DE4445842C2 - Verfahren zur Herstellung eines als Faltenpack ausgebildeten Filtereinsatzes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als Faltenpack ausgebildeten Filter­ einsatzes.

Ein Verfahren zur Herstellung eines als Faltenpack ausgebildeten Filtereinsatzes aus thermoplastisch verschweißbarem Vliesstoff, wobei ein flächiges Filtermedium in einer Faltvorrichtung zunächst gefaltet und anschließend bei einem eingestellten Faltenabstand unter Zuführung von Energie und darauffolgender Abkühlung in seiner bestehenden Form fixiert wird, wobei nach dem Verfahrensschritt des Erzeugens eines definierten Faltenabstands die beiden Außenkanten des Faltenpacks formschlüssig eingeklemmt werden, in Faltengeometrie und -abmessungen entsprechende, kammartige, ober- sowie unterseitig in die Faltung zangenartig eingreifende Profile, deren Abstand zuein­ ander gleich oder geringfügig kleiner gewählt wird als die Dicke des Faservlies­ stoffs, wobei das gefaltete Filtermaterial das kammartige Profil mit jeder Außenkante überragt und wobei der Faltenpack zuletzt abgelängt wird, ist aus der EP 0 438 639 B1 bekannt.

Auf jeder Längsseite des Faltenpacks läßt man bei dem vorbekannten Verfahren das Filtermaterial um das 1,5- bis 2,5fach des Faltenabstands über die kammartigen Profile überragen, wobei man dieses, somit überstehende Material beiderseits jeweils mittels eines ersten seitlich darauf einwirkenden Andruckelements umlegt, bis das überstehende Material am benachbarten Faltenende anliegt, so daß sich die Kanten überlappen, wobei man gleichzeitig mit über die Andruckelemente zugeführter Energie die Überlappungszonen thermisch verschweißt. Ein derart gefertigter Filtereinsatz besitzt eine große Eigenstabilität, so daß für den Einbau in ein Filtergehäuse ein zusätzlicher Aufnahmerahmen entbehrlich ist. Ein weiterer Vorteil des durch das vorbekannte Verfahren hergestellten Filtereinsatzes ist in seiner guten Recyclingfähigkeit zu sehen, da der Filtereinsatz aus nur einem Material, nämlich dem Faservliesstoff besteht. Der vorbekannte Filtereinsatz ist in drei Koordinatenrichtungen biegesteif, wobei die Biegesteifigkeit aus der Verklebung des Materialüberstands einer jeden Falte mit den in Längsrichtung beiderseits angrenzenden Falten resultiert. Die verfestigten Seitenflächen übernehmen die Funktion eines Rahmens. Durch den großen Überstand, der das 1,5- bis 2,5fache des Faltenabstands beträgt, wird beim Umknicken und Überlappen aller benachbarten Falten in einer Richtung eine geschlossene Seitenfläche erzeugt die dem vorbekannten Filter die dreidimensionale Steifigkeit verleiht.

Aus der DE 40 09 246 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements aus einem zick-zack-förmig gefalteten, stern- oder plattenförmig angeordneten Filtermaterial bekannt, das an den Stirnseiten gedichtet werden soll. Dabei wird je ein der Höhe der Falten entsprechend breites Dichtungsband an die Stirnkanten angepreßt, fixiert und anschließend ultraschallverschweißt.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Filterelements ist aus der DE 40 10 732 A1 bekannt. Umlaufend um den Plattenfilter ist in der Plattenebene ein elastisches Zusatz­ dichtmaterial aufgebracht, das ein Kunststoffvlies ist. Die Aufbringung erfolgt durch ein Aufschmelzen der Berührungszone des Zusatzdichtmaterials, beispielsweise durch eine Ultraschall-Verschweißung. Die Ultraschall-Schweißvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Sonotrode und einem Amboß, wobei am Amboß die letzte Falte des Kunststoffvlieses anliegt. Das freie Ende dieser Falte wird von dem Amboß gegen den Quersteg gedrückt der aus einem thermoplastischen Material besteht. Die Sonotrode ist an ihrem auf das Zusatzdichtmaterial aufgesetzten Ende U-förmig ausgebildet, wobei durch die U-förmige Ausbildung das Zusatzdichtmaterial linienförmig mit dem Quersteg verbunden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für einen als Faltenpack ausgebildeten Filtereinsatz der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß der Filtereinsatz biege- und verdrehbeweglich ist und daß das Dichtungsband in Richtung des Druckgefälles, quer zur Richtung der Schweißnähte, mit dem benachbart angrenzenden Gehäuse eine Labyrinthdichtung bildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines als Faltenpack ausgebildeten Filtereinsatzes aus thermoplastisch verschweißbarem Faservliesstoff vorgesehen, wobei ein flächiges Filtermedium in einer Faltvorrichtung zunächst gefaltet und anschließend bei einem eingestellten Faltenabstand unter Zuführung von Energie und darauffolgender Abkühlung in seiner bestehenden Form fixiert wird, wobei nach dem Verfahrensschritt des Erzeugens eines definierten Faltenabstands die beiden Außenkanten des Faltenpacks formschlüssig eingeklemmt werden, in Faltengeometrie und -abmessungen entsprechende, kammartige, ober- sowie unterseitig in die Faltung zangenartig eingreifende Profile, deren Abstand zueinander gleich oder geringfügig kleiner gewählt wird als die Dicke des Faservliesstoffs, wobei das gefaltete Filtermaterial das kammartige Profil mit jeder Außenkante um weniger als das 1fache des Falten­ abstands überragt, wobei je ein der Höhe der Falten entsprechend breites Dichtungsband längsseits auf die Außenkanten aufgelegt und jeweils mittels von seitlich darauf einwirkenden Andruckelementen angedrückt und gleichzeitig mit über die Andruckelemente zugeführter Energie mit den Außenkanten des Filtermaterials thermisch verschweißt wird, wobei zumindest zwei parallel zueinander verlaufende Schweißstellen entlang jeder Außenkante des Faltenpacks aufgebracht werden, die zumindest einen relativ zu den Schweißstellen unverfestigten Abschnitt begrenzen und wobei die Schweißstellen bis zu deren Abkühlung aneinandergepreßt und fixiert und anschließend die Profile entfernt und der Faltenpack abgelängt werden. Unter dem Faltenabstand wird im Sinne des beanspruchten Verfahrens der Abstand verstanden, mit dem benachbarte Faltenkämme einander zugeordnet sind. Bevorzugt überragt das gefaltete Filtermaterial das kammartige Profil mit seinen Außenkanten um das 0,1- bis 0,5fache. Hierbei ist von Vorteil, daß der erfindungsgemäß hergestellte Filtereinsatz aus Vliesstoff in Längsrichtung, quer zu den Falten des Faltenpacks, biege- und verdrehbeweglich ist. Eine derartige Beweglichkeit des Filtereinsatzes ist insbesondere dann von Vorteil, wenn dieser in Filtergehäuse montiert werden soll, die einen gewölbten, kuppelförmigen oder in sich verdrehten Einbauraum umschließen. Das Dichtungsband besteht bevorzugt aus einem Faservliesstoff.

Durch den unverfestigten Abschnitt, der durch die beiden Schweißstellen begrenzt ist, ist von Vorteil, daß das Dichtungsband in Richtung des Druckgefälles, quer zur Richtung der Schweißnähte mit dem benachbart angrenzenden Gehäuse eine Labyrinthdichtung bildet, da nur die nicht­ verfestigten Bereiche außerhalb der Schweißnähte in Form von Dichtlippen am Gehäuse anliegen.

Die thermische Verschweißung des Dichtungsbands mit dem Filtermaterial ist daher in fertigungstechnischer Hinsicht problemlos möglich. Die Andruckele­ mente werden auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb des Schmelzbereichs der bindefähigen Komponenten des Dichtungsbands und/oder des Faservlies­ stoffs des Faltenpacks liegt. Um eine Beeinträchtigung der Dichtungsbereiche zuverlässig zu vermeiden, die außerhalb der Schweißstellen liegen, bestehen die Andruckelemente bevorzugt aus Ultraschall-Sonotroden. Ultraschall-Sonotroden ermöglichen eine punkt- oder linienförmige Verschweißung des Dichtungsbands mit den Außenkanten des Filtermaterials, wobei das Dichtungsband dadurch nur punkt- oder linienförmig verdichtet und durch die schmelzfähigen Komponenten an der Außenkante des Filtermaterials adhäsiv befestigt wird. Außerhalb der Bereiche, in denen das Dichtungsband verschweißt ist, weist dieses eine vergleichsweise aufgelockerte, im wesentlichen unverfestigte Struktur auf, die den Umfang des Faltenpacks gegenüber einem Filtergehäuse abdichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zei­ gen

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß hergestellten Filtereinsatz;

Fig. 2 eine perspektivische, schematische Darstellung der Bestandteile des Fil­ tereinsatzes sowie der kammartigen Profile;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Filtereinsatz entsprechend Fig. 2, wobei das Dichtungsband durch Andruckelemente mit dem Faservliesstoff des Faltenpacks verbunden wird.

In Fig. 1 ist ein als Faltenpack 1 ausgebildeter Filtereinsatz aus thermoplastisch verschweißbarem Faservliesstoff 2 in einer Draufsicht gezeigt. Der Faservlies­ stoff 2 muß sich mit dem Dichtungsband 8 unter Zuführung von Energie ver­ schweißen lassen. Dies ermöglicht eine Verbindungsmethode ohne zusätzliches Medium wie z. B. Klebstoff. An den Außenkanten 4, 5 des Faltenpacks ist in die­ sem Ausführungsbeispiel jeweils ein Dichtungsband 8 angeordnet, das ebenfalls aus einem Vliesstoff besteht.

Das Verfahren zur Herstellung des Filtereinsatzes ist in Fig. 2 schematisch ge­ zeigt. Zur Verbindung der Außenkante mit einem hier nicht dargestellten Dich­ tungsband ist es vorgesehen, daß die Außenkante 4 des Faltenpacks 1 form­ schlüssig zwischen den kammartig ausgebildeten Profilen 6 eingeklemmt wird. Die Profile 6 weisen eine der Faltengeometrie und den Faltenabmessungen ent­ sprechende Oberfläche auf. Die Profile 6 werden derart in Richtung des Doppel­ pfeils 15 bewegt, daß der Faltenpack 1 formschlüssig gehalten ist. Sind die Profile 6 ineinandergefahren, überragt die Außenkante 4 das Profil 6 auf der dem Andruckelement 9 zugewandten Seite in diesem Ausführungsbeispiel um das 0,3fache des Faltenabstands 3, wobei als Faltenabstand 3 der Abstand zwischen den einander benachbarten Faltenkämmen verstanden wird.

In Fig. 3 ist die Bewegungsrichtung des Faltenpacks 1 mit "D" angegeben. Die beiderseits der Außenkanten 4, 5 angeordneten Andruckelemente 9 sind als Ul­ traschall-Sonotroden ausgebildet, die die Dichtungsbänder 8 linienförmig mit den Außenkanten 4, 5 verschweißen. Die Dichtungsbänder 8 werden jeweils von den Andruckelementen 9 angedrückt und gleichzeitig mit über die Andruckele­ mente 9 zugeführte Energie mit den Außenkanten 4, 5 des Filtermaterials ther­ misch verschweißt. Die Anpressung der Dichtungsbänder 8 mittels der Sonotro­ den bleibt so lange erhalten, bis die Schweißstellen 10 abgekühlt und die Dich­ tungsbänder an den Außenkanten 4, 5 fixiert sind. Im Anschluß daran werden die Profile 6 in Offenstellung überführt. Der Faltenpack 1 wird anschließend ab­ gelängt. Der Vorteil der Verwendung eines Andruckelements 9, das als So­ notrode ausgebildet ist, ist darin zu sehen, daß eine linienförmige Ver­ schweißung der Dichtungsbänder 8 mit den Außenkanten 4, 5 ermöglicht wird. Der angrenzende Dichtungswerkstoff der Dichtungsbänder 8 wird dadurch kei­ ner Wärmebeaufschlagung ausgesetzt. Ein Anschmelzen der schmelzfähigen Bestandteile ist daher ausgeschlossen.

Dadurch daß der Überstand der Außenkante 4, 5 über das Profil 6 in jedem Falle weniger als das 1fache des Faltenabstands 3 beträgt, ist eine Verschweißung der einzelnen Falten untereinander zuverlässig ausgeschlossen. Der durch das Verfahren hergestellte Filtereinsatz weist eine gute Biege- und Verdrehbeweg­ lichkeit auf. Im Schnitt A-A von Fig. 3 ist zur erkennen, daß die Schweißstellen 10 das Dichtungsband 8 jeweils einschnüren und dadurch in der Höhe 7 ange­ ordnete Abschnitte 12, 13, 14 bilden, die mit einem Filtergehäuse in Eingriff bringbar sind. Gelangen die Abschnitte 12, 13, 14 mit dem Filtergehäuse in dichtenden Eingriff, erfüllt das Dichtungsband 8 die Funktion eine Labyrinth­ dichtung in Richtung des Druckgefälles. In der Seitenansicht x sind die sich in Längsrichtung erstreckenden, geradlinigen Schweißstellen 10 zu erkennen.

Unabhängig von den vorgenannten Verfahrensvarianten wird vorgeschlagen, als letzten, zusätzlichen Verfahrensschritt an den beiden Stirnseite des Faltenpacks jeweils einen thermoplastischen Kunststoffolienstreifen 16 in den Falten anzu­ schweißen, der in diesem Falle den Faltenpack 1 umgreifend angeordnet ist. Dieser Streifen hat die Aufgabe, die Stirnseite in horizontaler Richtung zu ver­ stärken, so daß sie den Druck der Dichtung beim Zusammenfügen der Filterkas­ sette aufnehmen kann. Alternativ hierzu kann man beispielsweise vor dem Ab­ längen an den künftigen Schnittstellen jeweils mindestens eine Faltentasche mit einer bei Raumtemperatur aushärtenden Kunststoff-Hartmasse 17 ausfüllen. Zum Ablängen des Faltenpacks 1 wird diese dann in der Halterung mittig durchtrennt. Die entstandene Schnittfläche bildet so eine winklige Außenseite des Faltenpacks 1, welche dessen Höhe 7 aufweist. Sowohl die gute Biege- als auch die Verdrehbeweglichkeit des Filtereinsatzes wird dadurch nicht nachteilig beeinflußt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines als Faltenpack (1) ausgebildeten Filterein­ satzes aus thermoplastisch verschweißbarem Faservliesstoff (2), wobei ein flächiges Filtermedium in einer Faltvorrichtung zunächst gefaltet und anschließend bei einem eingestellten Faltenabstand (3) unter Zuführung von Energie und darauffolgender Abkühlung in seiner bestehenden Form fixiert wird, wobei nach dem Verfahrensschritt des Erzeugens eines defi­ nierten Faltenabstands die beiden Außenkanten (4, 5) des Faltenpacks (1) formschlüssig eingeklemmt werden, in Faltengeometrie und -abmessungen entsprechende, kammartige, ober- sowie unterseitig in die Faltung zangenartig eingreifende Profile (6), deren Abstand zueinander gleich oder geringfügig kleiner gewählt wird als die Dicke des Faservliesstoffs (2) wobei das gefaltete Filtermaterial das kammartige Profil (6) mit jeder Außenkante (4, 5) um weniger als das Einfache des Faltenabstands (3) überragt, wobei je ein der Höhe (7) der Falten entsprechend breites Dichtungsband (8) längsseits auf die Außenkanten (4, 5) aufgelegt und jeweils mittels von seitlich darauf einwirkenden Andruckelementen (9) angedrückt und gleichzeitig mit über die Andruckelemente (9) zugeführter Energie mit den Außenkanten (4, 5) des Filtermaterials thermisch verschweißt wird, wobei zumindest zwei parallel zueinander verlaufende Schweißstellen (10) entlang jeder Außenkante (4, 5) des Faltenpacks (1) aufgebracht werden, die zumindest einen relativ zu den Schweißstellen (10) unverfestigten Abschnitt (13) begrenzen und wobei die Schweißstellen (10) bis zu deren Abkühlung aneinandergepreßt und fixiert und anschließend die Profile (6) entfernt und der Faltenpack (1) abgelängt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Andruckelemente (9) auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzbereichs der bindefähigen Komponenten des Faservliesstoffs (2) erhitzt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Andruckelemente (9) als Ultraschall-Sonotroden ausgebildet sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Filtermedium vor seiner Einführung in die Faltvorrichtung auf eine Breite gebracht wird, die der Breite (11) des Faltenpacks (1) entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Dichtungsband (8) punkt- oder linienförmig mit den Außenkanten (4, 5) des Filtermaterials verschweißt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem an beiden Stirnseiten des Faltenpacks jeweils ein thermoplastischer Kunstoff-Folienstreifen (16) in den Falten angeschweißt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem vor dem Ablängen an den künftigen Schnittstellen jeweils mindestens eine Faltentasche mit einer bei Raumtemperatur aushärtenden Kunststoff-Hartmasse (17) ausgefüllt wird.