Filtermaterial filter material
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermatenal, insbesondere für einen Luftfilter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .The present invention relates to a filter material, in particular for an air filter, according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 101 50 073 A1 ist ein gattungsgemäßes Filtermaterial bekannt, bestehend aus zumindest einer Lage filteraktiven Materials, welches zu wenigstens 50% aus Zellulosefasern besteht und mit einer Imprägnierung versehen ist. Die Lage des filteraktiven Materials ist dabei auf mindestens einer Seite mit einem Kaschiermaterial bedeckt, das für den im jeweiligenFrom DE 101 50 073 A1 a generic filter material is known, consisting of at least one layer of filter-active material, which consists of at least 50% cellulose fibers and is provided with an impregnation. The position of the filter-active material is covered on at least one side with a Kaschiermaterial that for each in the respective
Filtrationsprozess relevanten Partikelgrößenbereich keine Filtrationswirkung aufweist. Aufgrund des 50%-igen Zellulosefaseranteils ist das bekannteFiltration process relevant particle size range has no filtration effect. Due to the 50% cellulose fiber content is the well-known
Filtermaterial jedoch leicht entflammbar.Filter material, however, easily inflammable.
Aus der DE 299 07 699 U1 ist ein weiteres Filtermaterial, umfassend mindestens eine Trägermateriallage und mindestens eine Faservlieslage, bekannt. Die mindestens eine Faservlieslage weist dabei eine Nanofaservlieslage mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 10 bis 1000 Nanometer und weiteren nanofaserspezifischen Parametern auf. Die Trägermateriallage ist dabei aus einem Filterpapier aufgebaut.From DE 299 07 699 U1 a further filter material comprising at least one carrier material layer and at least one nonwoven fiber layer is known. The at least one fiber fleece layer has a nanofiber nonwoven layer with an average fiber diameter of 10 to 1000 nanometers and further nanofiber-specific parameters. The carrier material layer is constructed from a filter paper.
Aus der DE 197 31 860 C1 ist wiederum ein mehrschichtig aufgebautesFrom DE 197 31 860 C1 in turn is a multi-layered structure
Filtermaterial bekannt, mit einer Faserschicht, die mit einer Papierträgerschicht zusammen laminiert ist.Filter material known, with a fiber layer, which is laminated together with a paper support layer.
Weitere Filtermaterialien sind bspw. aus der DE 198 20 918 A1 , aus der DE 197 19 807 A1 , aus der EP 0 626 187 A1 , aus der EP 0 656 224 A1 sowie aus der DE 102 00 635 A1 bekannt.Further filter materials are known, for example, from DE 198 20 918 A1, from DE 197 19 807 A1, from EP 0 626 187 A1, from EP 0 656 224 A1 and from DE 102 00 635 A1.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Filtermaterial der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere belastbarer, schwerer entflammbar und darüber hinaus einfacher verarbeitbar ist.The present invention addresses the problem of providing an improved or at least some other type of filter material of the generic type Specify embodiment, which in particular is more resilient, less flammable and moreover easier to process.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einThe present invention is based on the general idea
Filtermaterial zumindest zweischichtig aufzubauen, nämlich aus einerBuild filter material at least two layers, namely from a
Trägerschicht und einer Filterschicht, wobei ein Trägermaterial der Trägerschicht als Polymervlies oder Zellulose oder einer Mischung aus einem Polymer und Zellulose ausgebildet ist, während das Material für die Filterschicht durchCarrier layer and a filter layer, wherein a carrier material of the carrier layer is formed as a polymer fleece or cellulose or a mixture of a polymer and cellulose, while the material for the filter layer by
Nanofasern gebildet wird. Die Nanofasern können aus beliebigen Kunststoffen, bevorzugt aus Thermoplasten, wie z. B. Polyamid (PA), insbesondere PA 6 oder PA 66, oder aus Polyurethan (PU), gebildet werden. Die Nanofasern weisen vorzugsweise einen Faserdurchmesser kleiner Ο,δμιτι auf. Vorzugsweise verfügen 90% der aus Polyamid gebildeten Nanofasern über einen Durchmesser kleiner 300nm, insbesondere kleiner 250nm. Bei vorteilhaften Ausbildungen verfügen über 70% der Nanofasern über einen Faserdurchmesser von weniger als 180nm. Bei anderen Ausgestaltungen verfügen mehr als 90% der aus Polyurethan gebildeten Nanofasern über einen Durchmesser kleiner 500nm. In vorteilhaften Ausgestaltungen verfügen mehr als 50% der PU-Nanofasern über einenNanofibers is formed. The nanofibers can be made of any plastics, preferably of thermoplastics, such as. As polyamide (PA), in particular PA 6 or PA 66, or polyurethane (PU) are formed. The nanofibers preferably have a fiber diameter smaller Ο, δμιτι on. Preferably, 90% of the nanofibers formed from polyamide have a diameter of less than 300 nm, in particular less than 250 nm. In advantageous embodiments, over 70% of the nanofibers have a fiber diameter of less than 180nm. In other embodiments, more than 90% of the nanofibers formed of polyurethane have a diameter less than 500 nm. In advantageous embodiments, more than 50% of the PU nanofibers have a
Faserdurchmesser kleiner 400nm. Das Filtermaterial weist dabei insgesamt eine Dicke d zwischen 0,15 und 0,4mm, vorzugsweise <0,35mm auf. Besondere Filtermaterialien verfügen über eine Dicke d von ca. 0,2mm auf. Diese Materialien sind dann besonders gut verarbeitbar zu sternförmig gefalteten Filterbälgen oder zu kompakten gewickelten Filterelementen mit gewelltem Filtermedium. Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Filtermaterial, welches ein Polymervlies als Trägermaterial aufweist, können eine höhere Belastbarkeit, eine höhere Elastizität und gleichzeitig eine höhere Bruchdehnung realisiert werden. Gleichzeitig kann das Trägermaterial, d. h. insbesondere die Trägerschicht, besonders gleichmäßig aufgebaut werden, was bei der Verwendung von bisher bekannten Filtervlies nicht möglich war. Das Polymervlies ist somit ein textiles Flächengebilde aus einzelnen Fasern, welche bspw. trocken oder nass gelegt sind. Vorzugsweise wird dabei ein sog. Wirrlagenvlies eingesetzt, bei welchem die einzelnen Fasern hinsichtlich ihrer Orientierung frei angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist für die Verwendung in einem Luftfilter, insbesondere für die Motor-Zuluft einesFiber diameter less than 400nm. The filter material has a total thickness d between 0.15 and 0.4 mm, preferably <0.35 mm. Special filter materials have a thickness d of about 0.2mm. These materials are then particularly easy to process into star-shaped folded filter bellows or to compact wound filter elements with corrugated filter medium. With the filter material produced according to the invention, which has a polymer fleece as carrier material, a higher load capacity, a higher elasticity and at the same time a higher elongation at break can be realized. At the same time, the carrier material, ie in particular the carrier layer, particularly uniform be built, which was not possible with the use of previously known filter fabric. The polymer fleece is thus a textile fabric made of individual fibers, which, for example, are laid dry or wet. Preferably, a so-called random web is used, in which the individual fibers are freely arranged with respect to their orientation. The filter material according to the invention is for use in an air filter, in particular for the engine supply air of a
Automobils geeignet.Automobile suitable.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist das Trägermaterial Polyester, insbesondere PET, PBT, oder eine Mischung daraus auf. PET steht dabei für Polyethylenterephthalat. PBTsteht fürIn an advantageous development of the solution according to the invention, the carrier material polyester, in particular PET, PBT, or a mixture thereof. PET stands for polyethylene terephthalate. PBT stands for
Polybutylenterephthalat und gehört, wie PET auch, zu der GruppePolybutylene terephthalate and, like PET, belongs to the group
thermoplastischer Kunststoffe. Beide Kunststoffe sind polar aufgebaut und besitzen dadurch starke zwischenmolekulare Kräfte, die eine hohe Bruchfestigkeit und Steifigkeit, sowie eine hohe Formbeständigkeit gewährleisten. Weiterhin besitzen sie auch eine gute chemische Widerstandsfähigkeit sowie gutethermoplastic plastics. Both plastics have a polar structure and therefore have strong intermolecular forces, which ensure high resistance to breakage and stiffness, as well as high dimensional stability. Furthermore, they also have good chemical resistance as well as good
Verschleißeigenschaften. Polyester, insbesondere PBT und PET können einerseits kostengünstig und andererseits fertigungstechnisch leicht handhabbar eingesetzt werden. Denkbar wäre aber auch ein Trägermaterial aus Polyamid, beispielsweise PA6 oder PA66, aus einem Polymer von Acrylnitril, beispielsweise Polyacrylnitril (PAN), aus vollsynthetischen Materialien oder aus Papier mit Zellulose denkbar.Wear properties. Polyester, in particular PBT and PET, on the one hand can be used inexpensively and, on the other hand, can be handled with ease of manufacture. However, it would also be conceivable to use a carrier material of polyamide, for example PA6 or PA66, of a polymer of acrylonitrile, for example polyacrylonitrile (PAN), of fully synthetic materials or of paper with cellulose.
Zweckmäßig weist das Trägermaterial ummantelte Fasern, insbesondere auch Bikomponentenfasern, auf. Selbstverständlich können die einzelnen, dasExpediently, the carrier material has sheathed fibers, in particular also bicomponent fibers. Of course, the individual, the
Trägermaterial bildenden Fasern, nicht nur aus einem einzigen Werkstoff, bspw. PET, hergestellt sein, sondern auch Bi- oder Mehrkomponenten-Werkstoffe umfassen, worunter insbesondere Fasern zu verstehen sind, welche aus mehreren Materialkomponenten aufgebaut sind. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Trägermatehal als Spunbond ausgebildet. Unter einem Spunbond versteht man allgemein ein Spinnvlies, bei welchem bspw. ein Polymer in einem Extruder erhitzt und auf einen hohen Druck gebracht wird. Das Polymer wird anschließend in genauer Dosierung mittels Spinnpumpen durch eine Matrize, die sog.Substrate-forming fibers, not only from a single material, for example. PET, be made, but also bi- or multi-component materials include, in particular fibers are to be understood, which are composed of several material components. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the Trägermatehal is formed as a spunbond. A spunbond is generally understood to mean a spunbonded fabric in which, for example, a polymer is heated in an extruder and brought to a high pressure. The polymer is then in exact dosage by means of spinning pumps through a die, the so-called.
Spinndüsen, gepresst. Das Polymer tritt aus der Düsenplatte als feiner Faden (Filament) noch in geschmolzener Form aus und wird anschließend durch einen Luftstrom abgekühlt. Auf einem sich daran anschließenden Förderband, welches als Sieb ausgebildet ist, und bei welchem eine Absaugung unter dem Sieb angeordnet ist, werden die einzelnen Fäden fixiert und es entsteht ein sog.Spinnerets, pressed. The polymer exits from the nozzle plate as a fine filament in molten form and is then cooled by a stream of air. On an adjoining conveyor belt, which is designed as a sieve, and in which a suction is arranged under the sieve, the individual threads are fixed and there is a so-called.
Wirrlagenvlies, das anschließend noch verfestigt werden muss. Die Verfestigung kann dabei insbesondere durch zwei beheizte Walzen (Kalander) oder durch einen Dampfstrom erfolgen. Durch eine bereichsweise Verschmelzung der einzelnen Filamentfasern miteinander entsteht ein Vlies mit der gewünschten Festigkeit. Generell kann mit einem als Spunbond ausgebildeten Trägermaterial eine besonders gleichmäßige Verteilung von Flächengewichten und damit ein besonders homogenes Trägermaterial erreicht werden.Impact fleece, which then still has to be solidified. The solidification can be done in particular by two heated rollers (calender) or by a vapor stream. By a partial fusion of the individual filament fibers together creates a nonwoven with the desired strength. In general, a particularly uniform distribution of basis weights and thus a particularly homogeneous carrier material can be achieved with a carrier material designed as a spunbond.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, haften die Nanofasern adhäsiv auf dem Trägermaterial oder sind mit diesem verklebt. Eine Haupteigenschaft der Adhäsion ist der durch molekulareIn a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the nanofibers adhesively adhere to the carrier material or are glued to it. A major feature of adhesion is that of molecular
Wechselwirkungen in der Grenzflächenschicht hervorgerufene mechanische Zusammenhalt der beteiligten Materialien. Lediglich aufgrund von Adhäsion anhaftende Nanofasern kann eine zusätzliche Klebeschicht vermieden werden, was sich bspw. Kosten reduzierend auf den Herstellungsprozess desInteractions in the interface layer caused mechanical cohesion of the materials involved. Only on account of adhesion adherent nanofibers, an additional adhesive layer can be avoided, which, for example, reducing costs on the manufacturing process of
erfindungsgemäßen Filtermaterials auswirkt. Bei dem Vorsehen eines Klebers zur Verbindung der Nanofasern mit dem Trägermaterial ist es jedoch je nachfilter material according to the invention. However, in providing an adhesive for bonding the nanofibers to the substrate, it is depending on
Ausführung des Klebers möglich, über diesen zusätzliche Eigenschaften imExecution of the glue possible over these additional characteristics in the
Filtermaterial zu implementieren. Bspw. kann durch einen derartigen Kleber die Filterwirkung direkt beeinflusst werden. Generell gilt, dass die Nanofasern rohseitig und/oder reinseitig am Trägermaterial angeordnet sein können. Bei einer reinseitigen Anordnung wäre somit eineImplement filter material. For example. can be influenced directly by such an adhesive filter effect. In general, the nanofibers can be arranged on the carrier material on the raw side and / or on the clean side. In a pure-side arrangement would thus be a
Gradientenstruktur vorhanden und es würde keine reine Oberflächenfiltration mehr vorliegen.Gradient structure available and there would be no more pure surface filtration.
Die vorliegende Erfindung beruht abschließend auch auf dem Gedanken, mit einem derartigen erfindungsgemäß ausgeführten Filtermaterial einen Wickelfilter, insbesondere für einen Luftfilter, herzustellen. Aufgrund der sehr geringen Dicke der einzelnen Filtermateriallagen, sowie der Verwendung einesFinally, the present invention is based on the idea of producing a wound filter, in particular for an air filter, with such a filter material designed according to the invention. Due to the very small thickness of the individual filter material layers, as well as the use of a
Polymerwerkstoffes für das Trägermaterial, lassen sich derartige gewickelte Luftfilter einfach herstellen und auch leicht verarbeiten, da mittels einerPolymer material for the carrier material, such wound air filter can be easily produced and also easy to process, since by means of a
entsprechenden Erwärmung eine Verschweißung des Filtermaterials erfolgen kann. Selbstverständlich ist dabei die Anwendung des erfindungsgemäßencorresponding heating a welding of the filter material can be done. Of course, the application of the invention is
Filtermaterials nicht nur auf Luftfilter beschränkt, sondern kann generell auch auf weitere Gas- oder Flüssigkeitsfilter übertragen werden.Filter material is not limited to air filters, but can generally be transferred to other gas or liquid filters.