DE102017213596B4 - Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters und Stempel für ein derartiges Verfahren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters und Stempel für ein derartiges Verfahren Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:-- Bereitstellen (100) eines Filtergehäuses (1) aus einem thermoplastischem Kunststoff mit einer Schweißzone (2);-- Bereitstellen (200) eines Filtergewebes (3), welches mit dem Filtergehäuse (1) in der Schweißzone (2) verschweißbar ist,-- Erwärmen (300) der Schweißzone (2) des Filtergehäuses (1) derart, dass sich eine Kunststoffschmelze (4) bildet;-- Anordnen (400) des Filtergewebes (3) in der Schweißzone (2);-- Anpressen (500) des Filtergewebes (3) gegen die Schweißzone (2) mittels eines Stempels (5) in einer Anpressrichtung (A), wobei der Stempel (5) mit einer Stempelfläche (6) auf das Filtergewebe (3) aufgesetzt wird, wobei der Stempel (5) in der Stempelfläche (6) eine Aussparung (7) aufweist,wobei der Schritt des Erwärmens (300) mittels eines heißen Gases (10) oder mittels einer Heizplatte (12) bewirkt wirdoderwobei der Stempel (5) als eine Sonotrode (30) für einen Ultraschallschweißprozess ausgebildet ist,wobei die Schritte des Erwärmens (300) und des Anpressens (500) zumindest zeitweise gleichzeitig ausgeführt werden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters sowie einen Stempel für ein derartiges Verfahren
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von Filterelementen für Flüssigkeitsfilter, z.B. für Diesel, Benzin oder für Harnstofflösung von SCR-Systemen (SCR = „selective catalytic reaction“) in der Abgasreinigung bekannt. Dabei kann ein Filtergewebe zur Abscheidung von Partikeln aus der zu reinigenden Flüssigkeit fluiddicht mit einem Filtergehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff beispielsweise stoffschlüssig verbunden werden, z.B. durch Kleben, Schweißen oder durch Umspritzen mit Kunststoff.
  • Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schweißverfahren wird das Filtergehäuse mit dem Filtergewebe verbunden. Dabei wird der Kunststoff des Filtergehäuses in einer definierten Schweißzone erwärmt bis sich eine Kunststoffschmelze bildet, die in das Filtergewebe eindringt und nach dem Schweißen einen Formschluss zwischen Filtergehäuse und Filtergewebe bildet.
  • Ein derartig hergestelltes Filterelement eines Flüssigkeitsfilters ist aus der DE 199 25 098 A1 bekannt.
  • Aus der DE 103 17 971 A1 ist ein Laser-Schweißverfahren bekannt, bei dem ein Filtermaterial mit einem Gehäuse stoffschlüssig verbunden wird. Zur Vermeidung von Versengungen oder Löchern im Schweißabschnitt wird dabei das Filtermaterial im Bereich des Schweißabschnitts durch eine Montagevorrichtung zusammengedrückt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass bei herkömmlichen Schweißverfahren das Filtergewebe mit flächigen Stempeln auf die Kunststoffschmelze gedrückt bzw. angepresst wird.
  • Durch die Flächenpressung wird dabei das Filtergewebe verdichtet und das Eindringen von Kunststoffschmelze des Filtergehäuses in das Filtergewebe erschwert. Dies führt dazu, dass das Filtergewebe nur in geringer Tiefe durchdrungen wird und der Formschluss in einer Verbundzone nach dem Abkühlen unzureichend sein kann.
  • Es kann daher ein Bedarf bestehen, den Formschluss zwischen dem Filtergewebe und dem Filtergehäuse in der Verbundzone zu verbessern, so dass das Filterelement belastbarer ist und weniger Ausschuss bei der Fertigung entsteht. Auch kann der Bedarf nach einer erhöhten Lebensdauer des Filterelements bestehen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Im Rahmen der Anmeldung werden die Ausdrücke „umfassen“ und „aufweisen“ synonym verwendet, solange nichts anderes ausdrücklich erwähnt wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters vorgeschlagen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf
    • -- Bereitstellen eines Filtergehäuses aus einem thermoplastischem Kunststoff mit einer Schweißzone,
    • -- Bereitstellen eines Filtergewebes, welches mit dem Filtergehäuse in der Schweißzone verschweißbar ist,
    • -- Erwärmen der Schweißzone des Filtergehäuses derart, dass sich eine Kunststoffschmelze bildet;
    • -- Anordnen des Filtergewebes in der Schweißzone;
    • -- Anpressen des Filtergewebes gegen die Schweißzone mittels eines Stempels in einer Anpressrichtung, wobei der Stempel mit einer Stempelfläche auf das Filtergewebe aufgesetzt wird, wobei der Stempel in der Stempelfläche eine Aussparung aufweist.
  • Durch das vorgeschlagene Verfahren wird vorteilhaft das Eindringen der Kunststoffschmelze beim Herstellen des Filterelements während des Schritts des Anpressens verbessert. Denn im Bereich der Aussparung wird das Filtergewebe nicht zusammengedrückt bzw. es ist auf der dem Stempel zugewandten Seite nicht von der Stempelfläche belegt. Dadurch kann die Kunststoffschmelze durch das Filtergewebe hindurch in die Aussparung des Stempels eindringen und es wird ein verbesserter Formschluss erzielt. Dies vermindert vorteilhaft den Ausschuss bei der Herstellung, verbessert die Belastbarkeit des Filterelements und erhöht dessen Lebensdauer.
  • Bei dem Flüssigkeitsfilter kann es sich z.B. um einen Kraftstofffilter zur Abscheidung von Partikeln aus z.B. Benzin oder Diesel handeln. Es kann sich jedoch auch um einen Flüssigkeitsfilter zur Abscheidung von Partikeln aus einer wässrigen Harnstofflösung für SCR-Systeme handeln.
  • Bei dem Filtergewebe kann es sich z.B. um eine Filtermembran oder ein Filtervlies handeln, welches Poren mit einer Größe im Bereich von 10µm bis 200µm aufweist. Die Kunststoffschmelze kann vorzugsweise die Poren durchdringen und so das Filtergewebe nach ihrem Erstarren formschlüssig an dem Filtergehäuse befestigen. Der Formschluss ist dabei unlösbar, d.h. ohne die erneute Zuführung von Wärme kann die Verbindung zwischen Filtergewebe und Filtergehäuse nicht zerstörungsfrei wieder gelöst werden.
  • Das Filtergewebe kann z.B. aus einem Kunststoff gebildet sein bzw. einen Kunststoff umfassen. Beispielsweise kann das Filtergewebe Polypropylen umfassen bzw. aus Polypropylen gebildet sein.
  • Das Filtergewebe kann dabei eine Dicke von 100µm bis 5mm aufweisen, bevorzugt von 200µm bis 1,8mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5mm bis 1,2mm. Beispielsweise beträgt die Dicke 1,2mm oder 1,5mm.
  • Das Filtergehäuse ist aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet. Beispielsweise kann das Filtergehäuse als Material Polyethylen (PE) umfassen, bevorzugt sogenanntes „high density“ Polyethylen (HD-PE). Es kann beispielsweise als ein Trägerrahmen für eine Filtermembran ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich um eine oder zwei Endkappen handelt, gegebenenfalls mit einem dazwischen angeordneten Stützrohr oder Stützrahmen, wobei dann das Filtergewebe mit der bzw. den Endkappe(n) durch den Schweißprozess verbunden wird und/oder mit dem Stützrohr bzw. dem Stützrahmen.
  • Die Schweißzone ist als derjenige Bereich des Filtergehäuses zu verstehen, in welchem der Kunststoff erwärmt und zum Schmelzen gebracht wird und der nach Beendigung des Schweißprozesses mit dem Filtergewebe zumindest teilweise in eine Verbundzone übergeht, in der das Filtergewebe mit dem Filtergehäuse unlösbar verbunden ist. Die Schweißzone kann dabei z.B. auf einer Oberfläche des Filtergehäuses ausgebildet sein, die dem Filtergewebe zugewandt ist. Die Wärmezufuhr im Schritt der Erwärmung kann dabei während oder vor dem Schritt des Anpressens erfolgen.
  • Das Anpressen erfolgt dabei derart, dass das Filtergewebe entlang der Anpressrichtung zwischen dem Filtergehäuse und dem Stempel angeordnet ist.
  • Dadurch, dass die Stempelfläche außerhalb der Aussparung eine plane Ebene ausbildet wird vorteilhaft eine besonders gute Verbindung zwischen Filterelement und Filtergehäuse bewirkt. Denn dadurch kann das Filtergewebe während des Anpressens nicht verrutschen. Auch wird das Filtergewebe nicht punktuell zu stark belastet, wodurch das Risiko für eine Leckage durch Rissbildung sinkt. Falls das Schweißverfahren als Ultraschallschweißen ausgeführt wird und der Stempel eine Sonotrode ist, so wird die Ultraschall-Energie des Stempels durch eine plane Ebene besonders gleichmäßig in die Schmelzzone eingetragen, wodurch die Verbundzone besonders reproduzierbar gleichmäßig ausgebildet werden kann.
  • Dadurch, dass die Aussparung eine Höhe relativ zu der Stempelfläche entlang der Anpressrichtung aufweist, die wenigstens der Dicke des Filtergewebes im unverpressten Zustand entlang der Anpressrichtung entspricht wird vorteilhaft bewirkt, dass das Filtergewebe im Bereich der Aussparung beim Anpressvorgang so gut wie gar nicht oder gar nicht verpresst wird. Dadurch kann die Kunststoffschmelze besonders gut die Poren des Filtergewebes durchdringen. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gute formschlüssige Verbindung zwischen Filtergewebe und Filtergehäuse erzeugt.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aussparung in einem auf eine ebene Fläche aufgesetzten Zustand in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung gegenüber einer Außenumgebung des Stempels abgeschlossen ist. Mit anderen Worten: die Aussparung ist seitlich durch Wände begrenzt, deren Stirnflächen Teil der Stempelfläche sind. Die Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung können als laterale Richtung bezeichnet werden.
  • Dadurch lässt sich das Eindringen der Kunststoffschmelze in das Filtergewebe besonders gut und reproduzierbar steuern. Denn dann kann die Kunststoffschmelze nach dem Durchdringen des Filtergewebes nicht seitlich verlaufen. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Kunststoffschmelze seitlich in nicht erwünschte Bereiche fließt.
  • Dadurch, dass in die Aussparung ein fluidleitender Kanal mündet, wobei im Schritt des Anpressens durch den Kanal hindurch in der Aussparung ein Unterdruck angelegt wird lässt sich vorteilhaft die Taktzeit verkürzen. Denn durch den Unterdruck kann die Kunststoffschmelze wesentlich schneller durch die Poren des Filtergewebes im Bereich der Aussparung bewegt werden. Auch wird dadurch Energie gespart, da die Wärme zum Schmelzen des Kunststoffs kürzer zugeführt werden muss. Gleichzeitig kann dadurch die Qualität der Verbundzone nach dem Erkalten, also des Formschlusses, verbessert werden. Denn der Unterdruck sorgt für ein besonders gleichmäßiges Eindringen von Kunststoffschmelze in das Filtergewebe im Bereich der Aussparung.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aussparung bei Anlegen des Unterdrucks in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung gegenüber einer Außenumgebung des Stempels abgeschlossen ist. Denn dann kann keine Luft aus dem Außenraum des Stempels den Unterdruck zusammenbrechen lassen.
  • Der Kanal kann z.B. in einer von der Stempelfläche abgewandten Seite des Stempels in die Aussparung münden. Dadurch kann der Stempel besonders einfach und flach gebaut werden.
  • Jedoch ist es auch möglich, den Kanal seitlich, also in einer lateralen Richtung in die Aussparung münden zu lassen. Dadurch kann vorteilhaft ein unerwünschtes Ansaugen flüssiger Kunststoffschmelze in den Kanal und damit sein Verstopfen vermieden werden.
  • Der Kanal kann auch durch ein Schutzelement, z.B. ein Gitter, vor einem Verstopfen durch angesaugte Kunststoffschmelze oder Schmutzpartikel geschützt werden.
  • In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Schritt des Erwärmens mittels eines heißen Gases oder mittels einer Heizplatte bewirkt wird. Dadurch kann das Verfahren besonders kostengünstig und mit geringem technischem Aufwand durchgeführt werden.
  • Dadurch, dass der Stempel als eine Sonotrode für einen Ultraschallschweißprozess ausgebildet ist, wobei die Schritte des Erwärmens und des Anpressens zumindest zeitweise gleichzeitig ausgeführt werden wird vorteilhaft eine besonders präzise Herstellung des Formschlusses bewirkt. Denn durch die Verwendung des Stempels als Sonotrode wird der Eintrag der Schmelzenergie auf eine genau definierte Fläche, nämlich die Stempelfläche, konzentriert. Dadurch sinkt auch das Risiko, Bereiche des Filtergehäuses außerhalb der Schmelzzone aufzuschmelzen und damit Poren des Filtergewebes außerhalb der Schmelzzone zu verstopfen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Stempel für die Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters mittels eines Kunststoffschweißprozesses vorgeschlagen. Der Stempel weist eine Stempelfläche auf, wobei der Stempel in der Stempelfläche eine Aussparung aufweist. Dadurch kann vorteilhaft der Stempel beim Anpressen auf ein Filtergewebe gegen ein Filtergehäuse beim Schweißprozess eine besonders gute formschlüssige Verbindung zwischen dem Filtergewebe und dem Filtergehäuse bewirken. Denn im Bereich der Aussparung kann eine Kunststoffschmelze wesentlich einfacher durch unverpresstes und damit nicht verdichtetes Filtergewebe eindringen. Dadurch kann ein Formschluss zwischen Filtergewebe und Filtergehäuse dreidimensionaler erfolgen als ohne die Aussparung, da die Kunststoffschmelze höher in das Filtergewebe eindringen kann.
  • Dadurch, dass die Stempelfläche außerhalb der Aussparung eine plane Ebene ausbildet wird vorteilhaft beim Herstellen des Filterelements mittels des Stempels eine besonders gute Verbindung zwischen Filterelement und Filtergehäuse bewirkt. Denn dadurch kann das Filtergewebe während des Anpressens nicht verrutschen. Auch wird das Filtergewebe nicht punktuell zu stark belastet, wodurch das Risiko für eine Leckage durch Rissbildung sinkt. Falls das Schweißverfahren als Ultraschallschweißen ausgeführt wird und der Stempel eine Sonotrode ist, so wird die Ultraschall-Energie des Stempels durch eine plane Ebene besonders gleichmäßig in die Schmelzzone eingetragen, wodurch die Verbundzone besonders reproduzierbar gleichmäßig ausgebildet werden kann.
  • In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Aussparung in einem auf eine ebene Fläche aufgesetzten Zustand in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung gegenüber einer Außenumgebung des Stempels abgeschlossen ist. Mit anderen Worten: die Aussparung ist seitlich durch Wände begrenzt, deren Stirnflächen Teil der Stempelfläche sind. Die Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung können als laterale Richtung bezeichnet werden.
  • Dadurch lässt sich das Eindringen der Kunststoffschmelze in das Filtergewebe beim Herstellen des Filterelements besonders gut und reproduzierbar steuern. Denn dann kann die Kunststoffschmelze nach dem Durchdringen des Filtergewebes nicht seitlich verlaufen. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Kunststoffschmelze seitlich in nicht erwünschte Bereiche fließt.
  • Dadurch, dass in die Aussparung ein fluidleitender Kanal mündet, wobei durch den Kanal hindurch in der Aussparung ein Unterdruck anlegbar ist lässt sich vorteilhaft die Taktzeit verkürzen. Denn durch den Unterdruck kann die Kunststoffschmelze wesentlich schneller durch die Poren des Filtergewebes im Bereich der Aussparung bewegt werden. Gleichzeitig kann dadurch die Qualität der Verbundzone nach dem Erkalten, also des Formschlusses, verbessert werden. Denn der Unterdruck sorgt für ein besonders gleichmäßiges Eindringen von Kunststoffschmelze in das Filtergewebe im Bereich der Aussparung.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aussparung bei Anlegen des Unterdrucks in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung gegenüber einer Außenumgebung des Stempels abgeschlossen ist. Denn dann kann keine Luft aus dem Außenraum des Stempels den Unterdruck zusammenbrechen lassen.
  • Der Kanal kann z.B. in einer von der Stempelfläche abgewandten Seite des Stempels in die Aussparung münden. Dadurch kann der Stempel besonders einfach und flach gebaut werden.
  • Jedoch ist es auch möglich, den Kanal seitlich, also in einer lateralen Richtung in die Aussparung münden zu lassen. Dadurch kann vorteilhaft ein unerwünschtes Ansaugen flüssiger Kunststoffschmelze in den Kanal und damit sein Verstopfen vermieden werden.
  • Der Kanal kann auch durch ein Schutzelement, z.B. ein Gitter, vor einem Verstopfen durch angesaugte Kunststoffschmelze oder Schmutzpartikel geschützt werden.
  • Zeichnungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1: eine schematische Darstellung des Verfahrens;
    • 2a-2c: drei Zustände während der Herstellung eines Filterelements mit einem Verfahren aus dem Stand der Technik;
    • 3a-3c: drei Zustände während der Herstellung eines Filterelements mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters. Die einzelnen Elemente, die in dem Verfahren Verwendung finden sind in 3a-3c dargestellt.
  • Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • -- Bereitstellen 100 eines Filtergehäuses 1 aus einem thermoplastischem Kunststoff mit einer Schweißzone 2;
    • -- Bereitstellen 200 eines Filtergewebes 3, welches mit dem Filtergehäuse 1 in der Schweißzone 2 verschweißbar ist,
    • -- Erwärmen 300 der Schweißzone 2 des Filtergehäuses 1 derart, dass sich eine Kunststoffschmelze 4 bildet;
    • -- Anordnen 400 des Filtergewebes 3 in der Schweißzone 2;
    • -- Anpressen 500 des Filtergewebes 3 gegen die Schweißzone 2 mittels eines Stempels 5 in einer Anpressrichtung A, wobei der Stempel 5 mit einer Stempelfläche 6 auf das Filtergewebe 3 aufgesetzt wird, wobei der Stempel 5 in der Stempelfläche 6 eine Aussparung 7 aufweist.
  • In den 2a-2c ist ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsfilters mittels eines Schweißverfahrens aus dem Stand der Technik dargestellt. Dabei ist von dem Flüssigkeitsfilter lediglich schematisch ein Ausschnitt dargestellt, der jedoch ausreicht, um die Grundzüge der Herstellung zu verdeutlichen.
  • 2a zeigt einen ersten Zustand, in welchem ein Teil eines Filtergehäuses 1 aus einem thermoplastischen Kunststoff sowie ein Teil eines Filtergewebes 3 übereinander angeordnet sind. In der Figur ist eine Schmelzzone 2 eingezeichnet, in welchem der Kunststoff des Filtergehäuses 1 im nächsten Schritt, der in 2b dargestellt ist, aufgeschmolzen wird. Oberhalb des Filtergewebes 3 ist ein Stempel 5 angeordnet, der entlang einer Anpressrichtung A verfahrbar ist. Die Anpressrichtung A kann z.B. im Wesentlichen parallel zu einer Oberflächennormalen des Filtergehäuses 1 und/oder des Filtergewebes 3 in der Schmelzzone 2 sein. Die Schmelzzone 2 erstreckt sich hier im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu der Anpressrichtung A. Das Filtergewebe weist entlang seiner Flächennormalen eine Dicke D auf.
  • 2b zeigt einen zweiten Zustand, in welchem in der Schmelzzone 2 eine Kunststoffschmelze 4 ausgebildet ist. Die Kunststoffschmelze 4 ergibt sich durch den aufgeschmolzenen Kunststoff des Filtergehäuses 1. Die Wärmezufuhr ist schematisch durch die unterhalb des Filtergehäuses 1 dargestellten wellenförmigen Pfeile dargestellt, ohne dass die Wärme tatsächlich von unten (bezogen auf die Figur) zugeführt werden muss. Die Wärmezufuhr kann dabei grundsätzlich auch erfolgen, bevor das Filtergewebe 3 auf die Oberfläche des Filtergehäuses aufgesetzt bzw. aufgelegt wird. Die Wärmezufuhr kann grundsätzlich auch von oben (bezogen auf die Figur) erfolgen. Die Wärmezufuhr kann z.B. durch ein heißes Gas 10 oder eine Wärmeplatte 12 erfolgen. Die Verbindung zwischen dem Filtergewebe 3 und dem Filtergehäuse 1 erfolgt dadurch, dass der Stempel 5 in der Anpressrichtung A in der Schmelzzone 2 auf das Filtergewebe 3 gefahren wird und so bewirkt, dass die Kunststoffschmelze 4 in Kontakt mit dem Filtergewebe 3 kommt und die Poren des Filtergewebes 3 durchdringt. Außerhalb des Stempels 5 ist eine Außenumgebung 50 des Stempels 5 vorhanden.
  • In 2c ist ein dritter Zustand gezeigt. Hier ist nun die Wärmezufuhr beendet und der Stempel 5 wieder vom Filtergewebe 3 entgegen der Anpressrichtung A zurückgefahren worden. Die Kunststoffschmelze 4, die die Poren des Filtergewebes 3 in der Schmelzzone 2 durchdrungen hat, ist erstarrt und bildet eine Verbundzone 20, die zumindest teilweise mit der Schmelzzone 2 überlappt. Durch den die Poren durchdringenden Kunststoff des Filtergehäuses 1 ist das Filtergewebe 3 zumindest auch formschlüssig mit dem Filtergehäuse 1 verbunden.
  • Beim Zusammenpressen im zweiten Schritt (2b) wird jedoch das Filtergewebe 3 verdichtet, so dass die Kunststoffschmelze 4 nicht besonders tief (in der Figur nach oben entgegen der Anpressrichtung A) in das Filtergewebe 3 eindringen kann. Denn ein Abstand zwischen z.B. Fasern des Filtergewebes 3 ist stark verringert, so dass wenig Kunststoffschmelze 4 eindringen kann.
  • In den 3a-3c ist ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsfilters mittels eines Schweißverfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Dabei ist von dem Flüssigkeitsfilter lediglich schematisch ein Ausschnitt dargestellt, der jedoch ausreicht, um die Grundzüge der Herstellung zu verdeutlichen. Die 3a, 3b und 3c zeigen im Wesentlichen dieselben drei Schritte wie die 2a, 2b und 2c.
  • Das Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren aus den 2a-2c dadurch, dass der Stempel 5 eine Aussparung 7 in der Stempelfläche 6 aufweist. Die Aussparung 7 ist von wenigstens einer Seitenwand 5a des Stempels 5 umrandet bzw. begrenzt bzw. umgeben. Die Stempelfläche 6 ist auf einer dem Filtergewebe 3 zugewandten Stirnseite der wenigstens einen Seitenwand 5a des Stempels 5 ausgebildet. Die Stempelfläche 6 kann die Aussparung 7 z.B. vollständig umrunden. Bevorzugt bildet die Stempelfläche 6 außerhalb der Aussparung 7 eine plane Ebene aus. In dieser Aussparung 7, die in der Schmelzzone 2 liegt, wird das Filtergewebe 3 nicht verdichtet. Dadurch kann die Kunststoffschmelze 4 (3b) hier wesentlich einfacher und schneller eindringen als in dem Verfahren nach den 2a-2c. Dadurch wird nach dem Erkalten der Kunststoffschmelze 4 (3c) ein wesentlich besserer Formschluss in der Verbundzone 20 zwischen dem Filtergewebe 3 und dem Filtergehäuse 1 erzeugt. Die Aussparung 7 weist eine Höhe H1 auf, die sich entlang der Anpressrichtung erstreckt und von der Stempelfläche 6 bis zur Decke der Aussparung 7 bemessen ist. Die Höhe H1 ist dabei wenigstens so groß gewählt wie die Dicke D des Filtergewebes 7. Beispielsweise kann das Filtergewebe zwischen 100µm und 5mm dick sein, bevorzugt zwischen 0,2mm und 1,8mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5mm bis 1,2mm. Beispielsweise beträgt die Dicke 1,2mm oder 1,5mm. Die Höhe H1 beträgt z.B. wenigstens 1mm und maximal 100mm, bevorzugt maximal 25mm und ganz besonders bevorzugt maximal 10mm. Dadurch wird sichergestellt, dass das Filtergewebe 3 im Bereich der Aussparung 7 möglichst wenig verdichtet wird.
  • Zusätzlich verbessert wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Eindringen der Kunststoffschmelze 4 in das Filtergewebe 3 in der Schmelzzone 2 dadurch, dass im Stempel 5 ein fluidleitender Kanal 8 angeordnet ist, der in die Aussparung 7 mündet. Dieser Kanal 8 ist lediglich eine optionale Ausführungsform, der Stempel 5 kann auch ohne diesen Kanal 8 ausgebildet sein. Durch diesen kann im zweiten Zustand (3b), in welchem der Stempel 5 mit seiner Stempelfläche 6 auf dem Filtergewebe 3 aufliegt und dieses gegen das Filtergehäuse 1 presst, ein Unterdruck U an die Aussparung 7 angelegt werden. Der Unterdruck U ist dabei ein Unterdruck relativ zur Außenumgebung 50 des Stempels 5. In dem zweiten Zustand der 3b liegt der Stempel 5 derart auf dem Filtergewebe 3 auf, dass von den Seiten her keine Leckluft durch die die Aussparung 7 begrenzende wenigstens eine Seitenwand 5a des Stempels in die Aussparung 7 hinein gelangen kann. Mit anderen Worten ist die Aussparung 7 in einem auf eine ebene Fläche aufgesetzten Zustand in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung A gegenüber einer Außenumgebung 50 des Stempels 5 abgeschlossen. Dadurch kann ohne größere Leckage ein Unterdruck U an die Aussparung 7 angelegt werden.
  • Der Unterdruck U in der Aussparung 7 bewirkt ein besonders schnelles, gleichmäßiges, reproduzierbares Eindringen der Kunststoffschmelze 4 durch die Poren des Filtergewebes 3. Dadurch wird der Herstellprozess schneller und kostengünstiger, u.a. auch, weil weniger Wärmeenergie eingetragen werden muss, bis die Kunststoffschmelze 4 die Poren durchdrungen hat. Außerdem wird die Qualität des so hergestellten Filterelements gleichmäßiger und es fällt weniger Ausschuss an.
  • In 3c ist zu erkennen, dass die Verbundzone 20 sowohl in lateraler Richtung L (quer zur Anpressrichtung A) als auch in einer Richtung parallel zur Anpressrichtung A das Filtergewebe 3 stärker durchdringt. Mit anderen Worten: das Volumen der Verbundzone 20 ist gegenüber dem Volumen der Verbundzone 20 aus dem Stand der Technik aus 2c vergrößert. Dadurch ist das Filterelement der 3c stabiler als das aus 2c.
  • Der Stempel 5 kann z.B. als Sonotrode 30 ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Energie, die zum Aufschmelzen des Filtergehäuses 1 benötigt wird, also die Energie zur Erwärmung, durch den Stempel 5 selbst eingebracht werden. Der Energieeintrag erfolgt dabei durch die Ultraschall-Energie des als Sonotrode ausgebildeten Stempels. Es handelt sich dann um einen Reibschweißprozess, bei der der Wärmeeintrag durch Reibungsenergie infolge der Ultraschall-Vibrationen erfolgt. In diesem Fall erfolgen die Schritte des Erwärmens 300 und des Anpressens 500 zumindest teilweise gleichzeitig. Die Zeit des Anpressens kann dabei etwas länger aber auch etwas kürzer sein als die Zeitdauer, während der Ultraschallenergie zugeführt wird. Durch die Verwendung eines Stempels 5, der als Sonotrode 30 ausgebildet ist, kann das Filterelement besonders präzise mit einer wohldefinierten Verbundzone 20 gefertigt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: -- Bereitstellen (100) eines Filtergehäuses (1) aus einem thermoplastischem Kunststoff mit einer Schweißzone (2); -- Bereitstellen (200) eines Filtergewebes (3), welches mit dem Filtergehäuse (1) in der Schweißzone (2) verschweißbar ist, -- Erwärmen (300) der Schweißzone (2) des Filtergehäuses (1) derart, dass sich eine Kunststoffschmelze (4) bildet; -- Anordnen (400) des Filtergewebes (3) in der Schweißzone (2); -- Anpressen (500) des Filtergewebes (3) gegen die Schweißzone (2) mittels eines Stempels (5) in einer Anpressrichtung (A), wobei der Stempel (5) mit einer Stempelfläche (6) auf das Filtergewebe (3) aufgesetzt wird, wobei der Stempel (5) in der Stempelfläche (6) eine Aussparung (7) aufweist, wobei der Schritt des Erwärmens (300) mittels eines heißen Gases (10) oder mittels einer Heizplatte (12) bewirkt wird oder wobei der Stempel (5) als eine Sonotrode (30) für einen Ultraschallschweißprozess ausgebildet ist, wobei die Schritte des Erwärmens (300) und des Anpressens (500) zumindest zeitweise gleichzeitig ausgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stempelfläche (6) außerhalb der Aussparung (7) eine plane Ebene ausbildet.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (7) eine Höhe (H1) relativ zu der Stempelfläche (6) entlang der Anpressrichtung (A) aufweist, die wenigstens der Dicke (D) des Filtergewebes (3) im unverpressten Zustand entlang der Anpressrichtung (A) entspricht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (7) in einem auf eine ebene Fläche aufgesetzten Zustand in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung (A) gegenüber einer Außenumgebung (50) des Stempels (5) abgeschlossen ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Aussparung (7) ein fluidleitender Kanal (8) mündet, wobei im Schritt des Anpressens durch den Kanal (8) hindurch in der Aussparung (7) ein Unterdruck (U) angelegt wird.
  6. Stempel für ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements eines Flüssigkeitsfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mittels eines Kunststoffschweißprozesses, wobei der Stempel (5) eine Stempelfläche (6) aufweist, wobei der Stempel (5) in der Stempelfläche (6) eine Aussparung (7) aufweist.
  7. Stempel nach dem vorhergehenden Anspruch, die Stempelfläche (6) außerhalb der Aussparung (7) eine plane Ebene ausbildet.
  8. Stempel nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (7) in einem auf eine ebene Fläche aufgesetzten Zustand in allen Richtungen senkrecht zur Anpressrichtung (A) gegenüber einer Außenumgebung (50) des Stempels (5) abgeschlossen ist.
  9. Stempel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei in die Aussparung (7) ein fluidleitender Kanal (8) mündet, wobei durch den Kanal (8) hindurch in der Aussparung (7) ein Unterdruck (U) anlegbar ist.
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