DE102018215358A1

DE102018215358A1 - Filtermedium für die Fluidfiltration, Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums und Fluidfilter

Info

Publication number: DE102018215358A1
Application number: DE102018215358.2A
Authority: DE
Inventors: Udaya Kumar Rao; Lothar Popp
Original assignee: Mann and Hummel GmbH; Sandler AG
Current assignee: Mann and Hummel GmbH; Sandler AG
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-03-12
Also published as: EP3849688A1; WO2020052884A1; US20220047976A1; CN112912157A

Abstract

Bei einem Filtermedium für die Fluidfiltration, das wenigstens zwei Schichten aufweist, umfassen wenigstens eine Grobfilterschicht (16) und eine in eine Durchströmungsrichtung (13) nach der Grobfilterschicht (16) angeordnete Feinfilterschicht (17), wobei die Grobfilterschicht (16) und die Feinfilterschicht (17) ohne den Einsatz chemischer Bindemittel miteinander verbunden sind, und wobei die Grobfilterschicht (16) und die Feinfilterschicht (17) jeweils ein Polymervlies aus thermoplastischen Polymerfasern ist, wobei die Faserfeinheit die Polymerfasern in der Feinfilterschicht (17) größer ist als die Faserfeinheit der Polymerfasern in der Grobfilterschicht (16), sind sowohl die thermoplastischen Polymerfasern der Grobfilterschicht (16) als auch die thermoplastischen Polymerfasern der Feinfilterschicht (17) Meltblownfasern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filtermedium für die Fluidfiltration, ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums und einen Fluidfilter.
Es ist bereits seit langem bekannt, aus Vliesstoffen bestehende Filtermedien zur Filtration von flüssigen und/oder gasförmigen Fluiden einzusetzen. Durch die Variationsmöglichkeiten und wirtschaftliche Herstellung der Vliesstoffe lassen sich diese an nahezu alle Filtrationsaufgaben anpassen.
In der DE 102 21 694 A1 ist ein mehrlagiger Aufbau eines Filtermediums offenbart, der speziell für Staubsaugerbeutel verwendet wird. Hier wurde eine Grobschicht als Staubspeicherlage einer Feinfilterlage aus Meltblown-Vlies vorgeschaltet. Bei genügender Staubspeicherung wird durch die Feinschicht eine gute Abscheidung auch feiner Staubpartikel gewährleistet. Allerdings ist der so hergestellte Aufbau mechanisch nicht stabil, so dass, um die mechanische Festigkeit zu erreichen, abströmseitig eine Stützlage notwendig ist. Die Folge ist ein komplexer, vielschichtiger Aufbau, wobei der adhäsive Verbund der einzelnen Lagen mittels Klebstoff die Luftdurchlässigkeit negativ beeinflusst. Wird weniger Klebstoff eingesetzt, ist die mechanische Stabilität wiederum ungenügend.
In der DE 20 2007 008 372 U1 ist ein Filtermedium für die Luft- und Flüssigkeitsfiltration beschrieben. Das Filtermedium umfasst eine Grobfilterschicht aus thermoplastischem Stapelfaservliesstoff und eine Feinfilterschicht aus Meltblownfasern, wobei die Meltblownfasern mit den Stapelfasern der Grobfilterschicht mittels Druck und Wärme an definierten Prägestellen miteinander verbunden sind. Die Lagen des Verbunds werden ohne Zuhilfenahme von Klebstoffen rein thermisch mittels Druck und Hitze miteinander verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtermedium bzw. einen Fluidfilter zu schaffen, der in einfacher Weise kostengünstig herstellbar ist und das bzw. der über Abscheideleistungen verfügt, die denen aus dem Stand der Technik bekannten Filtermedien bzw. Filtern zumindest ebenbürtig sind. Ferner ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums bereitzustellen, das gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren wirtschaftlicher ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Filtermedium mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und einen Fluidfilter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 18 gelöst.
Das erfindungsgemäße Filtermedium zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl die thermoplastischen Polymerfasern der Grobfilterschicht als auch die thermoplastischen Polymerfasern der Feinfilterschicht Meltblownfasern sind.
Beide Filterschichten, also sowohl die Grobfilterschicht als auch die Feinfilterschicht bestehen jeweils aus einem Meltblownvlies. Solche Meltblownvliese sind in einfacher und kostengünstiger Weise durch das sogenanntes Meltblow-Verfahren herzustellen.
Bei einem Meltblow-Verfahren werden thermoplastische Polymere insbesondere mit Hilfe von Extrudern aufgeschmolzen und anschließend durch eine Vielzahl kleiner, sehr feiner Düsen gepresst. Die Polymerschmelze wird am Düsenaustritt oder unmittelbar darunter von Heißluft erfasst, die die austretenden Filamente im noch flüssigen Zustand verstreckt, verwirbelt und innerhalb weniger Millisekunden erstarren lässt. Bedingt durch die Kraft des Heißluftstromes und die Feinheit der Filamente zerreißen diese sehr häufig, so dass mehr oder weniger lange, sehr feine Filamentabschnitte unmittelbar zu einem Vlies auf einem Transportband abgelegt werden können.
Demnach sind beim erfindungsgemäßen Filtermedium die Grobfilterschicht und auch die Feinfilterschicht im Meltblow-Verfahren hergestellt, so dass das gleiche Herstellungsverfahren sowohl für die Grobfilterschicht als auch für die Feinfilterschicht verwendet werden kann. Ferner ist es möglich, für die Herstellung sowohl der Grobfilterschicht als auch der Feinfilterschicht Meltblow-Verfahren, wie vorstehend beschrieben, zu verwenden. Im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren für Filterschichten aus thermoplastischen Polymerfasern, wie beispielsweise segmented-pie Verfahren ist das Meltblow-Verfahren kostengünstiger. Die Variation der Faserfeinheiten zwischen Grobfilterschicht und Feinfilterschicht lässt sich beispielsweise durch die Wahl der Düsenöffnungen bzw. die Strömungsgeschwindigkeit der Heißluft einstellen. Im Gegensatz zum zur vorbeschriebenen Stand der Technik, bei dem der Verbund aus einem Stapelfaservlies und einem Meltblownvlies besteht, die durch verschiedene Herstellungsverfahren herzustellen sind, werden erfindungsgemäß dieselben Arten von Vliesen, nämlich Meltblownvliese, eingesetzt, wodurch Mischkomponenten wie im Stand der Technik vermieden werden. Ein derartiger Verbund ist daher wirtschaftlicher herzustellen. Das erfindungsgemäße Filtermedium ist im Wesentlichen, insbesondere zu 100% synthetisch. Im Vergleich zu einem Verbund, bei dem eine Schicht Glasfasern enthält, ist dies insbesondere beim Einsatz eines derartigen Filtermediums in Kfz-Filtern, insbesondere Kfz-Filtern in Einspritzsystemen von Vorteil, da hier den Filter beschädigender Glasfaserbruch nicht auftritt.
In besonders bevorzugter Weise liegt der Faserdurchmesser der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht im Bereich von 0,8µm bis 5,0µm, insbesondere 1,0µm bis 3,0µm.
Bei den Meltblownfasern der Feinfilterschicht handelt es sich vorzugsweise um Nanofasern, deren Faserdurchmesser im Bereich von 100µm bis 500µm, insbesondere 150µm bis 400µm, liegt.
In besonders bevorzugter Weise sind die Meltblownfasern der Grobfilterschicht und/oder Feinfilterschicht Polyesterfasern. Das beim Meltblown-Verfahren eingesetzte Polymer ist also in bevorzugter Weise ein Polyester.
Bei den Polyesterfasern handelt es sich in bevorzugter Weise um Polyterephtalat-Fasern, vorzugsweise Polyalkylenterephtalat-Fasern, insbesondere Polyethylenterephtalat (PET)- und/oder Polybutylenterephtalat (PBT)-Fasern. Es ist jedoch auch möglich, Polypropylen, Polyamid, Polycarbonat oder thermoplastische Polyurethanfasern einzusetzen.
Die Auswahl des geeigneten Polymers richtet sich nach dem Anwendungszweck des Filtermediums. Insbesondere eignen sich Polybutylenterephtalat-Fasern aufgrund ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer hohen Beständigkeit für Filtration von heißen und aggressiven Flüssigkeiten, z.B. Schmieröl oder Biodiesel. Bei Luftfiltrationsanwendungen kommen dagegen eher Polypropylen- oder Polycarbonat-Fasern zum Einsatz.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Faserdurchmesserverteilung der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht und/oder Feinfilterschicht gleichmäßig.
Alternativ ist es möglich, dass die Faserdurchmesserverteilung der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht und/oder Feinfilterschicht einen Gradienten aufweist, wobei der Faserdurchmesser in Durchströmungsrichtung insbesondere kontinuierlich abnimmt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine in Durchströmungsrichtung vor der Grobfilterschicht angeordnete und mit dieser ohne den Einsatz chemischer Bindemittel verbundene Schutzschicht aus Vliesstoff vorhanden. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den Fasern des Vliesstoffes der Schutzschicht um thermoplastische Polymerfasern, insbesondere ebenfalls um Meltblownfasern, wodurch die Schutzschicht ebenfalls durch das Meltflow-Verfahren hergestellt werden kann.
In diesem Fall lassen sich die funktionell unterschiedlichen Schichten, Schutzschicht, Grobfilterschicht und Feinfilterschicht besonders wirtschaftlich durch dasselbe Herstellungsverfahren herstellen.
In besonders bevorzugter Weise weist die Feinfilterschicht mehrere ohne den Einsatz chemischer Bindemittel miteinander verbundene Filterlagen aus Meltblownvlies auf, wobei der Durchschnitt der geometrischen Porengröße der Meltblownvliese in Durchströmungsrichtung von Filterlage zu Filterlage abnimmt.
In besonders bevorzugter Weise weist die Feinfilterschicht eine Vorabscheidungslage aus Meltblownvlies mit Poren mit einer Porengröße von 5µm bis 15µm, insbesondere 8µm bis 12µm, auf.
Besonders bevorzugt weist die Feinfilterschicht eine Hauptabscheidungslage als Meltblownvlies mit Poren mit einer Porengröße von 1µm bis 8µm, insbesondere 3µm bis 6µm, auf.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine in Durchströmungsrichtung nach der Feinfilterschicht angeordnete und mit dieser ohne den Einsatz chemischer Bindemittel verbundene Stützschicht aus Vliesstoff vorgesehen. Vorzugsweise bestehen die Fasern des Vliesstoffes der Schutzschicht aus thermoplastischen Polymerfasern. Es ist möglich, dass es sich bei den thermoplastischen Polymerfasern um Spunbond-, Wetlaid-und/oder kardierte Polymerfasern handelt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schutzschicht eine Plissierung auf.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das folgende Schritte umfasst:

- Anordnen der wenigstens einen Grobfilterschicht und der wenigstens einen Feinfilterschicht übereinander,
- Eintrag von Energie in den losen Verbund aus Grobfilterschicht und Feinfilterschicht, derart, dass die Meltblownfasern teilweise aufschmelzen und Grobfilterschicht und Feinfilterschicht miteinander verbunden werden, wobei das Verbinden der Grobfilterschicht und der Feinfilterschicht ohne den Einsatz chemischer Bindemittel erfolgt.

Es ist möglich, dass zunächst das Meltblownvlies der Grobfilterschicht durch das Meltblown-Verfahren in einer Meltblow-Anlage hergestellt wird und unabhängig davon, insbesondere an einer anderen Station der Meltblow-Anlage, das Meltblownvlies der Feinfilterschicht. Auf diese Art lassen sich also parallel Meltblownvliese für die Grobfilterschicht und Meltbownvliese für die Feinfilterschicht herstellen, wobei diese dann in einem nächsten Schritt übereinander gelegt und durch den Eintrag von Energie und Aufschmelzen der Fasern miteinander verbunden werden. Auch die anderen Funktionsschichten, insbesondere die Schutzschicht, lassen sich in der Meltblow-Anlage herstellen, sofern diese ebenfalls als Meltblownvliese auszubildet sind. Zur Herstellung des dann mehr als zwei Schichten umfassenden Verbunds werden die verschiedenen Funktionsschichten dann wieder übereinander gelegt und durch den Eintrag von Energie und Aufschmelzen der Meltbownfasern miteinander verbunden.
Alternativ wäre es jedoch auch möglich, den Verbund aus Grobfilterschicht und Feinfilterschicht gleich bei der Herstellung des Meltblownvlieses der Grobfilterschicht und des Meltblownvlieses der Feinfilterschicht bereitzustellen. Hierzu wäre es denkbar, dass zunächst in der Meltblow-Anlage an einer ersten Arbeitsstation Meltblownfasern für die Grobfilterschicht oder alternativ Meltblownfasern für die Feinfilterschicht hergestellt und auf einem Transportband abgelegt werden. Anschließend können die gelegten unverfestigten Meltblownfasern für das Meltblownvlies der Grobfilterschicht oder alternativ der Feinfilterschicht zu einer zweiten Arbeitsstation befördert werden, wo dann Meltblownfasern für die Feinfilterschicht, wenn zuvor die Meltblownfaser der Grobfilterschicht abgelegt sind oder Meltblownfasern für die Feinfilterschicht wenn zuvor Meltblownfasern für die Feinfilterschicht abgelegt wurden, auf die bereits abgelegten Meltblownfasern abgelegt werden. In einem nächsten Schritt wären dann die Verfestigung und die Verbindung der losen Lagen durch den Eintrag von Energie und Aufschmelzen der Meltblownfasern möglich.
Soll der Verbund mehr als zwei Schichten umfassen, wären dann entsprechend der Anzahl der Schichten erforderliche Arbeitsstationen vorzusehen, so dass die einzelnen Meltblownfasern der verschiedenen Schichten übereinander geschichtet werden können. Es wäre jedoch auch denkbar, einzelne Funktionsschichten separat herzustellen, beispielsweise eine nicht aus Meltblownfasern bestehende Stützschicht und diese dann auf den losen Verbund der bereits hergestellten Faserschichten abzulegen. Es wäre auch denkbar, eine separat hergestellte Funktionsschicht, beispielsweise eine anströmseitige Schutzschicht separat herzustellen und darauf die Meltblownfasern für die Grobfilterschicht und Feinfilterschicht abzulegen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt der Energieeintrag durch Pressen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck.
In besonders bevorzugter Weise erfolgt das Pressen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mittels thermischen Kalandrieren mit Hilfe eines Thermokalanders.
Alternativ ist es möglich, dass der Energieeintrag durch Ultraschall erfolgt, vorzugsweise mit Hilfe eines Ultraschallkalanders.
Die Erfindung umfasst ferner einer Fluidfilter für die Filtration eines Fluids, beispielsweise Luft oder Kraftstoff, mit einer Anströmöffnung für Rohfluid und einer Abströmöffnung für gefiltertes Reinfluid, das sich dadurch auszeichnet, dass zwischen der Anströmöffnung und der Abströmöffnung wenigstens ein in einer Durchströmrichtung von der Anströmöffnung zur Abströmöffnung von zu filterndem Fluid durchströmbares Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis zu 13 angeordnet ist.
Je nach Auswahl der Meltblownfasern eignet sich das Filtermedium für verschiedenste Anwendungszwecke, so dass es beispielsweise als Luftfilter, beispielsweise in Ansaugsystemen von Kraftfahrzeugen, verwendet werden kann oder alternativ als Flüssigkeitsfilter, beispielsweise als Kraftstofffilter, einsetzbar ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Die Figur zeigt:

einen Schnitt in Durchströmungsrichtung durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filtermediums, wobei das Filtermedium nur schematisch gezeigt ist.

Die einzige Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filtermediums 11. Das beispielhaft gezeigte Filtermedium 11 besteht in diesem Fall aus fünf Schichten bzw. Lagen. Das Filtermedium kann nahezu beliebig konfektioniert werden und kann daher beispielsweise als Filtermaterial in einem flachen Oberflächenfilter, Schlauchfilter, Patronenfilter oder Tiefenfilter zur Luftfiltration oder Bandfilter, Kerzenfilter oder Trommelfilter zur Flüssigkeitsfiltration eingesetzt werden.
Ein Fluidfilter mit einem derartigen Filtermedium 11 besitzt wenigstens eine Anströmöffnung (nicht dargestellt), über die zu filterndes Rohfluid in den Fluidfilter eintritt. Bei dem Fluid kann es sich um gasförmige Medien wie Luft oder andere zu filternde Gase oder alternativ um Flüssigkeiten handeln. Das zu filternde Rohfluid gelangt an die Rohfluidseite 12 des Filtermediums 11 und durchströmt dieses in einer Durchströmungsrichtung 13 und tritt an einer Reinfluidseite 14 gefiltert aus dem Filtermedium 11 aus.
Dabei durchströmt das zu filternde Rohfluid nacheinander die verschiedenen Funktionsschichten des Filtermediums 11.
Gemäß bevorzugtem Ausführungsbeispiel gelangt das zu filternde Rohfluid zunächst in eine luftdurchlässige, als Meltblownvlies ausgebildete Schutzschicht 15, die die dahinter liegende Grobfilterschicht 16 vor Abrieb schützt. Die Filterwirkung in der relativ dünnen Schutzschicht ist relativ gering. Zweckmäßigerweise besteht die Schutzschicht im gezeigten Beispielsfall aus Meltblownfasern aus Polybutylenterephtalat oder alternativ Polyethylenterephatalat.
Nach dem Durchtritt durch die Schutzschicht gelangt das noch praktisch ungefilterte Rohfluid in die Grobfilterschicht, die auch als Partikel-/oder Staubspeicherschicht bezeichnet werden kann. Hierbei handelt es sich um eine voluminöse Meltblownlage, also um ein Meltblownvlies. Als Fasern werden für das Meltblownvlies im beschriebenen Ausführungsbeispiel Polybutylenterephtalatfasern oder alternativ Polyethylenterephtalatfaser verwendet. Der Faserdurchmesser der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht liegt insbesondere im Bereich von 1,0µm bis 3,0 µm. Da es sich bei der Grobfilterschicht um eine relativ voluminöse Meltblownlage handelt, bietet es sich an, dass innerhalb dieser Schicht die Faserfeinheit der Meltblownfasern eine Gradienten aufweist, wobei die Faserfeinheit in Durchströmungsrichtung größer wird.
Nach dem Durchtritt des vorgefilterten Rohfluids, das von groben Partikeln befreit ist, die in der Grobfilterschicht zurückgehalten werden, tritt das Rohfluid in eine Feinfilterschicht 17 ein.
Die Feinfilterschicht 17 besteht aus zwei Lagen, einer Vorabscheidelage 17a aus einem Meltblownvlies und eine in Durchströmungsrichtung 13 nach der Vorabscheidungslage angeordnete Hauptabscheidungslage 17b ebenfalls aus einem Meltblownvlies. Als Meltblownfasern sowohl der Vorabscheidelage 17a als auch der Hauptabscheidungslage 17b sind Polybutylenterephtalatfasern oder alternativ Polyethylenterephtalatfasern eingesetzt. Die Faserstruktur der Vorabscheidelage 17a unterscheidet sich von der Faserstruktur der Hauptabscheidelage 17b. Das Meltblownvlies der Vorabscheidelage 17a weist Poren mit einer Porengröße von 8µm bis 12µm auf. Das Meltblownvlies der Hauptabscheidungslage 17b hingegen weist kleinere Poren auf, nämlich solche mit einer Porengröße von 3µm bis6 µm.
Die Porengrößen lassen sich durch den sogenannten „Bubble-Point-Test“ bestimmt. Hierzu ist der zu charakterisierende poröse Körper, in diesem Fall die Vorabscheidungslage 17a und die Hauptabscheidungslage 17b, vollständig mit einer Prüfflüssigkeit benetzt, deren Oberflächenspannung niedrig und bekannt ist. Danach wird die Probe einseitig mit Luft beaufschlagt und der Druck solange gesteigert, bis die erste Blase erscheint. Dieser Druck wird als „Bubble-Point-Druck“ bezeichnet. Unter Berücksichtigung der Oberflächenspannung und des zum Öffnen der ersten Pore notwendigen Drucks kann die scheinbar größte Pore unter der Annahme kreisförmiger Poren nach folgender Gleichung berechnet werden: $d_{x} = 4 δ cos φ / Δ p$

d_x:: scheinbarer Porendurchmesser [m]
δ:: Oberflächenspannung [N/m]
coscφ:: Benetzungswinkel [-]
Δp:: Druckdifferenz am Filter [Pa]

Der Durchmesser (d_x)bezeichnet eine kreisrunde Pore, deren Fläche gleich dem der realen irregulär geformten Pore ist.
Meltblow-Vliesstoffe weisen nicht nur eine diskrete Porengröße, sondern ein Porengrößenspektrum auf. Das Porengrößenspektrum lässt sich mittels eines automatisierten Messgerätes ermitteln. Hierzu werden die Materialien nach der technischen Anweisung des DITF für Vliesstoffe „Bestimmung der Porengröße am „Coulter Porometer“ geprüft. Dabei wird „Coulter Porofil“ als Prüfflüssigkeit verwendet. Die Proben werden vor der Messung auf einen Durchmesser von 25mm (4,9cm²) ausgestanzt. Der Messbereich erstreckt sich von 0,07µm bis 300µm (theoretische Porengröße).
Wie bereits erwähnt, ist die Fasereinheit der Feinfilterschicht, also sowohl in der Vorabscheidelage 17a als auch in der Hauptsabscheidelage 17b größer als die Faserfeinheit in der Grobfilterschicht. Der Faserdurchmesser der Meltblownfasern in der Feinfilterschicht liegt im Bereich von 150nm bis 400nm.
Wie insbesondere in der einzigen Figur gezeigt, ist nach der Feinfilterschicht 17 eine Stützschicht 18 angeordnet, die im Beispielsfall ein aus Spinnvliesfasern bestehendes Spinnvlies ist.
Selbstverständlich ist es möglich, das Filtermedium auch aus mehr als fünf oder weniger als fünf Funktionsschichten aufzubauen. Benötigt werden eine Grobfilterschicht und eine in Durchströmungsrichtung nachgelagerte Feinfilterschicht. Es ist beispielsweise auch möglich, dass die Grobfilterschicht mehrere Lagen aufweist, die sich hinsichtlich Fasereigenschaften (Faserdurchmesser, Faserfeinheit) voneinander unterscheiden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Filtermediums erfolgt durch das Meltblow-Verfahren. Eine charakteristische Meltblow-Anlage (nicht dargestellt) besitzt einen Extruder, indem Kunststoffgranulat aufgeschmolzen wird. Im Beispielsfall wird hier Polybutylenterephtalat-Granulat oder alternativ Polyethylenterephtalat-Granulat aufgeschmolzen. Das geschmolzene Granulat wird über eine Spinnpumpe kontinuierlich einem Düsenpaket zugeführt, das einen Schmelzverteiler, Schmelzfilter, verschiedene Temperatur- und Druckmessfehler sowie wenigstens eine Meltblow-Düse aufweist. Die aus der Düse extrudierte Polymerschmelze wird unmittelbar nach Austritt von einem konvergierenden temperierten Luftstrom der sogenannten Primärluft erfasst, welches sich unmittelbar nach Düsenaustritt mit der Umgebungsluft, der sogenannten Sekundärluft, mischt. Die hier aus der Schmelze sich bildenden Fasern kühlen auf dem Weg zur Ablage ab und werden als verschlungene Fasern in Form eines Vliesstoffes aufgefangen. Die Ablage erfolgt meist auf einer luftdurchlässigen Struktur wie einem Ablageband oder einer Siebtrommel, die zusätzlich mit einem Unterdruck versehen ist. Dies dient dazu, die Fasern auf der Ablage zu halten und überschüssige Primärluft abzuführen.
Im konkreten Beispielsfall werden zunächst die Faser für die Grobfilterschicht gelegt. Dabei wird austretendes Polybutylenterephtalat oder alternativ Polyethylenterephtalat in zuvor beschriebener Weise auf ein zuvor hergestelltes oder separat hergestelltes Meltblownvlies, das die Schutzschicht bildet, abgelegt. Der hier entstandene lose Verbund wird weiter befördert und zu einer zweiten Arbeitsstation bewegt, an der das Meltblown-Vlies der Feinfilterschicht 17 entsteht. Dabei werden zunächst die Polybutylenterephtalat oder alternativ Polyethylenterephtalatfasern für die Vorabscheidelage 17a auf dem losen Verbund aus Schutzschicht und Grobfilterschicht gelegt und danach die Fasern für das Meltblownvlies der Hauptabscheidelage 17b.
In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird dann noch das Trägervlies der Stützschicht 18 auf den losen Verbund abgelegt.
Der nun entstandene lose Verbund aus der Schutzschicht 15, Grobfilterschicht 16, Feinfilterschicht 17, mit der Vorabscheidelage 17a und der Hauptabscheidelage 17b und die Stützschicht 18 werden danach mittels thermischem Kalandrieren miteinander verbunden.
Hierzu wird der lose Verbund einem Thermokalender zugeführt; dabei gelangt der lose Verbund durch Kalanderwalzen, von denen wenigstens eine eine Gravurwalze ist. Die Abstände der einzelnen Verbindungspunkte sind so zu wählen, dass sie einerseits weit genug auseinanderliegen, dass die filtertechnischen Eigenschaften wie Fluiddurchlässigkeit und Partikelspeicherfähigkeit weitgehend unbeeinflusst bleiben. Zum anderen müssen aber die Abstände der einzelnen Verbindungspunkte zueinander zu gering ausfallen, dass das abströmseitige Meltblown sich nur wenig ausdehnen kann, d.h. die Gefahr des Aufplatzens minimiert wird. Es ist beispielsweise möglich, Kalandergravuren mit einer Gravurtiefe von > 1 mm und max. 3 mm vorzusehen. Zweckmäßigerweise liegt die Verbindungsfläche(Pressfläche) nicht über 25%, um die Luftdurchlässigkeit des Verbunds zu gewährleisten. Die Verbindungsfläche liegt im Bereich von 12% bis 18% bezogen auf die gesamte Filterfläche.
Nachstehend wird eine Gegenüberstellung der technischen Daten eines erfindungsgemäßen Filtermediums zum bekannten Stand der Technik gegeben.
Das erfindungsgemäße Produkt hat dabei folgenden Aufbau:

Anströmseite (Grobfilterschicht):
- • Meltblown-Vlies mit einem Gewicht von 100g/m² auf Polybutylenterephthalat abgelegt auf einer PET-Trägerlage.
- • Das PBT-Meltblown weist einen mittleren Fasertiter von ca. 1,8dtex (Dezitex)
- • Die PET-Trägerlage wird von einem thermisch Kalander-verfestigtes kardiertes Vlies aus einer bikomponenten Stapelfaser CoPET-Mantel und mit PET-Kern gebildet. Dieser Faser hat eine Titer von ca 4.4dtex (Dezitex) und eine Stapellänge von 51mm. Das Vlies weist ein Flächengewicht von ca 20g/m² auf. Die Verfestigungsfläche beträgt 100%.
Abströmseite (Feinfilterschicht):
- • Meltblown-Vlies mit einem Gewicht von 100g/m² auf Polybutylenterephthalat abgelegt auf einer PET-Trägerlage
- • Das PBT-Meltblown weist einen mittleren Fasertiter von ca 1,0dtex
- • Die PET-Trägerlage wird von einem thermisch Kalander-verfestigtes kardiertes Vlies aus einer bikomponenten Stapelfaser CoPET-Mantel und mit PET-Kern gebildet. Dieser Faser hat eine Titer von ca 4.4dtex und eine Stapellänge von 51mm. Das Vlies weist ein Flächengewicht von ca 20g/m² auf. Die Verfestigungsfläche beträgt 100%.

Gravur: Kalandergravur mit einem Pressflächenanteil von 6% mit 6,9Punkten/cm²
Vergleichsbeispiel gemäß Stand der Technik:

Anströmseite (Grobfilterschicht): Polybutylenterephthalat (PBT) Meltblownlage mit einer Faserverteilung von 1.9 µm bis 5.1 µm.
Abströmseite (Feinfilterschicht): Bi-Komponentenlage auf Polyamid (PA)-Basis auf einer PET-Trägerlage mit einer Faserverteilung von 0.45 µm bis 2.4 µm.

	Erfindungsgemäßes Material	Stand der Technik
Abscheidegrad (ISO 19438: 2003)	>99,95 %	>99,95 %
Staubspeicherfähigkeit g/m² (ISO 4020 6.4)	140 g/m²	ca. 110 g/m²
Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa (DIN ISO 9237)	>6 l/m²/s	57 l/m²/s
Größte Pore	10µm	9µm

Es ist festzuhalten, dass die Lage für die Abströmseite (Feinfilterschicht) aus dem Vergleichsbeispiel aus dem Stand der Technik durch einen sogenannten segmented-pie Prozess hergestellt ist, der gegenüber dem beschriebenen Meltblow-Verfahren, mit dem die Lage für die Abströmseite hergestellt ist aufwändiger und damit mit höheren Herstellungskosten verbunden ist.
Trotzdem steht das erfindungsgemäße Material in Sachen Abscheidegrad dem Material aus dem Stand der Technik in nichts nach. Die Staubspeicherfähigkeit beim erfindungsgemäßen Material ist gegenüber dem Stand der Technik erhöht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10221694 A1 [0003]
DE 202007008372 U1 [0004]

Claims

Filtermedium für die Fluidfiltration, das wenigstens zwei Schichten aufweist, umfassend wenigstens eine Grobfilterschicht (16) und eine in einer Durchströmungsrichtung (13) nach der Grobfilterschicht (16) angeordnete Feinfilterschicht (17), wobei die Grobfilterschicht (16) und die Feinfilterschicht (17) ohne den Einsatz chemischer Bindemittel miteinander verbunden sind, und wobei die Grobfilterschicht (16) und die Feinfilterschicht (17) jeweils ein Polymervlies aus thermoplastischen Polymerfasern ist, wobei die Faserfeinheit der thermoplastischen Polymerfasern in der Feinfilterschicht (17) größer ist als die Faserfeinheit der thermoplastischen Polymerfasern in der Grobfilterschicht (16), dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die thermoplastischen Polymerfasern der Grobfilterschicht (16) als auch die thermoplastischen Polymerfasern der Feinfilterschicht (17) Meltblownfasern sind.
Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserdurchmesser der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht (16) im Bereich von 0,8µm bis 5,0µm insbesondere 1,0µm bis 3,0µm, liegt.
Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserdurchmesser der Meltblownfasern in der Feinfilterschicht (17) im Bereich von 100nm bis 500nm, insbesondere 150nm bis 400nm, liegt.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meltblownfasern der Grobfilterschicht (16) und/oder Feinfilterschicht (17) Polyesterfasern sind.
Filtermedium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Polyesterfasern um Polyterephtalat-Fasern, vorzugsweise Polyalkylenterephtalat-Fasern, insbesondere Polyethylenterephtalat (PET)- und/oder Polybutylenterephtalat (PBT)-Fasern handelt.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserdurchmesserverteilung der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht (16) und/oder Feinfilterschicht (17) gleichmäßig ist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserdurchmesserverteilung der Meltblownfasern in der Grobfilterschicht (16) und/oder Feinfilterschicht (17) einen Gradienten aufweist, wobei der Faserdurchmesser in Durchströmungsrichtung (13) insbesondere kontinuierlich abnimmt.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Durchströmungsrichtung (13) vor der Grobfilterschicht (16) angeordnete und mit dieser ohne den Einsatz chemischer Bindemittel verbundene Schutzschicht (18) aus Vliesstoff vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Fasern des Vliesstoffes der Schutzschicht thermoplastische Polymerfasern sind, insbesondere Meltblownfasern.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfilterschicht (17) mehrere ohne den Einsatz chemischer Bindemittel miteinander verbundene Filterlagen aus Meltblownvlies aufweist, wobei der Durchschnitt der geometrischen Porengrößen der Meltblownvliese in Durchströmungsrichtung (13) von Filterlage zu Filterlage abnimmt.
Filtermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfilterschicht (17) eine Vorabscheidungslage (17a) aus Meltblownvlies mit Poren mit einer Porengröße von 5µm bis 15µm, insbesondere 8µm bis 12µm, aufweist.
Filtermedium nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfilterschicht (17) eine Hauptabscheidungslage (17b) aus Meltblownvlies mit Poren mit einer Porengröße von 1µmbis 8µm, insbesondere 3µm bis 6µm, aufweist.
Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Durchströmungsrichtung (13) nach der Feinfilterschicht (17) angeordnete und mit dieser ohne den Einsatz chemischer Bindemittel verbundene Stützschicht (18) aus Vliesstoff vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Fasern des Vliesstoffes der Stützschicht (18) thermoplastische Polymerfasern sind, insbesondere Spunbond, Wetlaid- und/oder kardierte thermoplastische Polymerfasern.
Filtermedium nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (18) eine Plissierung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend die Schritte: - Anordnen der wenigstens einen Grobfilterschicht (16) und der wenigstens einen Feinfilterschicht (17) übereinander, - Eintrag von Energien in den losem Verbund aus Grobfilterschicht (16) und Feinfilterschicht (17), derart, dass die Meltblownfasern teilweise aufschmelzen und Grobfilterschicht (16) und Feinfilterschicht (17) miteinander verbunden werden, wobei das Verbinden der Grobfilterschicht (16) und der Feinfilterschicht (17) ohne den Einsatz chemischer Bindemittel erfolgt
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag durch Pressen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mittels thermischem Kalandrieren mit Hilfe eines Thermokalanders erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag mittels Ultraschall erfolgt, vorzugsweise mit Hilfe eines Ultraschallkalanders.
Fluidfilter für die Filtration eines Fluides, beispielsweise Luft, mit einer Anströmöffnung für Rohfluid und einer Abströmöffnung für gefiltertes Reinfluid, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anströmöffnung und der Abströmöffnung wenigstens ein in einer Durchströmungsrichtung (13) von der Anströmöffnung zur Abströmöffnung von zu filterndem Fluid durchströmbares Filtermedium (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 angeordnet ist.