (22) bildet.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweist, der kleiner ist als ein Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm der ersten Medienlage (12), vorzugsweise um einen Faktor kleiner 2 kleiner ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweist, der kleiner als 60%, vorzugsweise kleiner als 30% ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) eine Dicke (24) von mindestens 0,15 mm und höchstens 1,5 mm, bevorzugt höchstens 0,3 mm beträgt.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Medienlage (20) aus Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von mindestens 1 μm und maximal 40 μm, bevorzugt 20 μm, gebildet ist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine vierte Medienlage (28) vorgesehen ist, wobei die vierte Medienlage (28) in der bestimmungsgemäßen Durchströmungsrichtung (16) vor der ersten Medienlage (12) angeordnet ist und einen Abscheidegrad für Partikel mit einer Partikelgröße größer als 4 μm aufweist, der kleiner als der Abscheidegrad der ersten Medienlage (12) ist.
Filterelement (50), umfassend ein Filtermedium (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermedium (10) ein gefaltetes Filtermedium ist.
Verwendung des Filterelements nach Anspruch 17, als Kraftstofffilter, insbesondere als Kraftstofffilter einer Brennkraftmaschine.