DE112007000938B4

DE112007000938B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Filterelements

Info

Publication number: DE112007000938B4
Application number: DE112007000938.1T
Authority: DE
Inventors: Eric A. Janikowski; Jerald J. Moy; Jacek Bodasinski; Witalis Ruminski; Leon Gradon; Tadeusz Jaroszczyk; Robert E. Muse; Melvin Rice; Barry M. Verdegan
Original assignee: Microspun Products Ltd; Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Microspun Products Ltd Pl; Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2021-08-26
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: CN101522973A; US8231752B2; WO2007143243A2; PL389088A1; CN101522973B; US20070131235A1; PL233499B1; DE112007000938T5; WO2007143243A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Filterelements (30), aufweisend das Spinnen von Fasern (7, 36, 38) von mehreren Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) auf eine Sammelvorrichtung (8) in einem Koordinatensystem mit X-, Y-, Z-Achsen, die orthogonal zueinander liegen, wobei die X- und Y-Achsen eine X-Y-Ebene quer zu der Z-Achse definieren,wobei die Sammelvorrichtung (8) eine drehende Spindel (9) aufweist, die um die Z-Achse dreht,wobei mindestens eine erste Düse (3) von der Spindel (9) in Richtung der X-Achse beabstandet angeordnet wird undwobei mindestens eine zweite Düse (32) von der ersten Düse (3) beabstandet angeordnet wird unddadurch gekennzeichnet,dass die mindestens eine zweite Düse (32) von der ersten Düse (3) entlang der X-Y-Ebene beabstandet angeordnet wird,dass von der ersten Düse (3) ein erster Satz von Fasern (7) mit einem ersten Filterkennwert und von der zweiten Düse (32) ein zweiter Satz von Fasern (36) mit einem zweiten Filterkennwert gesponnen wird unddass während der Herstellung des Filterelements (30) der erste Filterkennwert dadurch verändert wird, dass der Abstand zwischen der Spindel (9) und der ersten Düse (3) dadurch verändert wird, dass die Spindel (9) und die erste Düse (3) während oder vor der Drehung der Spindel (3) in Y-Richtung relativ zueinander bewegt werden.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Filterlementen.
Die Erfindung entstand im Zuge anhaltender Bemühungen hinsichtlich der Entwicklung von Koaleszern, wie in der genannten Patentanmeldung, und von verschiedenen anderen Arten von Filtern, einschließlich Partikelfilter, und einschließlich Motorkurbelgehäuseentlüfter-Filterelementpatronen. Die Erfindung enthält Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Filterelementen mit mehrfachen Filterkennwerten.
EP 1 641 547 B1 offenbart Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtungen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 24 bzw. 33.
DE 23 14 287 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Wirrvliesen aus Hochpolymeren, wobei das Polymer in enem Extruder aufgeschmolzen und einen in einem Düsenkopf befindliche Reihe von Düsenöffnungen extrudiert wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Koaleszers gemäß U.S. Patentanmeldung Nr. 11/273,101 (veröffentlicht als US 2007 / 0 107 399 A1 ) zeigt.
2 ist wie 1 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
3 ist eine Grafik, die Kennwerte eines Koaleszers gemäß der US 2007 / 0 107 399 A1 zeigt.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Erfindung zeigt.
5 ist eine Seitenansicht des Systems von 4 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils von 4.
7 ist wie 4 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
8 ist eine Draufsicht auf das System von 7.
9 ist wie 8 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
10 ist wie 7 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
11 ist eine Draufsicht auf das System von 10.
12 ist wie 11 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
13 ist wie 7 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
14 ist eine Draufsicht auf das System von 13.
15 ist wie 14 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
16 ist wie 7 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
17 ist eine Draufsicht auf das System von 16.
18 ist wie 17 und zeigt eine weitere Ausführungsform.
19 ist wie 17 und zeigt eine weitere Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
US 2007 / 0 107 399 A1 : In der bevorzugten Ausführungsform verwendet die Stammanmeldung Schmelzblastechniken zur Herstellung eines Koaleszers gemäß der Stammanmeldung. Schmelzblastechniken für Partikelfilter sind nach dem Stand der Technik bekannt, zum Beispiel US 6 860 917 B2 , und US 3 755 527 A die hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert werden. Unter Bezugnahme auf 1, und auch unter Beachtung der Beschreibung in dem zitierten U.S. Patent US 6 860 917 B2 , Spalte 3, Zeilen 25f, werden Pellets aus thermoplastischem Polymer, zum Beispiel Polyester, Polypropylen, Polyetherester, Polyamid, Polyurethan, Polyphenylensulfid, Nylon, Ethylen-Acryl-Copolymer, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Silikone, Polyethylenter-phthalat, oder Mischungen oder Gemische derselben in einen Pellet-Fülltrichter 1 eines Extruders 2 eingeführt. Das thermoplastische Polymer wird von dem Extruder 2, der von einem Antrieb 4 angetrieben wird, in einen Düsenkopf 3 gepresst. Der Düsenkopf 3 kann Heizmittel 5 enthalten, die die Temperatur in dem Düsenkopf 3 steuern können. Das thermoplastische Polymer wird dann aus einer Reihe von Düsenöffnungen 6, die auch als Spinndüsen bekannt sind, in dem Düsenkopf 3 in einen Gasstrom hinausgepresst, der das thermoplastische Polymer zu Fasern 7 verdünnt, die auf einer sich bewegenden Sammelvorrichtung 8, wie einer drehenden Spindel oder einer Trommel 9, zur Bildung einer Endlosbahn 10 gesammelt werden. Der Gasstrom, der das thermoplastische Polymer verdünnt, wird durch Gasdüsen 11 und 12 zugeführt, für die ferner auf 2 des oben genannten, zitierten U.S. Patents US 3 755 527 A verwiesen werden kann. Den Gasschlitzen 11 und 12 wird heißes Gas, vorzugsweise Luft, durch Gasleitungen 13 und 14 zugeleitet. Es wird auch auf U.S. Patent US 3 978 185 A verwiesen, das hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert ist, um ein Schmelzblasverfahren zu zeigen. Für gewöhnlich werden schmelzgeblasene Filterpatronen hergestellt, indem ein Polymer durch Öffnungen extrudiert wird, die mit einer Schmelzblasdüse verbunden sind, um Fasern zu bilden, die zu einer Sammelvorrichtung gelenkt werden. Während des Schmelzblasens wirkt ein Strom aus inertem Gas (zum Beispiel Luft) auf die geschmolzenen Fasern, so dass die Fasern auf einen relativ feinen Durchmesser verdünnt und die verdünnten Fasern regellos auf der Sammelvorrichtung verteilt werden. Eine Masse aus regellos miteinander verschlungenen, verfestigten Vliesfasern sammelt sich auf der Sammelvorrichtung an. Die Sammelvorrichtung 8, die durch die drehende Spindel 9 bereitgestellt ist, sammelt die Fasern und rollt sie zu einer ringförmigen Filterrolle 15 auf.
In einem Aspekt stellt die US 2007 / 0 107 399 A1 ein Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen kontinuierlicher, langer Fasern aus Polymer mit unterschiedlichem Durchmesser durch ein Schmelzblasverfahren bereit. Die Fasern werden zu einer bestimmten Form aufgewickelt, um das Koaleszer-Element mit abgestuften Faserdurchmesser- und Porositätskennwerten herzustellen. Der Koaleszer koalesziert ein Medium mit zwei unmischbaren Phasen, nämlich einer kontinuierlichen Phase und einer dispergierten Phase. Die kontinuierliche Phase fließt von der stromaufwärts liegenden Seite zur stromabwärts liegenden Seite. Das Koaleszer-Element wird durch faserige Medien bereitgestellt, die Tröpfchen der dispergierten Phase auffangen, die Tröpfchen zu größeren Tröpfchen koaleszieren lassen, die weiter koaleszieren und wachsen, um Pools zu bilden, die abgeleitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es wünschenswert, dass die Eigenschaften der Koaleszer-Medien abhängig von der Tiefe variieren. In Koaleszer-Anwendungen, wie Kurbelgehäuseentlüftungs-Koaleszern, Nebelfiltern, Kraftstoff-Wasser-Koaleszern, und Öl-Wasser-Separatoren, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform wünschenswert, dass Porosität und/oder Faserdurchmesser mit zunehmender Distanz in die Medien geringer werden, bei mittlerer Tiefe ein Minimum erreichen, d.h. irgendwo zwischen den stromaufwärts und stromabwärts liegenden Enden, und dass dann die Porosität und/oder der Faserdurchmesser zunehmen und mit weiter zunehmender Distanz in die Medien von der mittleren Tiefe stromabwärts bis in die Nähe der stromabwärts liegenden Seite zunehmen und offener werden. Dieses U-förmige Profil ist in der Folge näher beschrieben, zum Beispiel in 3, wo eine Abnahme des Faserdurchmessers und/oder der Porosität von stromaufwärts bis zur mittleren Tiefe bereitgestellt ist, und dann eine Zunahme des Faserdurchmessers und/oder der Porosität von der mittleren Tiefe in Richtung stromabwärts. Die abnehmende Porosität und der abnehmende Faserdurchmesser führen zu geringeren Widerständen in den stromaufwärts liegenden Abschnitten des Koaleszers. Der minimale Faserdurchmesser und/oder die minimale Porosität sind dort zu finden, wo eine maximale Ausscheidungseffizienz erhalten wird. Die anschließende Erhöhung der Porosität und des Faserdurchmessers, die sich von der mittleren Tiefe stromabwärts fortsetzt, erleichtert ein Ableiten und Freisetzen aufgefangener Tröpfchen von dem Koaleszer.
Es wurden zahlreiche Verfahren verwendet, um die Eigenschaften von Koaleszer-Medien abhängig von der Tiefe zu variieren. Zum Beispiel können verschiedene Medienschichten gestapelt werden, um eine solche Wirkung zu erzielen. Koaleszenzfilter sind zum Beispiel aus einer inneren Koaleszenzschicht hoher Effizienz und einer äußeren, gröberen Ableitungsschicht konstruiert. In einigen Anwendungen werden mehrere Schichten, zum Beispiel vielleicht bis zu sieben verschiedene Schichten, zum Erreichen der genannten Vorteile verwendet. Für gewöhnlich kann dies durch Zusammenrollen oder Zusammenfalten verschiedener Medienbahnen in Schichten oder durch Schmelzblasen, einschließlich des Schmelzspinnens, verschiedener übereinander liegender Schichten erfolgen. Jede Schicht kann aus einem anderen Material bestehen, das in der Produktion erhalten und gehandhabt wird. Jede Schicht kann einen anderen Schritt und/oder ein anderes Gerät für die Handhabung und Produktion erfordern. Übergänge zwischen Schichten neigen dazu, abrupt zu sein, oder weisen eine stufenförmige Änderung auf, die zu entsprechenden Diskontinuitäten im Fluidstrom führen kann und zu erhöhten Widerständen und einer verringerten Lebensdauer und Kapazität führen kann.
In einem Aspekt der US 2007 / 0 107 399 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Koaleszer-Elementen, einschließlich Kurbelgehäuseentlüftungs- und Nebelabscheider-Koaleszer, und von anderen Arten von Koaleszern unter Verwendung von faserigen Koaleszer-Medien bereitgestellt, bei welchen es wünschenswert sein könnte, den Faserdurchmesser und/oder die Porosität abhängig von der Tiefe in den Koaleszer zu variieren. Fasern werden im Wesentlichen in kontinuierlicher Länge durch Schmelzblasen aus einem geeigneten thermoplastischen Polymer, zum Beispiel den oben genannten, gebildet. Die Fasern werden auf einem Drehdorn/Drückdorn/einer Drehspindel oder einer anderen geeigneten Sammelvorrichtung mit geeigneter Querschnittsform gesammelt, zum Beispiel kreisförmig, oval, elliptisch, in Rennbahnform, dreieckig, rechteckig, rautenförmig, trapezförmig, sternförmig und so weiter. In einem Aspekt, wird der Durchmesser der einzelnen Fasern während der Produktion variiert, um lange Fasern zu erzeugen, die an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge unterschiedliche Durchmesser aufweisen. In einem weiteren Aspekt wird der Durchmesser der Fasern während deren Produktion relativ zu der Dicke der Koaleszer-Medien, die auf der Spindel gebildet werden, kontrolliert, um ein Koaleszer-Element mit Eigenschaften der Koaleszer-Medien zu erzeugen, zum Beispiel Faserdurchmesser und/oder Porosität, die abhängig von der Tiefe variieren. In einem anderen Aspekt werden die Sammelvorrichtung, oder die Spindel, und die Schmelzblasdüse ein-, zwei- oder dreidimensional relativ zueinander bewegt.
1 zeigt schematisch das genannte Verfahren. Sie zeigt ein Schmelzblasverfahren, das den genannten Fülltrichter 1, der die Polymerpellets enthält, die Schmelzpumpe 4, die Luftleitungen 13, 14, die Düse 3, die Spindel 9, die Fasern 7 und das gebildete Koaleszer-Element 15 enthält. Ebenso dargestellt ist ein dreidimensionales Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Achsen, die zueinander orthogonal sind, wobei die Sammelvorrichtung 8, die durch die drehende Spindel 9 bereitgestellt ist, um die Z-Achse dreht und von der Düse 3 entlang der X-Achse beabstandet ist. Die Länge der Düse 3 entlang der Z-Achse ist für gewöhnlich geringer als jene von Element 15, so dass eine relative Bewegung der Düse 3 und der Sammelvorrichtungsspindel 9 während der Produktion von Element 15 möglich ist, ohne signifikantes Übersprühen der Faser 7. Der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser wird während der Produktion der Faser variiert durch: Variieren des Abstandes zwischen der Düse und der Sammelvorrichtung/der Spindel durch Bewegen der Düse und der Sammelvorrichtung/der Spindel relativ zueinander in die X- und/oder Y-Richtungen; und/oder Kontrollieren der relativen Position der Düse und der Sammelvorrichtung/der Spindel zueinander in die X-, Y- und Z- Richtungen; und/oder Steuern des Polymerdurchsatzes; und/oder Kontrollieren des Luftdrucks und/oder der Strömungsrate; und/oder Kontrollieren der Spindelgeschwindigkeit, zum Beispiel durch Bewegen der Düse und der Sammelvorrichtungsspindel relativ zueinander in die X-, Y- und/oder Z-Richtungen und/oder Kontrollieren der Spindeldrehzahl um die Z-Achse; und/oder der Temperatur des Polymers. Diese Faktoren beeinflussen auch die Porosität und Faserorientierung der Koaleszer-Medien. Zum Beispiel wird durch Vor- und Zurückbewegen der relativen Positionen der Düse und der Sammelvorrichtung in die Z-Richtung die Orientierung von Fasern bei einer solchen Richtungsänderung der Sammelvorrichtung oder Düse umgekehrt. Dies erzeugt ein kreuzförmiges Muster ineinander greifender Fasern, das die Strukturintegrität des erhaltenen Elements erhöht und ein Ableiten der koaleszierten Flüssigkeit erleichtert, wie zum Beispiel in der gemeinsamen, gleichzeitig anhängigen U.S. Patentanmeldung Nr. 11/230,694 , eingereicht am 20. September 2005 und veröffentlicht als US 2007 / 0 062 886 A1 beschrieben ist, die hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
Die Porosität kann auch durch Anlegen von Druck an die Medien kontrolliert werden. 2 ist wie 1 und verwendet dieselben Bezugszeichen wie oben, wenn dies einem besseren Verständnis dienlich ist. Ein Verfahren zum Kontrollieren der Porosität wird durch die Verwendung einer Kompressionswalze 16 bereitgestellt. Durch die kontrollierte Verwendung einer Kompressionswalze 16, um Druck auf ein Koaleszer-Element 15 auszuüben, und durch Kontrollieren des Drucks/der Kraft, mit dem/der die Kompressionswalze 16 gegen das Element 15 rollt, kann die Porosität während der Elementproduktion kontrolliert werden. Der Faserdurchmesser und/oder die Porosität werden abhängig von der Tiefe, ohne Verwendung verschiedener Schichten unterschiedlicher Medien, kontrolliert, wodurch Verbund- oder Laminatstrukturen bereitgestellt werden.
Der Faserdurchmesser ist auch von den Arten thermoplastischen Polymers abhängig, das in den Fülltrichter eingeleitet wird. Dies kann vorteilhaft genutzt werden, um Koaleszer-Elemente höherer Leistung zu erhalten. Durch Mischen von Pellets aus zwei oder mehr verschiedenen Arten kompatibler Polymere, zum Beispiel zwei Polyester mit verschiedenen Schmelzpunkten, im Fülltrichter, und Schmelzblasen des erhaltenen Gemisches können zum Beispiel Fasern mit zwei oder mehr verschiedenen Durchmessern, chemischen und physikalischen Eigenschaften gleichzeitig schmelzgeblasen und an derselben Stelle in Bezug auf die Tiefe in dem Element abgelegt werden. Wenn zum Beispiel die zwei Polymere verschiedene Schmelzpunkte haben, kühlt eines schneller ab als das andere, und jenes mit dem niedrigsten Schmelzpunkt bindet stark an die andere Art und erhöht die Gesamtfestigkeit und Strukturintegrität der Medien, während eine bimodale Faserdurchmesserverteilung erzeugt wird, wobei der Faserdurchmesser jedes Modus während der Faserproduktion variiert wird. Ebenso können Widerstand und Ausscheidung zum Beispiel durch Mischen eines geringen Prozentsatzes eines Polymers, das Fasern mit großem Durchmesser ergibt, mit einem höheren Prozentsatz eines Polymers, das feinere Fasern ergibt, optimiert werden. Als Alternative, kann zum Beispiel die Strukturintegrität des Elements durch Mischen eines kleinen Prozentsatzes eines Polymers, das starke Fasern mit großem Durchmesser ergibt, mit einem höheren Prozentsatz eines Polymers, das feinere Fasern ergibt, die zum Auffangen feiner Kontaminanten besser geeignet sind, denen es aber an Strukturintegrität fehlt, erhöht werden. Ein Ableiten der koaleszierten Flüssigkeit von einem Koaleszer und ein geringerer Widerstand können durch Mischen eines relativ hoch benetzenden Polymers mit einem relativ nicht benetzenden Polymer erreicht werden. Zur weiteren Optimierung der Struktur der Koaleszer-Medien könnten die relativen Mengen der verschiedenen Arten von Fasern abhängig von der Tiefe durch Kontrollieren der relativen Mengen der verschiedenen Polymere, die sich im Fülltrichter befinden oder zu der Düse gepumpt werden, variiert werden. Die Kombinationen erzeugen Elemente, die für Koaleszer-Anwendungen besonders gut geeignet sind, einschließlich Kurbelgehäuseentlüftungsfilter, Nebelfilter, Kraftstoff-Wasser-Koaleszer, und Öl-Wasser-Separatoren. Solche Elemente koaleszieren und entfernen Kontaminantentröpfchen aus dem Fluidstrom. Sie erreichen eine hohe Ausscheidungseffizienz, um ein Ableiten koaleszierter flüssiger Kontaminanten zu erleichtern, um eine hohe Rückhaltekapazität für Kontaminanten und eine lange Lebensdauer zu haben.
Als Beispiel werden in einer ersten Ausführungsform eines Koaleszers Fasern mit mindestens einer bimodalen Faserdurchmesserverteilung auf eine Rolle als Einzellage gewickelt, wobei aber effektiv mehrere Schichten in einer Elementrolle 15 bereitgestellt werden, wodurch eine Porosität erreicht wird, die abhängig von der Tiefe variiert. Der durchschnittliche Durchmesser für die kleineren Fasern in der Faserverteilung liegt im Bereich von 0,05 bis 10 µm (Mikron), abhängig von den Effizienzanforderungen. Die Funktion dieser Fasern ist die Ausscheidung feiner Kontaminanten mit hoher Effizienz. Die gröberen Fasern haben Durchmesser von 20 bis 100 µm, um ein Ableiten zu erleichtern. Diese Elemente sind als tiefenförmige Elemente mit einer minimalen Dicke von 10 mm gebildet. Zur Bildung physisch robuster Elemente und zur gleichzeitigen Erzeugung von Fasern mit zwei verschiedenen Durchmessern, werden zwei verschiedene Arten von Polymeren verwendet, zum Beispiel werden 95% PBT- (Polybutylenterphthalat) Polymer und 5% PET- (Polyethylenterphthalat) Polymer verwendet. Die durchschnittliche Faserdichte ist 1,38 Gramm pro Kubikmeter und die durchschnittliche Elementporosität ist größer als 80%. Die Verwendung einer Kombination von feinen und groben Fasern, d.h. einer einzelnen Faser mit unterschiedlichen Durchmessern an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge, führt zu einer hohen Effizienz, guten Ableitungseigenschaften und einem geringen erneuten Mitführen von Tröpfchen. Die Ausscheidungseffizienz ist für ein neues Element größer als 90% für ultrafeinen Ölnebel und Ruß, beim Test an einem Dieselmotor in einer Anwendung bei der Kurbelgehäuseentlüfung. Die Tröpfchengröße des Ölnebels reicht von weniger als 0,03 µm bis 10 µm, während ein durchschnittlicher Durchmesser im Bereich von 0,4 to 1,0 µm liegt. Es wird eine Effizienz von mehr als 80% erhalten, selbst für die ölgesättigte Stufe des Koaleszenzprozesses.
In einem zweiten Beispiel einer Ausführungsform des Koaleszers wird dasselbe Polymergemisch verwendet, um eine bimodale Verteilung zu erreichen, aber der Abstand zwischen der Düse und der Sammelvorrichtungsspindel wird zu Beginn der Produktion des Koaleszer-Elements verringert (zum Beispiel nahe dem Mittelpunkt 15a eines ringförmigen Elements 15 neben der Spindel), dann annähernd in der Mitte der Elementproduktion allmählich erhöht, zum Beispiel bei der mittleren Tiefe 15b für die Medien, und dann wieder nahe dem Ende der Elementproduktion verringert, zum Beispiel am äußeren Abschnitt 15c des ringförmigen Elements. Dies wird erreicht, indem die Düse 3 und die Spindel 9 relativ zueinander in die X-Richtung bewegt werden. Gleichzeitig können die Düse 3 und die Spindel 9 relativ zueinander in die Z-Richtung bewegt werden, um eine gewünschte Faserorientierung zu erreichen. Dies führt zu einer Elementstruktur mit gröberen Fasern beider Arten nahe der Filterfläche 15a, um eine Entfernung gröberer Kontaminanten, nicht aber feinerer Kontaminanten, an der stromaufwärts liegenden Seite des Elements zu erreichen, wenn es in einer Strömungsgeometrie von innen nach außen verwendet wird. Der Faserdurchmesser ist in Regionen 15a und 15c maximal, und ist in Region 15b minimal. Der Faserdurchmesser nimmt von Region 15a zu 15b ab und nimmt dann von Region 15b zu Region 15c zu. Die Porosität ist in Regionen 15a und 15c maximal und ist in Region 15b minimal. Die Porosität nimmt von Region 15a zu Region 15b ab und nimmt dann von Region 15b zu Region 15c zu. Der Faserdurchmesser und die Porosität variieren abhängig von dem Abstand von der Spindel 9 nach außen, d.h. variieren abhängig von einer Filtertiefe von Region 15a zu Region 15b und von Region 15b zu Region 15c. Dies ist in 3 dargestellt, die einen Abstand vom Mittelpunkt der Spindel entlang der Abszisse oder horizontalen Achse zeigt, die die radiale Tiefe des Elements 15 ist, und die entlang der Ordinate oder vertikalen Achse den relativen Faserdurchmesser und die relative Porosität zeigt. Die festgestellte Varianz des Faserdurchmessers und der Porosität, die von Region 15a zu 15b abnimmt, ist in den abfallenden Neigungen 17, 18 dargestellt, und der Faserdurchmesser und die Porosität bei der Region 15b mittlerer Tiefe ist bei 19, 20 dargestellt, und der zunehmende Faserdurchmesser und die zunehmende Porosität von der Region 15b mittlerer Tiefe zu der stromabwärts liegenden Region 15c ist bei 21, 22 dargestellt, wodurch ein U-förmiges Profil 23 erhalten wird.
Das genannte U-förmige Profil 23, 3, führt zu einer Nettosenkung des gesamten Widerstands über das Koaleszer-Element. Der genannte variierende Faserdurchmesser hat ein U-förmiges Profil 23 in einer Kurve, 3, der Elementtiefe entlang der Abszisse gegenüber dem Faserdurchmesser entlang der Ordinate, mit einem minimalen Fasertiefendurchmesser am Steg 19 des U bei der genannten mittleren Tiefe 15b. Ebenso hat die genannte variierende Porosität ein U-förmiges Profil in einer Kurve der Elementtiefe entlang einer Abszisse gegenüber der Porosität entlang einer Ordinate, mit einer minimalen Porosität an der kleinen Bucht des U bei der genannten mittleren Tiefe 15b. Der Faserdurchmesser und die Porosität nehmen von Region 15a zu Region 15b ab, wo ein Minimum für beide Parameter erreicht wird, wobei an diesem Punkt die Ausscheidung und der Widerstand am höchsten sind. Von diesem Minimum nehmen der Faserdurchmesser und die Porosität wieder von Region 15b zu Region 15c zu, um den Widerstand zu verringern und ein Ableiten der aufgefangenen koaleszierten Flüssigkeit von dem Koaleszer zu erleichtern. Die allmähliche Änderung sowohl im Faserdurchmesser wie auch in der Porosität verhindert Strömungsdiskontinuitäten und Diskontinuitäten in der Ansammlung von Kontaminanten, die Multimedia-Elementen mit verschiedenen Schichten oder Lagen aus verschiedenen Medienmaterialien und/oder verschiedenen Schichten oder Lagen mit unterschiedlichem Faserdurchmesser und/oder verschiedenen Schichten oder Lagen mit unterschiedlicher Porosität eigen sind. Stattdessen beseitigt die allmähliche Änderung sowohl im Faserdurchmesser wie auch in der Porosität in der Anwendung, zum Beispiel entlang der genannten einzelnen kontinuierlichen Faser, Diskontinuitäten mit stufenförmigen Änderungen und verringert Widerstände und verlängert die Nutzungsdauer des Koaleszers. In einem Koaleszer hält Kapilardruck die Tröpfchen an Ort und Stelle. Wenn eine stufenförmige Änderung auftritt, zum Beispiel von einer großen Pore zu einer kleinen Pore, arbeitet die Bewegung des Tröpfchens gegen den Kapillardruck, um das Tröpfchen in die kleinere Pore zu bewegen, wodurch der Widerstand signifikant erhöht wird. Diese unerwünschte Eigenschaft wird in dem vorliegenden System verhindert, indem eine allmähliche Änderung bereitgestellt wird, zum Beispiel die Bildung verschiedener Schichten und der Versuch, Tröpfchen hindurchzupressen, vermieden wird. Für Medien, die mit dispergierter Phase benetzt sind, ist dies in den hoch liegenden Abschnitten 21, 22 des genannten U-förmigen Profils 23 besonders signifikant. Für Medien, die nicht mit dispergierter Phase benetzt sind, ist dies in den tief liegenden Abschnitten 17, 18 des genannten U-förmigen Profils 23 besonders signifikant. Die Stammanmeldung variiert den Faserdurchmesser dieser einzelnen Faser von einem ersten Durchmesser in einer ersten ringförmigen Region auf einen zweiten Durchmesser in einer zweiten ringförmigen Region (zum Beispiel von 15a zu 15b und/oder von 15b zu 15c), um einen allmählichen Übergang zwischen diesen bereitzustellen, wodurch abrupte Stufenfunktionsänderungen und entsprechende Diskontinuitäten vermieden werden, einschließlich bei der Fluidströmungsgeschwindigkeit und den Druckabfalleigenschaften, die andernfalls den Widerstand erhöhen und Lebensdauer und Kapazität verringern.
Die oben stehenden Beispiele geben ringförmige Elementrollen in Form einer geschlossenen Schleife an, zum Beispiel kreisförmige, ovale, elliptische Rennbahnformen, dreieckige, rechteckige, rautenförmige, trapezförmige, sternförmige und so weiter. In einigen Anwendungen kann eine Verpackung oder ein anderer Grund andere Formen oder offene Formen verlangen, wie flache Plattenkonfigurationen. Diese können aus der genannten ringförmigen Form einer geschlossenen Schleife durch Schneiden oder Teilen des erhaltenen Elements axial entlang einer Ebene parallel zu der Achse des Rings erhalten werden, um ein plattenförmiges Element oder dergleichen bereitzustellen oder auf andere Weise einen gewünschten Querschnitt zu erhalten.
In der Stammanmeldung wird der Durchmesser einzelner Fasern des Koaleszers kontrolliert und entlang der Länge der Faser variiert. Der Faserdurchmesser, die Porengröße und/oder Porosität werden abhängig von der Tiefe in dem Koaleszer-Element variiert und dies wird unter Verwendung derselben Medien und derselben Medienlage erreicht, d.h. dieselben Medien und dieselbe Medienlage werden verwendet, um einen großen Bereich von Eigenschaften zu erhalten. Faserdurchmesser, Porengröße und/oder Porosität können kontinuierlich und allmählich variiert werden, wodurch die genannten stufenförmigen Änderungen in den Medieneigenschaften abhängig von der Tiefe beseitigt werden und die entsprechenden Diskontinuitäten in der Fluidströmungsgeschwindigkeit und den Druckabfalleigenschaften innerhalb des Elements vermieden werden, was zu länger haltenden Elementen führt. Die genannten allmählichen kontinuierlichen Änderungen können durch Variieren und Kontrollieren der Schmelzblasproduktionsparameter erreicht werden, einschließlich zum Beispiel des Abstandes zwischen der Düse und der Spindel/der Sammelvorrichtung, der relativen Position der Düse und der Spindel zueinander, des Polymerdurchsatzes, des Luftdrucks, der Strömungsrate, der Geschwindigkeit der Spindel/der Sammelvorrichtung und der Temperatur. Medieneigenschaften, die abhängig von der Tiefe sind, können durch Bewegen der Düse und der Sammelvorrichtung relativ zueinander in die X-, Y- und/oder Z-Richtungen variiert und kontrolliert werden. Das System kombiniert Konzepte, um Koaleszer herzustellen, in welchen Faserdurchmesser, Porengröße und/oder Porosität abhängig von der Tiefe variieren, wodurch Leistungsvorteile erreicht werden. Es besteht kein Bedarf, getrennte mehrfache Schichten seriell herzustellen, ob nun jede Schicht unabhängig von verschiedenen Schmelzblasmaschinen hergestellt wird und das unfertige Element von Maschine zu Maschine überführt wird, oder ob eine Schichtung durch serielles Ausrichten mehrerer Düsen entlang der Z-Richtung und kontinuierliches Herstellen röhrenförmiger Elemente, die in dieselbe Z-Richtung wachsen und sich in diese fortsetzen, erreicht wird, wobei das fertige Element nach der letzten Düse auf die Länge zugeschnitten wird, wobei jede Düse in der Serie eine andere Schicht mit ihren eigenen Eigenschaften produziert.
US 2007 / 0 107 399 A1 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Koaleszer-Elements 15 durch Schmelzblasen mehrerer Polymerfasern 7 auf eine Sammelvorrichtung 8 bereit, und Variieren des Durchmessers einzelner Fasern entlang ihrer Länge während des Schmelzblasens, so dass eine einzelne Faser unterschiedliche Durchmesser an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge aufweist. Fasern 7 werden von der Düse 3 schmelzgeblasen, die geschmolzenes Polymer durch Spinndüsen 6 ausstößt, um die Fasern zu produzieren. Der Faserdurchmesser wird entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert. Die Sammelvorrichtung 8 ist von der Düse 3 beabstandet, und in einer Ausführungsform wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, indem der Abstand zwischen der Sammelvorrichtung 8 und der Düse 3 variiert wird. Wenn in einer solchen Ausführungsform die Sammelvorrichtung 8 eine drehende Spindel 9 ist, wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, indem die relative Position der Düse 3 und der Spindel 9 relativ zueinander entlang mindestens einer der X- und Y-Achsen variiert wird. In einer weiteren Ausführungsform wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, indem der Polymerdurchsatz durch Spinndüsen 6 variiert wird. Das Polymer wird durch die Spinndüsen 6 in einen mit Druck beaufschlagten Gasstrom ausgestoßen, wie zuvor festgehalten wurde, um Fasern 7 zu produzieren. In einer weiteren Ausführungsform, wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, indem mindestens eines von Gasdruck und Gasströmungsrate variiert wird. In einer weiteren Ausführungsform, wenn die Sammelvorrichtung 8 eine drehende Spindel 9 ist, wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, indem die Drehzahl der Spindel 9 variiert wird. In einer weiteren Ausführungsform wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, indem die Temperatur des geschmolzenen Polymers variiert wird. In einer weiteren Ausführungsform werden zwei Polymere gleichzeitig in der Düse verwendet, um eine bimodale Faserverteilung zu erzeugen, wobei der Faserdurchmesser jedes Modus wie zuvor beschrieben variiert wird. In einer Ausführungsform haben die zwei Polymere verschiedene Schmelzpunkte. In der bevorzugten Ausführungsform des genannten Verfahrens, wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, während die Fasern von der Düse 3 schmelzgeblasen werden.
Wenn die Sammelvorrichtung 8 eine drehende Spindel 9 ist, sammelt die drehende Spindel die Fasern 7 und rollt sie zu einer ringförmigen Elementrolle 15 mit einer inneren Region 15a an der Spindel und mit einer äußeren Region 15c, die radial von der inneren Region 15a um eine radiale Dicke der Elementrolle beabstandet ist. Die Elementrolle 15 hat eine Tiefendimension entlang einer solchen radialen Dicke. Der Faserdurchmesser wird entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion so variiert, dass der Faserdurchmesser abhängig von der Elementtiefe variiert. In einer Ausführungsform, wie angegeben, wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, um eine erste ringförmige Region, wie 15a, mit einem ersten Faserdurchmesser bereitzustellen, und eine zweite ringförmige Region, wie 15b und/oder 15c, mit einem zweiten Faserdurchmesser, der sich von dem ersten Faserdurchmesser unterscheidet, und die aus derselben einzelnen schmelzgeblasenen Faser besteht. Eine einzelne Faser wird von der Düse 3 schmelzgeblasen. Eine solche einzelne Faser wird auf die Spindel 9 gerollt, um die genannte erste ringförmige Region zu bilden. Dieselbe derartige einzelne Faser wird auf die erste ringförmige Region gerollt, um eine zweite ringförmige Region, wie 15b, zu bilden, und dieselbe derartige einzelne Faser wird weiter auf die zweite ringförmige Region 15b gerollt, um eine dritte ringförmige Region, wie 15c, zu bilden, und nach Wunsch so weiter. Die derartige einzelne Faser wird mit dem genannten ersten Durchmesser in der ersten ringförmigen Region 15a gerollt, dann wird der Faserdurchmesser dieser einzelnen Faser allmählich auf einen zweiten Durchmesser variiert, und dann wird diese einzelne Faser bei diesem zweiten Faserdurchmesser in der zweiten ringförmigen Region 15b gerollt, und so weiter. Diese einzelne Faser kann in aufeinander folgenden Stufen in anderen ringförmigen Regionen gerollt werden, wobei aber immer dieselbe einzelne Faser gerollt wird, wodurch die genannte Kontinuität und allmählichen Änderungen bereitgestellt werden und die oben genannten Diskontinuitäten durch stufenförmige Änderungen vermieden werden. Die Änderung im Durchmesser der einzelnen Faser tritt allmählich während des Schmelzblasens auf, und die Änderung von Region zu Region über die radiale Dicke und Tiefe des Elements erfolgt allmählich.
Eine von der inneren und äußeren Region 15a und 15c befindet sich an einer stromaufwärts liegenden Fläche und die andere der inneren und äußeren Region 15a und 15c befindet sich an einer stromabwärts liegenden Fläche. Die Strömungsrichtung verläuft von stromaufwärts zu stromabwärts. Zum Beispiel befindet sich in einer Strömungsgeometrie von innen nach außen die Region 15a an der stromaufwärts liegenden Fläche und die Region 15c befindet sich an der stromabwärts liegenden Fläche. In einer Strömungsgeometrie von außen nach innen befindet sich die äußere Region 15c an der stromaufwärts liegenden Fläche und die innere Region 15a befindet sich an der stromabwärts liegenden Fläche. In einer Ausführungsform, wie zuvor festgehalten wurde, wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, um den Faserdurchmesser abhängig von Elementtiefe so zu variieren, dass der Faserdurchmesser mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung abnimmt. Ferner werden in einer solchen Ausführungsform die Fasern derart gerollt, dass die Porosität auch mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung abnimmt. In einer anderen Ausführungsform wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, um den Faserdurchmesser abhängig von der Elementtiefe so zu variieren, dass der Faserdurchmesser mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung zunimmt. Ferner werden in einer solchen Ausführungsform die Fasern so gerollt, dass die Porosität auch mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung zunimmt. In einer weiteren Ausführungsform wird der Faserdurchmesser entlang der Länge der Faser während der Faserproduktion variiert, um den Faserdurchmesser abhängig von der Elementtiefe so zu variieren, dass der Faserdurchmesser mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung von der stromaufwärts liegenden Seite bis zur mittleren Tiefe 15b abnimmt, und dann mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung von der mittleren Tiefe 15b bis zur stromabwärts liegenden Seite zunimmt. Diese Kennwerte sind in 3 mit dem U-förmigen Profil 23 dargestellt. Ferner werden in einer solchen Ausführungsform die Fasern so gerollt, dass die Porosität mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung von der stromaufwärts liegenden Seite zu der mittleren Tiefe 15b abnimmt, und dann mit zunehmender Tiefe in das Element entlang der Strömungsrichtung von der mittleren Tiefe 15b zu der stromabwärts liegenden Seite zunimmt. Für gewöhnlich folgen Faserdurchmesser und Porosität demselben zunehmenden oder abnehmenden Trend in Bezug auf die Elementtiefe, aber nicht unbedingt. Zum Beispiel kann ein Element einen abnehmenden Faserdurchmesser aufweisen, während die Porosität zunimmt, oder umgekehrt.
Das System stellt des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Koaleszers durch Schmelzblasen mehrerer Polymerfasern auf eine Sammelvorrichtung bereit, und durch kontrollierbares Variieren der Porosität des Koaleszers, der durch die Fasern gebildet ist, während des Schmelzblasens, zum Beispiel durch Variieren des Faserdurchmessers wie zuvor beschrieben und/oder durch das angeführte Rollen. In einer Ausführungsform nimmt die Porosität mit zunehmender Tiefe in den Koaleszer ab. In einer anderen Ausführungsform nimmt die Porosität mit zunehmender Tiefe in den Koaleszer zu. In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Porosität mit zunehmender Tiefe in den Koaleszer von der stromaufwärts liegenden Seite bis zur mittleren Tiefe 15b ab, und nimmt dann mit zunehmender Tiefe in den Koaleszer von der mittleren Tiefe 15b zu der stromabwärts liegenden Seite zu, 3. In einer weiteren Ausführungsform wird die Porosität kontrollierbar durch Bereitstellen einer Kompressionswalze 16 variiert, die mit der Koaleszer-Elementrolle 15 an der äußeren Fläche der Region 15c während deren Bildung in Kontakt gelangt und auf diese Druck ausübt. In einer weiteren Ausführungsform wird die Porosität variiert, um eine erste ringförmige Region, wie 15a, mit einer ersten Porosität, eine zweite ringförmige Region, wie 15b, mit einer zweiten Porosität, die sich von jener der ersten Porosität unterscheidet, und die aus derselben einzelnen schmelzgeblasenen Faser besteht, und eine dritte ringförmige Region, wie 15c, mit einer dritten Porosität, die sich von jener der ersten und/oder zweiten Porosität unterscheidet, und die aus derselben einzelnen schmelzgeblasenen Faser besteht, und so weiter, bereitzustellen. Eine bestimmte einzelne Faser wird von der Düse 3 schmelzgeblasen. Eine solche einzelne Faser wird auf eine Spindel 9 gerollt, um die erste ringförmige Region 15a zu bilden, und dieselbe einzelne Faser wird auf die erste ringförmige Region 15a gerollt, um die zweite ringförmige Region 15b zu bilden, und so weiter.
US 2007 / 0 107 399 A1 stellt einen Koaleszer mit mehreren schmelzgeblasenen Fasern bereit, wobei der Durchmesser einer einzelnen Faser entlang der Länge der Faser derart variiert, dass eine einzelne Faser unterschiedliche Durchmesser an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge aufweist. Der Faserdurchmesser wird entlang der Länge der Faser variiert, um eine einzelne Faser mit unterschiedlichem Durchmesser an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge bereitzustellen, so dass der Faserdurchmesser einer solchen einzelnen Faser abhängig von der Koaleszer-Tiefe variiert. Der Koaleszer hat eine erste Region, wie 15a, mit einem ersten Faserdurchmesser, eine zweite Region, wie 15b, mit einem zweiten Faserdurchmesser, der sich von jenem des ersten Faserdurchmessers unterscheidet, und die aus derselben einzelnen schmelzgeblasenen Faser besteht, und so weiter. Wie zuvor festgehalten wurde, erfolgt die Änderung im Faserdurchmesser allmählich, um die genannten Diskontinuitäten und stufenförmigen Änderungen und die genannten, damit verbundenen Nachteile zu vermeiden. In einer Ausführungsform variiert der Faserdurchmesser entlang der Länge der einzelnen Faser, um den Faserdurchmesser abhängig von Elementtiefe so zu variieren, dass der Faserdurchmesser entlang der einzelnen Faser mit zunehmender Tiefe in das Element abnimmt. Ferner nimmt in einer solchen Ausführungsform vorzugsweise auch die Porosität mit zunehmender Tiefe in das Element ab. In einer weiteren Ausführungsform variiert der Faserdurchmesser entlang der Länge der einzelnen Faser, um den Faserdurchmesser abhängig von der Elementtiefe so zu variieren, dass der Faserdurchmesser entlang der einzelnen Faser mit zunehmender Tiefe in das Element zunimmt. In einer solchen Ausführungsform nimmt vorzugsweise die Porosität auch mit zunehmender Tiefe in das Element zu. In einer weiteren Ausführungsform variiert der Faserdurchmesser entlang der Länge der einzelnen Faser, um den Faserdurchmesser abhängig von der Elementtiefe so zu variieren, dass der Faserdurchmesser entlang der einzelnen Faser mit zunehmender Tiefe in das Element von der stromaufwärts liegenden Seite bis zur mittleren Tiefe 15b abnimmt, und dann mit zunehmender Tiefe in das Element von der mittleren Tiefe 15b zur stromabwärts liegenden Seite zunimmt, 3. In einer solchen Ausführungsform nimmt die Porosität vorzugsweise mit zunehmender Tiefe in das Element von der stromaufwärts liegenden Seite bis zur mittleren Tiefe 15b ab und nimmt dann mit zunehmender Tiefe in das Element von der mittleren Tiefe 15b zur stromabwärts liegenden Seite zu. Das System stellt einen Koaleszer bereit, der durch das genannte Verfahren zur Herstellung eines Koaleszers produziert wird, das das Schmelzblasen mehrerer Polymerfasern auf eine Sammelvorrichtung, und während des Schmelzblasens das Variieren des Durchmessers einzelner Fasern entlang ihrer Länge enthält, so dass eine einzelne Faser unterschiedliche Durchmesser an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge aufweist.
Das System und Verfahren stellt auch einen Koaleszer mit mehreren schmelzgeblasenen Fasern bereit, wobei der Koaleszer eine stromaufwärts liegende Fläche aufweist, die von einer stromabwärts liegenden Fläche durch eine Tiefendimension dazwischen beabstandet ist, wobei der Koaleszer eine erste Tiefenregion mit einer ersten Porosität und eine zweite Tiefenregion stromabwärts von der ersten Tiefenregion und mit einer zweiten Porosität aufweist, die sich von der ersten Porosität unterscheidet, und die aus derselben einzelnen schmelzgeblasenen Faser wie die erste Region besteht. Wie zuvor festgehalten wurde, tritt die Änderung allmählich ein, um die genannten Nachteile von Diskontinuitäten oder stufenförmigen Änderungen zu vermeiden. In einer Ausführungsform nimmt die Porosität mit zunehmender Tiefe in das Koaleszer-Element ab. In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Porosität mit zunehmender Tiefe in das Element zu. In einer weiteren Ausführungsform, nimmt die Porosität mit zunehmender Tiefe in das Element von der stromaufwärts liegenden Seite bis zur mittleren Tiefe 15b ab und nimmt dann mit zunehmender Tiefe in das Element von der mittleren Tiefe 15b zur stromabwärts liegenden Seite zu, 3. Das System stellt einen Koaleszer bereit, der durch das genannte Verfahren zur Herstellung eines Koaleszers durch Schmelzblasen mehrerer Polymerfasern auf eine Sammelvorrichtung, und kontrollierbares Variieren der Porosität des Koaleszer, der durch die Fasern gebildet ist, während des Schmelzblasens produziert wird.
Es wird erwartet, dass zahlreiche der oben genannten Techniken auf Partikelfilter angewendet werden können. Zum Beispiel kann in einer Feststofffilter-Ausführungsform dasselbe Polymergemisch verwendet werden, um eine bimodale Verteilung zu erreichen, und der Abstand zwischen der Düse 3 und Spindel 9 wird zu Beginn der Elementproduktion in Region 15a vergrößert, dann allmählich verringert, wenn der Durchmesser des Elements und die Dicke der Medien von Region 15a zu Region 15b und 15c zunehmen. Wie in dem oben genannten Beispiel wird dies durch Bewegen der Düse 3 und Spindel 9 relativ zueinander in die X- und Z-Richtungen erreicht. Dies führt zu einer Elementstruktur mit feineren Fasern beider Arten in Region 15a, um die Ausscheidung feiner Partikel an der stromabwärts liegenden Seite des Elements bei Strömungsgeometrien von außen nach innen, und die Ausscheidung von groben Partikeln und Schlamm durch grobe Fasern an der stromaufwärts liegenden Seite 15c in einer solchen Strömungsgeometrie von außen nach innen zu erleichtern. Der Faserdurchmesser ist in Region 15a minimal und nimmt allmählich auf einen vergrößerten Faserdurchmesser in Region 15b zu und nimmt weiter auf einen maximalen Faserdurchmesser in Region 15c zu. Die Porosität ist in Region 15a minimal und nimmt auf eine höhere Porosität in Region 15b zu und nimmt weiter auf eine maximale Porosität in Region 15c zu. Faserdurchmesser und Porosität ändern sich somit abhängig vom Abstand zu der Spindel 9, d.h., abhängig von der radialen Dicke und der Filtertiefendimension. Dies führt zu einer Nettosenkung des gesamten Widerstands über dem Filterelement, da Widerstand und Effizienz allmählich zunehmen, während das Fluid weiter in das Element eindringt. Die allmähliche Änderung sowohl im Faserdurchmesser wie auch in der Porosität vermeidet Diskontinuitäten im Strom und in der Ansammlung von Kontaminanten, die Multimedia-Filtern mit mehreren Schichten oder Lagen unterschiedlicher Filtermedien mit unterschiedlichen Faserdurchmesser und/oder unterschiedlicher Porosität eigen sind. Die genannte allmähliche Änderung beseitigt Diskontinuitäten einer stufenförmigen Änderung und senkt den Widerstand und erhöht die Nutzungsdauer.
Vorliegende Lehre
Die folgende Beschreibung verwendet dieselben Bezugszeichen wie oben, wenn dies dem besseren Verständnis dienlich ist.
Das vorliegende System stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements 30, ähnlich Filterelement 15, bereit, wobei eine oder mehrere Düsen 3, 32, 34, usw. verwendet werden, die Fasern 7, 36, 38 auf eine Sammelvorrichtung 8 spinnen. Das oben genannte Koordinatensystem von 1 ist
auch in 4 dargestellt, nämlich X-, Y-, Z-Achsen, die orthogonal zueinander liegen, wobei die X- und Y-Achsen eine X-Y Ebene quer zu der Z-Achse definieren. Die Sammelvorrichtung 8 ist eine drehende Spindel 9, die um die Z-Achse dreht. Eine erste der Düsen, zum Beispiel Düse 3, ist von der Spindel 9 entlang der X-Achse beabstandet, und mindestens eine zweite der Düsen, wie Düse 32, ist von der ersten Düse 3 entlang mindestens einer der X-Y Ebene und der Z-Achse beabstandet, die zu beschreiben sind. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Verfahren die Ausführung einer relativen Bewegung der Sammelvorrichtung und mindestens einer der Düsen während oder vor der Drehung, um einen Filterkennwert festzulegen. Das Verfahren enthält das Spinnen eines ersten Satzes von Fasern 7 von einer ersten der Düsen, zum Beispiel Düse 3, und das Spinnen eines zweiten Satzes von Fasern 36 von einer zweiten der Düsen 32, und das Spinnen eines dritten Satzes von Fasern 38 von einer dritten der Düsen 34, usw. Eine Ausführungsform enthält das Spinnen eines ersten Satzes von Fasern mit einem bestimmten Filterkennwert von einer ersten der Düsen, und das Spinnen eines zweiten Satzes von Fasern mit demselben Filterkennwert von einer zweiten der Düsen, und so weiter, um die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform enthält das Verfahren das Spinnen eines ersten Satzes von Fasern 7 mit einem ersten Filterkennwert von einer ersten von mehreren Düsen, zum Beispiel Düse 3, und das Spinnen eines zweiten Satzes von Fasern 36 mit einem zweiten, anderen Kennwert von einer zweiten der Düsen 32, und das Spinnen eines dritten Satzes von Fasern 38 von einer dritten der Düsen 34, usw. Der Filterkennwert wird vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Porosität, Benetzbarkeit, Oberflächenenergie, Faserdurchmesser, Fasermaterial und Faserverteilung gewählt, wie zuvor festgehalten wurde. In einer weiteren Ausführungsform enthält das Verfahren das Spinnen eines ersten Satzes von Fasern 7 in einem ersten Filtermuster von einer ersten Düse 3, und das Spinnen eines zweiten Satzes von Fasern 36 in einem zweiten Filtermuster von einer zweiten Düse 32, und so weiter. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Spinnschritt ein Faserspinnschritt, der aus der Gruppe bestehend aus Schmelzspinnen, Schmelzblasen, Spun-Bonding, Elektrospinnen und Luftablegen ausgewählt ist.
In verschiedenen Filter- und Koaleszer-Anwendungen ist es wünschenswert, dass Filterkennwerte, wie physikalische und chemische Eigenschaften der Filtermedien, einschließlich der örtlichen Faserdurchmessergröße, Verteilung, Porosität und Benetzbarkeit, abhängig von der Tiefe variieren. Zum Beispiel ist es in Feststoff-Partikelfilteranwendungen wünschenswert, dass Porosität und Faserdurchmesser mit der Tiefe in die Medien abnehmen, um die Staubrückhaltekapazität und Lebensdauer des Filters zu erhöhen. In Koaleszer-Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Porosität mit der Tiefe in die Medien abnimmt und dann wieder zunimmt, um ein Ableiten zu erleichtern. Es ist auch wünschenswert, die Benetzbarkeitskennwerte der Koaleszer-Medien abhängig von der Tiefe zu variieren, um das Auffangen von Tröpfchen und das Ableiten koaleszierter Tröpfchen zu erleichtern. Durch Verwendung verschiedener Filtermaterialien, wie Glasfasern, oder unterschiedlicher Polymerchemie können höhere Filtrationsgrade, ein geringerer Druckabfall und eine höhere Effizienz erreicht werden, wenn die Medien korrekt geschichtet werden.
Das vorliegende System stellt Verbesserungen in dem oben genannten Herstellungsverfahren bereit, um Filterelemente so zu produzieren, dass die Medieneigenschaften und Filterkennwerte abhängig von der Tiefe variieren. Diese Verbesserungen erhöhen die Geschwindigkeit und Flexibilität der Filterelementproduktion. Das System beinhaltet die Verwendung mehrerer Düsen, die in verschiedenen Orientierungen und/oder Positionen in Bezug auf die das Filterelement bildende Spindel arbeiten, wobei die jeweiligen Düsen die Faser unter verschiedenen oder denselben Bedingungen spinnen, das Spinnen von Fasern mit kontrolliertem Durchmesser, kontrollierter Porosität und Chemie, das Kontrollieren und Variieren der Spinnprozessbedingungen zur Faserproduktion, zum Beispiel Polymerströmungsrate, Polymertemperatur, Luftdruck, Luftströmungsrate, Lufttemperatur, axiale Geschwindigkeit der Spindel relativ zu den Düsen, Spindeldrehzahl, Abstand und Winkel zwischen Düse und Spindel, und Polymerart während der Elementproduktion, um Filterelemente zu bilden, deren Medieneigenschaften und Filterkennwerte abhängig von der Tiefe variieren.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das serielle Spinnen von Fasern von verschiedenen Düsen, so dass ein erster Satz von Fasern 7 auf der drehenden Spindel 9 von der ersten Düse 3 gesponnen wird, wobei eine erste ringförmige Zone 30a, 5, des ersten Satzes von Fasern 7 gebildet wird, und dann ein zweiter Satz von Fasern 36 auf der drehenden Spindel 9 von der zweiten Düse 32 gesponnen wird, wobei eine zweite ringförmige Zone 30b des zweiten Satzes von Fasern 36 gebildet wird, und dann einer dritter Satz von Fasern 38 auf der drehenden Spindel 9 von der dritten Düse 34 gesponnen wird, wobei eine dritte ringförmige Zone 30c des dritten Satzes von Fasern 38 gebildet wird, und so weiter. In der Ausführungsform von 4, 5, ist die zweite Düse 32 von der ersten Düse 3 entlang der angegebenen X-Y-Ebene beabstandet, und die zweite ringförmige Zone 30b liegt radial außerhalb der ersten ringförmigen Zone 30a. Die dritte Düse 34 ist von der ersten und zweiten Düse 3 und 32 entlang der angegebenen X-Y-Ebene beabstandet, und die dritte ringförmige Zone 30c liegt radial außerhalb der zweiten ringförmigen Zone 30b. Das Verfahren beinhaltet das Spinnen von Fasern von der zweiten Düse 32, in Serie folgend nach der ersten Düse 3, und das Spinnen von Fasern von der dritten Düse 34 seriell nach der zweiten Düse 32. In einer Ausführungsform wird mindestens ein Parameter von Düse zu Düse so variiert, dass mindestens ein Filterkennwert abhängig von der radialen Tiefe in das Filterelement variiert. Zum Beispiel wird mindestens einer der folgenden Parameter variiert: Polymerströmungsrate, Polymertemperatur; Luftdruck; Luftströmungsrate; Lufttemperatur; axiale Geschwindigkeit der Spindel entlang der Z-Achse relativ to den Düsen; Spindeldrehzahl um die Z-Achse; Abstand und Winkel zwischen mindestens einer Düse und der Spindel; Polymerart. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Variieren des Faserdurchmessers während des Spinnens, wie zuvor festgehalten wurde, so dass der Faserdurchmesser von der ersten ringförmigen Zone 30a zu der zweiten ringförmigen Zone 30b abnimmt und dann von der zweiten ringförmigen Zone 30b zu der dritten ringförmigen Zone 30c zunimmt, um einen entlang einem U-förmigen Profil, 3, variierenden Faserdurchmesser bereitzustellen, in einer Kurve von Elementtiefe entlang einer Abszisse gegenüber dem Faserdurchmesser entlang einer Ordinate, wobei sich die minimale Faser an der kleinen Bucht des U bei mittlerer Tiefe befindet. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Variieren der Porosität, wie zuvor festgehalten wurde, während des Spinnens, so dass die Porosität von der ersten ringförmigen Zone 30a zu der zweiten ringförmigen Zone 30b abnimmt und dann von der zweiten ringförmigen Zone 30b zu der dritten ringförmigen Zone 30c zunimmt, um eine variierende Porosität entlang einem U-förmigen Profil, 3, bereitzustellen, in einer Kurve der Elementtiefe entlang einer Abszisse gegenüber der Porosität entlang einer Ordinate, mit einer minimalen Porosität an der kleinen Bucht des U bei mittlerer Tiefe. In verschiedenen Ausführungsformen wird während des genannten Faserspinnens und der Drehung der Spindel 9 um die Z-Achse, eine der Düsen 3, 32, 34 und/oder die Spindel 9 entlang der Z-Achse verschoben. 4 zeigt die drei Düsen 3, 32, 34, die in der X-Y-Ebene 90° voneinander beabstandet sind. In einer weiteren Ausführungsform, die in verschiedenen Anwendungen bevorzugt sein kann, sind die Düsen 60° voneinander beabstandet, 5.
In dem System von 4, 5, können zwei, drei oder mehr Düsen verwendet werden. Jede Düse kann ein anderes oder dasselbe Polymer oder Polymergemisch zuführen und zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend unterschiedlichen Tiefen in dem Filtermedienelement aktiviert werden, um unterschiedliche gewünschte Filterkennwerte zu produzieren. Jede Düse kann unabhängig im Sinne der räumlichen Position in Bezug auf die Spindel, den Polymerdurchsatz, den Luftdruck, die Strömungsrate, die Geschwindigkeit der Spindel/Sammelvorrichtung, die Temperatur kontrolliert werden. Verschiedene Arten des Faserspinnens, zum Beispiel Schmelzspinnen, Schmelzblasen, Spun-Bonding, Elektrospinnen, Luftablegen, usw., können für die gewünschten Kennwerte verwendet werden, zum Beispiel können verschiedene Arten von Polymer schmelzgeblasen oder luftabgelegt werden, um die gewünschten Kennwerte zu erzielen, zum Beispiel Porosität, Faserdurchmesser, Benetzbarkeit, chemische Kompatibilität. In der offenbarten Ausführungsform, werden die drei Düsen zur Produktion eines Filterelements mit drei Zonen oder Schichten verwendet. Andere Ausführungsformen können andere Anzahlen von Düsen verwenden. In jeder Zone oder Schicht sind kontinuierliche Fasern vom Anfang bis zum Ende der Schicht vorhanden, die nach Wunsch einen variierenden Faserdurchmesser und eine variierende Porosität in jeder Schicht bilden. Sobald eine Schicht oder Zone gebildet ist, wird die Faserproduktion von der entsprechenden Düse gestoppt und mit der Produktion einer anderen Art von Faser von einer anderen Düse begonnen. Dies ermöglicht Filterelemente mit Tiefenprofilen, die im Sinne des Faserdurchmessers, der Porosität, der Chemie und der Benetzbarkeit variieren. Zum Beispiel kann zur Produktion eines Kurbelgehäuseentlüftungs-Koaleszers mit einem Strom von innen nach außen die erste Düse 3 zum Schmelzblasen einer Polyethylenterephthalat-(PET) Schicht verwendet werden, mit einem Faserdurchmesser, der bei 20 µm beginnt und auf 5 µm abnimmt. Diese Düse kann dann deaktiviert werden und die zweite Düse 32 zum Luftablegen einer Mikroglasschicht mit einem Mikron Faserdurchmesser aktiviert werden. Die zweite Düse 32 kann dann deaktiviert werden und die dritte Düse 34 zum Schmelzblasen einer Polyphenylensulfid- (PPS) Schicht aktiviert werden, die bei 5 µm beginnt und auf 20 µm zunimmt. Dies stellt ein Filterelement mit abgestuften Faserdurchmesser- und Benetzbarkeitskennwerten bereit, das für die angegebene Anwendung geeignet ist.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das gleichzeitige Spinnen von Fasern von verschiedenen Düsen in einem ersten Zeitschritt zur Bildung einer ersten ringförmigen Zone 30d, 6, und das anschließende Variieren mindestens eines Parameters und das gleichzeitige Spinnen von Fasern von den verschiedenen Düsen während eines zweiten, in Serie folgenden Zeitschrittes zur Bildung einer zweiten ringförmigen Zone 30e, und dann das anschließende Variieren mindestens eines Parameters und das gleichzeitige Spinnen von Fasern von den verschiedenen Düsen während eines dritten, in Serie folgenden Zeitschrittes zur Bildung einer dritten ringförmigen Zone 30f, und so weiter. In einer Ausführungsform mit zwei Düsen, hat die erste ringförmige Zone erste und zweite Subzonen 30d-1 und 30d-2, wobei in der ersten Subzone 30d-1 Fasern von der ersten Düse 3 während des ersten Zeitschrittes gesponnen werden und in der zweiten Subzone 30d-2 Fasern von der zweiten Düse 32 während des ersten Zeitschrittes gesponnen werden. Im Falle einer Ausführungsform mit drei Düsen hat die erste ringförmige Zone 30d zusätzlich eine dritte Subzone 30d-3, in der Fasern von der dritten Düse 34 während des genannten ersten Zeitschrittes gesponnen werden. Eine zweite ringförmige Zone 30e hat eine Subzone 30e-1, in der Fasern von der Düse 3 während des genannten zweiten Zeitschrittes gesponnen werden, und hat eine Subzone 30e-2, in der Fasern von der Düse 32 während des genannten zweiten Zeitschrittes gesponnen werden, und hat eine Subzone 30e-3, in der Fasern von der Düse 34 während des genannten zweiten Zeitschrittes gesponnen werden. Die dritte ringförmige Zone 30f hat eine Subzone 30f-1, in der Fasern von der Düse 3 während des genannten dritten Zeitschrittes gesponnen werden, und hat eine Subzone 30f-2, in der Fasern von der Düse 32 während des genannten dritten Zeitschrittes gesponnen werden, und hat eine Subzone 30f-3, in der Fasern von der Düse 34 während des genannten dritten Zeitschrittes gesponnen werden, und so weiter. In der bevorzugten Ausführungsform hat mindestens eine der genannten Subzonen einen anderen Filterkennwert als mindestens eine andere der Subzonen. In einer Ausführungsform sind die Subzonen wie folgt gebildet: Subzone 30d-1 ist 20 µm PET, Subzone 30d-2 ist 10 µm Glas; Subzone 30d-3 ist 20 µm PPS; Subzone 30e-1 ist 5 µm PET; Subzone 30e-2 ist 1 µm Glas; Subzone 30e-3 ist 5 µm PPS; Subzone 30f-1 ist 20 µm PET; Subzone 30f-2 ist 10 µm Glas; Subzone 30f-3 ist 20 µm PPS.
In der genannten Ausführungsform einer kontinuierlichen Faserproduktion wird jede Düse zum kontinuierlichen Spinnen einer Faser während der Elementproduktion verwendet, so dass bei jeder Drehung der Spindel 9, drei Schichten Medien gleichzeitig abgelegt werden, mit wählbar verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften und Kennwerten. Die Bedingungen der Faserproduktion für jede der drei Schichten werden unabhängig variiert, um eine abgestufte Struktur zu erreichen. Daher werden drei verschiedene, eng verbundene Faserschichten kontinuierlich auf das Element abgelegt, aber die relativen Mengen und Kennwerte jeder Schicht werden kontinuierlich eingestellt, um die Leistung zu optimieren. Die Menge und Kennwerte der durch jede Düse abgelegten Faser variieren abhängig von Zeit und Elementtiefe. Da die drei Schichten eng verbunden sind, können allmähliche Übergänge bei Faserdurchmesser, Porosität, Benetzbarkeit und Struktureigenschaften erhalten und vorteilhaft genutzt werden, zum Beispiel, um Öl von den Auffangschichten rascher abzuleiten. Faserdurchmesser, Porosität, Benetzbarkeit und Faserchemie können abhängig von der Tiefe variiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform, 7, sind die Düsen axial miteinander entlang der genannten Z-Achse ausgerichtet, wie bei den Düsen 3 und 40 dargestellt ist. Die Düsen können dieselbe Axiallänge haben, 8, oder können verschiedene Axiallängen haben, wie in 9 bei 3 und 42 dargestellt ist. Es können mehr als zwei Düsen axial ausgerichtet sein, wie zum Beispiel in 10 bei 3, 44, 46, 48 dargestellt ist, und können dieselbe Axiallänge haben, 11, oder können verschiedene Axiallängen haben, wie in 12 bei 3, 50, 52, 54 dargestellt ist. Ein anderer Satz von Düsen 56, 58, 13, kann axial miteinander entlang der Düsen 3 und 40 und seitlich versetzt zu diesen ausgerichtet sein. Die Düsen 3, 40, 56, 58 können dieselbe Axiallänge haben, 14, oder können verschiedene Axiallängen haben, wie in 15 bei 3, 60, 62, 64 dargestellt ist. In einer Ausführungsform, 16, haben die Düsen gestaffelte Längen entlang der Z-Achse wie bei 3, 66, 68, 70 dargestellt ist, so dass die Düse 66 die Düsen 68 und 70 überlappt, und die Düse 68 die Düsen 3 und 66 überlappt. Gestaffelte Längen, die eine Überlappung erzeugen, sind auch in 17, 18, 19 dargestellt.
Die genannten, axial beabstandeten und seitlich versetzten Düsenkombinationen stellen mehrere Düsen bereit, die axial ausgerichtet und in einem Seite-an-Seite-Verhältnis in Bezug auf die Spindel 9 seitlich versetzt sind. Wenn das Filterelement 30 gebildet wird, bewegen sich die Spindel und/oder Düsen in einer kontrollierten axialen Richtung entlang der Z-Achse vor und zurück, wodurch neue gleichförmige Medienkennwerte erreicht werden und die gesamte Länge des Filterelements erfasst wird. Zur Garantie einer gleichförmigen Erfassung der Elementlänge sollte die relative axiale Bewegungsstrecke für jede Düse über die gesamte Länge des Elements reichen, d.h. eine oder mehr Düsen gehen über das Ende des Elements an jedem Ende des Elements hinaus, wodurch ein gewisser Überschuss erzeugt wird, der abgeschnitten werden sollte. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dass das Element unterschiedliche Faserkennwerte in Bezug auf die Elementlänge aufweist, und es kann unnötig sein, das Element zurechtzuschneiden. Es kann wünschenswert sein, einen gemeinsamen Fülltrichter und eine gemeinsame Schmelzpumpe für die Beschickung jeder Düse zu verwenden, mit unterschiedlichen Faserspinn- und/oder Polymer- und/oder Luftströmungsraten, Drücken, und/oder Temperaturen für jede Düse, um örtliche Medienschichten derselben Faser oder desselben Polymers mit unterschiedlichen Faserdurchmesser- und Porositätskennwerten zu erzeugen, die sich von jeder Düse ergeben. Es können mehrere verschiedene Verfahren verwendet werden, um die Kennwerte der Faser zu ändern, die von den verschiedenen Düsen erzeugt werden, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein: unabhängiges Kontrollieren der Luftströmungsrate, des Drucks, der Temperatur; unabhängiges Kontrollieren der Polymerströmungsrate, des Drucks, der Temperatur; Verwendung von Düsen unterschiedlicher Längen- und Spinndüsendimensionen; und/oder Verwendung unabhängiger Fülltrichter und Schmelzpumpen, so dass verschiedene Polymere für jede Düse verwendet werden können. Während der Produktion eines Filterelements können Faser und/oder geschmolzenes Polymer kontinuierlich oder diskontinuierlich gesponnen oder auf die Spindel geblasen werden, um die gewünschte Struktur und Zusammensetzung zu produzieren. Die Drehzahl und axiale Geschwindigkeit der Spindel kann zur Optimierung der Produktionsrate und zur Kontrolle der Orientierung der Faser bei dem gebildeten Element variiert werden. Weitere Sätze von Düsen können seitlich oder um den Umfang von anderen Düsen versetzt sein, zum Beispiel 13-19, um die Menge an Faser zu erhöhen, die pro Zeiteinheit erzeugt wird, und um die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.
In der bevorzugten Ausführungsform, erfolgt die genannte effektive relative Bewegung zwischen Sammelvorrichtung 8 und mindestens einer der Düsen 3, 32, 34, usw., während der genannten Drehung der Spindel 9 während des Faserspinnens. In einer Alternative erfolgt eine solche effektive relative Bewegung vor einer solchen Drehung, zum Beispiel während des Einrichtens zwischen Filterelementen, in Vorbereitung für die Bildung des nächsten Filterelements. Die Düsen haben mehrere Düsenöffnungen 6, die entlang einer Reihe, wie 11, ausgerichtet sind. In einer Ausführungsform ist die Reihe 11 parallel zu der Z-Achse ausgerichtet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Reihe 11 entlang einer Richtung relativ zu der Z-Achse schräg verlaufend ausgerichtet. In einer weiteren Ausführungsform ist nur eine einzige Düse 3 für das Spinnen von Fasern auf eine Sammelvorrichtung 8 in dem genannten Koordinatensystem bereitgestellt, und die Reihe 11 von Düsenöffnungen 6 erstreckt sich entlang einer Richtung, die relativ zu der Z-Achse schräg verläuft. In einer Form erstreckt sich die Reihe 11 zwischen ersten und zweiten Enden, wobei das erste Ende der Reihe 11 von der Spindel 9 mit einem ersten räumlichen Abstand entlang der X-Achse beabstandet ist, und das zweite Ende der Reihe 11 von der Spindel 9 mit einem zweiten räumlichen Abstand entlang der X-Achse beabstandet ist, wobei der genannte zweite räumliche Abstand größer ist als der genannte erste räumliche Abstand. Die X- und Z- Achsen definieren eine X-Z-Ebene, und in der letztgenannten Ausführungsform, liegt die Reihe 11 in einer solchen X-Z-Ebene. In einer weiteren Form erstreckt sich die Reihe 11 der Düsenöffnungen 6 zwischen ersten und zweiten Enden, wobei das erste Ende der Reihe 11 von der Spindel 9 mit einem ersten räumlichen Abstand entlang der X-Achse beabstandet ist, und wobei das zweite Ende der Reihe 11 von der Spindel 9 mit einem zweiten räumlichen Abstand entlang der X- und Y-Achsen beabstandet ist, wobei der genannte zweite räumliche Abstand größer ist als der genannte erste räumliche Abstand. In der letztgenannten Form liegt die Reihe 11 schräg zu der X-Y-Ebene.
In der vorangehenden Beschreibung wurden gewisse Begriffe der Kürze, Deutlichkeit und Verständlichkeit wegen verwendet. Daraus leiten sich keine unnötigen Einschränkungen über die Anforderung nach dem Stand der Technik hinaus ab, da solche Begriffe für beschreibende Zwecke verwendet werden und als weit reichend zu verstehen sind. Die verschiedenen Konfigurationen, Verfahren und Systeme, die hier beschrieben sind, können alleine oder in Kombination mit anderen Konfigurationen, Verfahren und Systemen verwendet werden. Es ist zu erwarten, dass verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifizierungen im Umfang der beiliegenden Ansprüche möglich sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Filterelements (30), aufweisend das Spinnen von Fasern (7, 36, 38) von mehreren Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) auf eine Sammelvorrichtung (8) in einem Koordinatensystem mit X-, Y-, Z-Achsen, die orthogonal zueinander liegen, wobei die X- und Y-Achsen eine X-Y-Ebene quer zu der Z-Achse definieren, wobei die Sammelvorrichtung (8) eine drehende Spindel (9) aufweist, die um die Z-Achse dreht, wobei mindestens eine erste Düse (3) von der Spindel (9) in Richtung der X-Achse beabstandet angeordnet wird und wobei mindestens eine zweite Düse (32) von der ersten Düse (3) beabstandet angeordnet wird und dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Düse (32) von der ersten Düse (3) entlang der X-Y-Ebene beabstandet angeordnet wird, dass von der ersten Düse (3) ein erster Satz von Fasern (7) mit einem ersten Filterkennwert und von der zweiten Düse (32) ein zweiter Satz von Fasern (36) mit einem zweiten Filterkennwert gesponnen wird und dass während der Herstellung des Filterelements (30) der erste Filterkennwert dadurch verändert wird, dass der Abstand zwischen der Spindel (9) und der ersten Düse (3) dadurch verändert wird, dass die Spindel (9) und die erste Düse (3) während oder vor der Drehung der Spindel (3) in Y-Richtung relativ zueinander bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filterkennwert mit dem zweiten Filterkennwert übereinstimmt zur Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Filterkennwert von dem zweiten Filterkennwert unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Filterkennwerte ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Porosität, Benetzbarkeit, Oberflächenenergie, Faserdurchmesser, Fasermaterial, und Faserverteilung.
Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Satz von Fasern (7) von der ersten Düse (3) in einem ersten Filtermuster und der zweite Satze von Fasern (36) von der zweiten Düse (32) in einem zweiten, anderen Filtermuster gesponnen wird.
Verfahren einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinnschritt ein Faserspinnschritt ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Schmelzspinnen, Schmelzblasen, Spun-Bonding, Elektrospinnen, Luftablegen.
Verfahren einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (7, 36) aus verschiedenen der Düsen (3, 32) seriell gesponnen werden, nämlich der erste Satz von Fasern (7) auf der drehenden Spindel (9) von der ersten Düse (3) gesponnen wird, wodurch eine erste ringförmige Zone (30a, 30d) des ersten Satzes von Fasern (7) gebildet wird, und dann ein zweiter Satz von Fasern (36) auf der drehenden Spindel (9) von der zweiten Düse (32) gesponnen wird, wodurch eine zweite ringförmige Zone (30b, 30e) des zweiten Satzes von Fasern (36) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite ringförmige Zone (30b, 30e) radial außerhalb der ersten ringförmigen Zone (30a, 30d) liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter von Düse zu Düse variiert wird, so dass mindestens ein Filterkennwert abhängig von der radialen Tiefe in das Filterelement (30) variiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polymerströmungsrate, Polymertemperatur, Luftdruck, Luftströmungsrate, Lufttemperatur, axiale Geschwindigkeit der Spindel entlang der Z-Achse relativ zu den Düsen, Spindeldrehzahl um die Z-Achse, Abstand und Winkel zwischen den Düsen und der Spindel, und Polymerart.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Düse (34) von der ersten und zweiten Düse (3, 32) entlang der X-Y-Ebene beabstandet angeordnet wird, dass Fasern (38) von der dritten Düse (34) in Serie folgend nach der zweiten Düse (32) gesponnen werden, so dass ein dritter Satz von Fasern (38) auf der drehenden Spindel (9) von der dritten Düse (34) gesponnen wird, so dass eine dritte ringförmige Zone (30c, 30f) des dritten Satzes von Fasern (38) gebildet wird, die radial außerhalb der zweiten ringförmigen Zone (30b, 30e) liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserdurchmessers während des Spinnens variiert wird, so dass der Faserdurchmesser von der ersten ringförmigen Zone (30a) zu der zweiten ringförmigen Zone (30b) abnimmt und dann von der zweiten ringförmigen Zone (30b) zu der dritten ringförmigen Zone (30c) zunimmt, um einen variierenden Faserdurchmesser entlang einem U-förmigen Profil in einer Kurve einer Elementtiefe entlang einer Abszisse gegenüber dem Faserdurchmesser entlang einer Ordinate bereitzustellen, wobei sich der minimale Faserdurchmesser am Steg des U bei mittlerer Tiefe befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität während des Spinnens variiert wird, so dass die Porosität von der ersten ringförmigen Zone (30a) zu der zweiten ringförmigen Zone (30b) abnimmt und dann von der zweiten ringförmigen Zone (30b) zu der dritten ringförmigen Zone (30c) zunimmt, um eine variierende Porosität entlang einem U-förmigen Profil in einer Kurve einer Elementtiefe entlang einer Abszisse gegenüber der Porosität entlang einer Ordinate bereitzustellen, wobei sich eine minimale Porosität am Steg des U bei mittlerer Tiefe befindet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (9) und/oder mindestens einer der Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) während des Spinnens und des Drehens entlang der Z-Achse verschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines ersten Zeitschrittes zur Bildung einer ersten ringförmigen Zone (30a, 30d) Fasern von verschiedenen der Düsen gleichzeitig versponnen werden, dann mindestens eine Parameter variiert wird, dann während eines zweiten in Serie folgenden Zeitschrittes zur Bildung einer zweiten ringförmigen Zone (30b, 30e) Fasern von den verschiedenen Düsen gleichzeitig gesponnen werden, wobei die erste ringförmige Zone erste und zweite Subzonen aufweist, wobei in der ersten Subzone Fasern (7) von der ersten Düse (3) während des ersten Zeitschrittes gesponnen werden, wobei in der zweiten Subzone Fasern (36) von der zweiten Düse (32) während des ersten Zeitschrittes gesponnen werden, wobei die zweite ringförmige Zone dritte und vierte Subzonen aufweist, wobei in der dritten Subzone Fasern (7) von der ersten Düse (3) während des zweiten Zeitschrittes gesponnen werden und in der vierten Subzone Fasern (36) von der zweiten Düse (32) während des zweiten Zeitschrittes gesponnen werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Subzonen einen anderen Filterkennwert hat als mindestens eine andere der Subzonen.
Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Düsen (3, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) entlang der Z-Achse ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dritte und vierte Düsen (56, 58) entlang der Z-Achse und seitlich versetzt von den ersten und zweiten Düsen (3, 40) ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen (3, 66, 68, 70) mit gestaffelten Längen entlang der Z-Achse bereitgestellt werden, so dass die zweite Düse (66) die dritte und vierte Düse (68, 70) überlappt und die dritte Düse (68) die erste und zweite Düse (3, 66) überlappt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Bewegung während der Drehung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Bewegung vor der Drehung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter behinhaltend ausrichten mehrerer Düsenöffnungen (6) mindestens einer der Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) entlang einer Reihe und ausrichten der Reihe parallel zu der Z-Achse.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 21, weiter behinhaltend ausrichten mehrerer Düsenöffnungen (6) mindestens eine der Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) entlang einer Reihe und ausgerichten der Reihe entlang einer Richtung, die relativ zu der Z-Achse schräg verläuft.
Vorrichtung zur Herstellung eines Filterelements (30), mit einer Sammelvorrichtung (8), und mehreren Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) zum Spinnen von Fasern (7, 36, 38) auf der Sammelvorrichtung (8) in einem Koordinatensystem mit X-, Y-, Z-Achsen, die orthogonal zueinander liegen, wobei die X- und Y-Achsen eine X-Y-Ebene quer zu der Z-Achse definieren, wobei die Sammelvorrichtung (8) eine drehende Spindel (9) aufweist, die um die Z-Achse drehbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Düse (3) aufweist, die von der Spindel (9) entlang der X-Achse beabstandet angeordnet ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine zweite Düse (32) aufweist, die von der ersten Düse (3) beabstandet angeordnet ist und dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Düse (32) von der ersten Düse (3) entlang der X-Y-Ebene beabstandet angeordnet ist, dass von der ersten Düse (3) ein erster Satz von Fasern (7) mit einem ersten Filterkennwert und von der zweiten Düse (32) ein zweiter Satz von Fasern (36) mit einem zweiten Filterkennwert spinnbar ist, wobei die Spindel (9) und die erste Düse (3) während oder vor der Drehung der Spindel in Y-Richtung relativ zueinander bewegbar sind um, während der Herstellung des Filterelementes (30), den ersten Filterkennwert durch Veränderung des Abstandes zwischen der Spindel (9) und der ersten Düse (3) zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Düse (34) vorgesehen ist, die von der ersten und zweiten Düse (3, 32) entlang der X-Y-Ebene beabstandet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Düse (3, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) entlang der Z-Achse miteinander ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass dritte und vierte Düsen (56, 58), die entlang der Z-Achse miteinander ausgerichtet und seitlich versetzt zu der ersten und zweiten Düse (3, 40) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3, 66, 68, 70) gestaffelte Längen entlang der Z-Achse aufweisen, so dass die zweite Düse (66) die dritte und vierte Düse (68, 70) überlappt und die dritte Düse (68) die erste und zweite Düse (3, 66) überlappt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (9) und die erste Düse (3) während der Drehung relativ zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (9) und die erste Düse (3) vor der Drehung relativ zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) mehrere Düsenöffnungen (6) hat, die entlang einer Reihe ausgerichtet sind, und wobei die Reihe parallel zu der Z-Achse ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Düsen (3, 32, 34, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) mehrere Düsenöffnungen (6) hat, die entlang einer Reihe ausgerichtet sind, wobei die Reihe entlang einer Richtung ausgerichtet ist, die relativ zu der Z-Achse schräg verläuft.
Vorrichtung zur Herstellung eines Filterelements (30), mit einer Sammelvorrichtung (8), und einer ersten Düse (3) und einer zweiten Düse (32) zum Spinnen von Fasern auf die Sammelvorrichtung (8) in einem Koordinatensystem mit X-, Y-, Z-Achsen, die orthogonal zueinander liegen, wobei die X- und Y-Achsen eine X-Y-Ebene quer zu der Z-Achse definieren, wobei die Sammelvorrichtung (8) eine drehende Spindel (9) aufweist, die um die Z-Achse dreht, wobei die erste Düse (3) von der Spindel (9) in Richtung der X-Achse beabstandet ist, wobei die erste Düse (3) mehrere Düsenöffnungen (6) aufweist, die in einer Reihe ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reihe in einer Richtung erstreckt, die schräg relativ zu der Z-Achse verläuft, dass die zweite Düse (32) von der ersten Düse (3) entlang der X-Y-Ebene beabstandet angeordnet ist, dass von der ersten Düse (3) ein erster Satz von Fasern (7) mit einem ersten Filterkennwert und von der zweiten Düse (32) ein zweiter Satz von Fasern (36) mit einem zweiten Filterkennwert spinnbar sind, wobei die Spindel (9) und die erste Düse (3) während oder vor der Drehung der Spindel in Y-Richtung relativ zueinander bewegbar sind um, während der Herstellung des Filterelements (30) den ersten Filterkennwert durch Veränderung des Abstandes zwischen der Spindel (9) und der ersten Düse (3) zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reihe zwischen einem ersten und zweiten Ende erstreckt, wobei das erste Ende von der Spindel (9) mit einem ersten räumlichen Abstand entlang der X-Achse beabstandet ist und das zweite Ende von der Spindel (9) mit einem zweiten räumlichen Abstand entlang der X-Achse beabstandet ist und wobei der zweite räumliche Abstand größer ist als der erste räumliche Abstand.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die X- und Z-Achse eine X-Z-Ebene definieren und die Reihe in der X-Z-Ebene liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reihe zwischen einem ersten und zweiten Ende erstreckt, wobei das erste Ende von der Spindel (9) mit einem ersten räumlichen Abstand entlang der X-Achse beanstandet ist und das zweite Ende von der Spindel (9) mit einem zweiten räumlichen Abstand entlang den X- und Y-Achsen beanstandet ist und der zweite räumliche Abstand größer ist als der erste räumliche Abstand.
Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die X- und Z-Achsen eine X-Z-Ebene definieren, und die Reihe schräg zu der X-Z Ebene liegt.