Filtermaterial und Messerfaltmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials, insbesondere für Hydraulikanlagen, bei dem eine aus zumindest einer Lage eines Filtermediums bestehende Filtermatte mit aufeinanderfolgenden Falten versehen wird, indem Faltmesser gegeneinander bewegt werden, die zur Bildung eines jewei ligen Faltengrundes an der Filtermatte angreifen. Die Erfindung betrifft ferner ein gemäß dem Verfahren hergestelltes Filtermaterial und eine Messerfaltmaschine.

Fi ltermaterialien werden in einer Vielzahl von Ausführungsformen zum Ab- scheiden von Feststoff-Partikeln aus flüssigen Medienströmen oder zum Abscheiden von Staubpartikeln aus einem mit Staubpartikeln beladenen Gasstrom verwendet. Die abzuscheidenden Partikel-Verschmutzungen stören industriel le Prozesse oder den Betrieb von Hydrauliksystemen und beschleunigen den Verschleiß von Maschinen und Anlagen.

Fi ltermaterialien aus einer gefalteten oder pl issierten Fi ltermatte werden üblicherweise aus mehrlagigen Filtermedien mittels Messerfaltmaschinen in der Weise hergestel lt, dass jewei ls zwei Faltmesser gegenläufig an der Einwirkungsstelle der Filtermatte jeweils einen Faltengrund bi lden. Wenn der- artige Filtermaterialien bei Filterelementen zum Einsatz kommen, dann ist es aus Sicherheitsgründen und auch aus wirtschaftlichen Gründen heraus erforderlich, dass die im Einsatz befindlichen Filterelemente über die vorge- sehenen Einsatzzeiten hinweg ihre volle Leistungsfähigkeit erbringen. Fehlfunktionen der Fi lterelemente würden Betriebsstörungen bis hin zum Ausfall der zugehörigen Anlagen verursachen, was, insbesondere bei höherwertigen Anlagen, zu beträchtlichen wirtschaftlichen Schäden führen kann. Beim Betrieb von Filterelementen mit plissierten oder stern gefalteten Filtermaterial ien ist eine mögliche Ursache einer Fehlfunktion darin zu sehen, dass beim Durchströmen der gefalteten Struktur des Filtermaterials dieses, beispielsweise durch Volumenschwankung und Vibration, lokalen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Dadurch kann es zu Verformungen der Falten- struktur und dadurch verursachten örtl ichen Blockbi ldungen der Falten kommen, wodurch vereinzelte Areale der Filterfläche miteinander verblockt werden, so dass an diesen Bereichen kein oder nur ein geringer Durchfluss mit entsprechend geringer Schmutzaufnahme mehr stattfindet. Außerdem können Relativbewegungen zwischen einzelnen Lagen des Filtermaterials verursacht werden. Ein Lösungsvorschlag zur Behebung dieser Fehlerquellen, der in DE 10 2004 054 245 AI offenbart ist, zielt diesbezügl ich auf eine Stabilisierung der Faltengeometrie bei einem gefalteten Filtermaterial ab, das in Form eines Hohlzyl inders Bestandteil eines Fi lterelements ist. Zu diesem Zweck sind bei der bekannten Lösung Stabi lisiermittel in Form bandförmiger Ringelemente vorgesehen, die um die Außenseite des Filtermaterials herumgelegt sind, wobei als Fixiermittel an den Innenseiten der Bänder Verbindungsstellen mit den anliegenden Faltenrücken des Filtermaterials gebildet sind. Die Verbindungsstellen sind jeweils durch Schweißstellen gebildet, an denen durch thermischen Prozess die Werkstoffe der äußeren Lage des Filtermaterials und des anliegenden Bandes miteinander verschmolzen sind.

Bei der großen Anzahl pl issierter Falten des Filtermaterials müssen in einem gesonderten Fertigungsschritt, der nach dem Faltprozess bei der Herstellung der Fi ltermatte und nach dem Bilden des Hohlzylinders aus der Fi ltermatte durchzuführen ist, eine Vielzahl von Schweißvorgängen ausgeführt werden, was die Herstellung kompliziert und verteuert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Auf- 5 gäbe, ein Verfahren anzugeben, das eine einfache und rationellere Fertigung von Filtermaterialien der betrachteten Art ermöglicht und darüber hinaus eine verbesserte Stabilisierung der Faltengeometrie und dadurch eine hohe Beta-Wert Stabilität gewährleistet, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Filtermaterial und eine Messerfaltmaschine.

Ί 0

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist. Der auf das Filtermaterial bezogene Teil der Aufgabe wird durch ein Filtermaterial mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst. Der auf 1 5 die Messerfaltmaschine bezogene Teil der Aufgabe wird durch eine Messerfaltmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. 0 Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass bei der Bildung zumindest eines Teils der Falten eine Schweißverbindung zwischen Faltengrund und Faltenrücken, vorzugsweise durch Ultraschallenergie gebildet wird, die zwischen dem betreffenden Faltmesser und einem am jeweiligen Faltenrücken befind- 5 liehen Gegenelement wirksam ist. Dadurch, dass dergestalt der Faltvorgang mit einem gleichzeitig stattfindenden Schweißvorgang kombiniert ist und somit Faltenbildung und die Stabilisierung der Faltenstruktur in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt, erübrigen sich die zusätzlichen Arbeitsschritte, wie sie beim Stand der Technik zur Stabilisierung der Faltengeometrie 0 durchgeführt werden, wie das Bereitstellen und Anlegen der Stabilisierbänder mit anschließendem Herstellen der Schweißstellen am Filtermaterial, wie dies bei der erwähnten bekannten Lösung erforderlich ist. Anstelle der eingesetzten Ultraschallenergie kann die angesprochene Schweißverbindung auch mittels eines Lasers od. dgl. hergestellt werden. Vorzugsweise wird so vorgegangen, dass die Ultraschallenergie mittels einer am Faltmesser befindlichen Sonotrode erzeugt wird, und dass die Faltmesser für die Schweißverbindungen gegen einen am gebildeten Faltenrücken anliegenden Amboss bewegt werden. Dadurch, dass die Faltmesser gleichzeitig die Funktion einer Sonotrode erfüllen, können Schweißverbindungen ohne weiteres an sämtlichen der aufeinanderfolgenden Falten gebildet werden, wodurch eine besonders gute stabilisierende Wirkung erreicht wird und Relativbewegungen von Einzellagen des Filtermaterials sicher verhindert werden.

Vorzugsweise ist die Sonotrode an den Faltmessern so gestaltet, dass Schweißverbindungen längs zumindest eines Teils, vorzugsweise eines Großteils, der Länge von Faltenrücken und -grund gebildet werden. Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, skizzenhafte Darstellung der üblichen Verfahrensweise beim Falten einer Filtermatte mittels einer Mes- serfaltmaschine;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende, jedoch die erfindungsgemäße

Verfahrensweise zeigende Darstellung; Fig. 3 eine perspektivische Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergesteil- ten Filtermaterials, das zu einem Hohlzylinder für ein Filterelement in Form einer Art Filterpatrone geformt ist, und

Fig. 4 in der Art einer Rasterelektronen-Mikroskopieaufnahme einen

Teilausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial.

Die Fig.1 und 2 verdeutlichen jeweils den Vorgang der Faltenbildung an einer Filtermatte 1 mittels einer Messerfaltmaschine mit gegenläufig bewegbaren Faltmessern 3, wobei in F ig.1 die dem Stand der Technik entspre- chende Verfahrensweise gezeigt ist und in Fig.2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Wie in Fig.1 und 2 mit durchgezogenen, gestrichelten und strichpunktierten Linien angedeutet ist, ist die Filtermatte 1 aus mehreren Einzellagen von Filtermedien aufgebaut, wobei es sich um einen metallfreien Aufbau handelt, worauf unten noch eingegangen wird. Bei der gegenläufigen Bewegung der Faltmesser 3 bilden diese beim Angriff an der Filtermatte 1 jeweils einen Faltengrund 5 mit dazu gegenüberliegendem Faltenrücken 7, während die Filtermatte 1 in der mit Pfeil 9 angedeuteten Vorschubrichtung bewegt wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfüllt jedes Faltmesser 3, siehe Fig.2, die Funktion einer Sonotrode 1 1 und bewegt bei der in der in den Figuren gezeigten Faltposition den gebildeten Faltenrücken 7 an Gegenelement 1 3 in Forme eines Ambosses. Durch die zwischen Sonotrode 1 1 und Amboss 1 3 wirksame, die Filtermatte 1 zwischen Faltengrund 5 und Faltenrücken 7 durchdringende Ultraschallenergie wird zwischen Faltengrund 5 und Faltenrücken 7 eine Schweißverbindung 1 5 durch Verschmelzen der Filtermatten lagen gebildet. Dadurch, dass so die Einzellagen miteinander verbunden werden, ist die Struktur der so„verschweißten" Filtermatte wesentlich versteift. Relativbewegungen der Einzellagen unterei- nander sind stark gehemmt. Durch die so erreichte Stabilisierung der Fal- tengeometrie ist das Filtermaterial gegenüber Strömungsbelastungen beim Filtrationsbetrieb widerstandsfähig.

Zu einem Hohlzylinder 1 7 geformt, wie er in Fig.3 dargestellt ist, lässt sich das Filtermaterial mit Vorteil bei Filterelementen in der Art von Filterpatronen einsetzen. Hierbei kann der Hohlzylinder 1 7, wie bei derartigen Filterelementen üblich, ein in seinem Innenraum 19 befindliches Stützrohr umgeben, das wie die übrigen Bestandteile eines derartigen Filterelements in Fig.3 nicht dargestellt ist, da diese Bauelemente dem Stand der Technik entsprechen können. Dank der erfindungsgemäßen„Verschweißung" zwischen Faltengrund 5 und Faltenrücken 7 zeichnen sich derartige Filterelemente im Betrieb durch eine verbesserte Beta-Wert Stabilität aus.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Sono- troden 1 1 so getaktet werden, dass bei jedem Faltvorgang der Schweißvorgang stattfindet, so dass sämtliche aufeinanderfolgenden Falten der Filtermatte 1 zwischen Faltengrund 5 und Faltenrücken 7 verschweißt werden. Ebenso kann durch entsprechende Taktung ein Schweißvorgang an gewünschten Falten unterbleiben. Vorzugsweise sind die Sonotroden 1 1 und der jeweilige Amboss 13 leistenartig ausgebildet, so dass die Schweißverbindungen 1 5 über Teile der axialen Länge L (Fig. 3) durchgehend gebildet werden, vorzugsweise über die gesamte Länge L oder einen Großteil derselben. Alternativ könnten in ausgewählten, voneinander getrennten Längenbereichen die Schweißverbindungen 15 gebildet werden.

Wie bereits erwähnt, ist die Filtermatte 1 mehrlagig aufgebaut, wobei in Abfolge beispielsweise ein Stützgitter, ein Vliesmaterial, ein Fasermaterial, ein Vliesmaterial und ein Stützgitter vorgesehen sein können. In besonders vorteilhafter Weise kann es sich bei einer Fasermateriallage um eine Einzel- läge 21 handeln, deren Struktur in Fig.4 in der Art einer Rasterelektronen- Mikroskopieaufnahme dargestellt ist. Die Lage 21 besteht im Wesentlichen aus einem Verbund von chaotisch übereinandergelegten Glasfasern 23 und Kohlenstoff-Fasern 25. Die Glasfasern 23 und die Kohlenstoff-Fasern 25 sind sowohl in Bezug auf ihren Längsachsenverlauf in paral lelen Ebenen zueinander, als auch in zu der Bildebene in Fig.1 winkeligem Verlauf ange- ordnet. Der Antei l an Kohlenstoff-Fasern 25 in dem Verbund ist dabei geringer als der Antei l an G lasfasern 23. Die Glasfasern 23 sind aus einem mineral ischen Glas, aus Borosil ikat-Glas, gebildet. Der Verbund weist ferner zusätzliche Antei le an Schmelzfasern 27 aus Kunststoff auf, insbesondere aus Polyethylen, Polyamid und Polypropylen. Die Schmelzfasern 27 sind, wie gezeigt, insbesondere als Bindeglieder zwischen den Glasfasern 23 und Kohlenstoff-Fasern 25 in dem Material eingesetzt. Zu diesem Zweck sind die Schmelzfasern 27 so angeordnet, dass sie die Glasfasern 23 und die Kohlenstoff-Fasern 25 an jewei ls mehreren Stellen umschl ingen oder umfassen und, sich über einen Tiefenbereich des Materials erstreckend, Bindegl ieder in jeder Raumrichtung des Materials bilden. Die Verbindung der Schmelzfasern 27 mit den G lasfasern 23 und den Kohlenstoff-Fasern 25 wird durch Zusatzstoffe 29, wie flüssiges und auspolymerisierendes Acry- latharz oder Epoxydharz oder auch ein geeignetes polymerisierendes Elastomer, die in die chaotische Matrix eingegeben werden, verbessert. Ein Vorteil, der durch einen derartigen Verbund mit Kohlenstoff-Fasern erwächst, besteht darin, dass beim Durchströmen des Fi ltermaterials vorzugsweise keine Ladungstrennung, also auch keine elektrostatischen Potentiale entstehen. Sofern ein das Filtermaterial anströmendes Medium bereits Potentialunterschiede aufweist, sind die Kohlenstoff-Fasern 25 in der Lage, aufgrund ihrer räumlichen Anordnung in dem Material eine kontinuierl iche Ableitstrecke, insbesondere eine Mehrzahl an Ableitstrecken für elektrostatische Ladungen zu bilden. Die Vermeidung elektrostatischer Aufladungen vermeidet die Gefahr, dass es zu einer erhöhten Alterung bei Hydrauliköl und zu ungewol lten Entladungen, die das Fi ltermaterial schädigen können, kommt.