DE19606718A1 - Mehrlagige Filtertüte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige Filtertüte mit einem Filterbeutel und einer Halteplatte für insbesonde­ re einen Staubsauger, mit einer ersten inneren Lage und einer zweiten äußeren Lage, wobei die erste Lage als Feinfaservlies ausgebildet ist.

Derartige Filtertüten sind bekannt und werden insbeson­ dere in Staubsaugern eingesetzt. Diese mehrstufigen Filtersysteme sind hierbei so ausgebildet, daß die Trenngrenze, d. h. der aerodynamische Durchmesser eines Teilchens, insbesondere Schmutzteilchens, das mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% abgeschieden wird, zumeist stetig von einer zur nachfolgenden Filterstufe - in Durchströmrichtung betrachtet - abnimmt. Hierdurch werden zunächst die größten und dann immer kleinere Staubpartikel abgeschieden. Eine derartige mehrlagige Filtertüte ist bspw. in der DE-PS 38 12 849 ausführlich beschrieben. Hier wird einer ersten inneren Lage, welche aus einem Feinfaservlies besteht, eine zweite äußere Lage in Form einer Filterpapier-Außenlage nachge­ schaltet. Im Sinne der immer kleiner werdenden Trenn­ grenzen hintereinandergeschalteter Systeme bzw. Filter­ lagen ist dies ein Widerspruch. Papier, zumindest die Varianten, die für Staubsaugertüten eingesetzt werden, weist eine größere Trenngrenze als Feinfaservliese auf. Somit ist bei dieser Ausbildung einem hochwerti­ gen Filter mit einer kleinen Trenngrenze (Feinfaser­ vlies) ein niederwertiges Filter mit einer größeren Trenngrenze (Filterpapier-Außenlage) nachgeschaltet. Filtert die hochwertige Lage effektiv bereits sehr kleine Partikel, so ist ein nachgeschaltetes, gegenüber diesen kleinen Partikeln nicht so effektives Medium, bezogen auf die Abscheideleistung des Gesamtsystems, nahezu wirkungslos. Lediglich in der Funktion einer mechanischen Abstützung kann das Papier positiv zur Gesamtleistung des mehrlagigen Systems beitragen.

Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, eine gattungsgemäße mehrlagige Filtertüte anzugeben, welche Filtertüte bei ausreichender mechani­ scher Festigkeit hinsichtlich des Lagenaufbaus verbes­ sert ist.

Diese Problematik ist zunächst und im wesentlichen beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abge­ stellt ist, daß die zweite Lage eine höhere Luftdurch­ lässigkeit aufweist als die erste Lage und daß die zweite Lage aus einer zur Aufnahme von mechanischen Beanspruchungen stabilisierten Kunststoff-Wirrfaser-An­ ordnung gebildet ist. In der im Stand der Technik beschriebenen Ausgestaltung ist als zweite äußere Lage ein Filterpapier eingesetzt, dessen Abscheideleistung, bezogen auf das Gesamtsystem, nahezu wirkungslos ist. Wie bereits erwähnt, kann dieses Papier lediglich in der Funktion einer mechanischen Abstützung zur Gesamt­ leistung des mehrlagigen Systems beitragen. Als eine Stützlage existieren jedoch wesentlich geeignetere Materialien als Papier. Geeigneter bedeutet in diesem Zusammenhang, daß diese Materialien bei einer vergleich­ baren mechanischen Festigkeit (Stützmöglichkeit) eine wesentlich höhere Luftdurchlässigkeit besitzen bzw. bei einer vergleichbaren Luftdurchlässigkeit eine wesent­ lich höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Erfin­ dungsgemäß ist die zweite Lage aus einer Kunststoff- Wirrfaser-Anordnung gebildet, welche eine höhere Luft­ durchlässigkeit gegenüber der ersten Lage aufweist. Die zweite Lage dient erfindungsgemäß als reine Stützla­ ge, womit bei einem derartigen System die einzelnen Lagen auf ihre Primärfunktion, wie effektive Filtration und Stützfunktion, hin optimiert werden, ohne daß sich dadurch negative Sekundäreffekte für das Gesamtsystem ergeben. In der zitierten DE-PS 38 12 849 werden in verschiedenen Beispielen zwei oder mehrlagige Filterkom­ binationen angegeben, zu welchen tabellarisch verschie­ dene Spezifikationen der Filtermaterialien aufgeführt sind. Hier ist im wesentlichen zu erkennen, daß die zweite äußere Lage, welche hier als Papieraußenlage gebildet ist, stets eine geringere Luftdurchlässigkeit aufweist als die dieser Lage vorgeschaltete erste Lage, welche als Feinfaservlies, wie z. B. ein Melt-Blown- Vlies, Microglasfaservlies oder Microglasfaserpapiere, ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße erste Lage ist bevorzugt als ein elektrostatisch aufgeladenes Melt- Blown-Vlies gebildet. Die Luftdurchlässigkeit der Papieraußenlage beträgt in den aufgeführten Beispielen 310-350 l/m² × s, wobei demgegenüber das Feinfaservlies eine Luftdurchlässigkeit von 440-2.000 l/m² × s auf­ weist. Die erfindungsgemäße äußere Lage hingegen be­ sitzt eine höhere Luftdurchlässigkeit als das vorge­ schaltete Feinfaservlies. In einer bevorzugten Ausbil­ dung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß die zweite Lage ein Spun-Bond-Vlies ist. Dieses nach dem Spun-Bond-Verfahren hergestellte, hochporöses Spinn­ vlies weist gute Stützeigenschaften auf und schützt zudem die erste, die Filtration übernehmende Lage vor mechanischen Beanspruchungen. In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß in Strömungsrichtung vor der ersten Lage eine dritte Lage angeordnet ist und daß die dritte Lage eine geringere Luftdurchlässigkeit als die zweite Lage und eine höhere Luftdurchlässigkeit als die erste Lage aufweist. Be­ dingt durch diese Ausgestaltung ist die erste Lage, welche bspw. ein Melt-Blown-Vlies, ein Microglasfaser­ vlies, eine poröse Kunststoffmembrane oder ähnliches sein kann, zwischen die erste und dritte Lage gefaßt, wobei die erste und dritte Lage die Filtration und die zweite Lage die mechanische Abstützung der Filtertüte zur Aufgabe haben. Es ist somit ein Filtersystem gege­ ben, bei welchem für die Lagen, die zur Partikelabschei­ dung des Gesamtsystems beitragen sollen (erste und dritte Lage) die Trenngrenze in Durchströmrichtung monoton oder streng monoton abnimmt, wobei die benötig­ te mechanische Festigkeit durch eine Außenlage (zweite Lage) erreicht wird, die eine höhere Luftdurchlässig­ keit aufweist als die zwei vorgeschalteten Filterla­ gen. Es ist somit eine Medienkombination für Filtertü­ ten geschaffen, welche zumindest aus drei Lagen be­ steht, wobei die Außenlage als reines Stützmedium ausge­ bildet ist und die Trenngrenze der vorgeschalteten Filterlagen in Durchströmungsrichtung abnimmt. Hierzu wird weiter vorgeschlagen, daß die dritte Lage aus einem Papierwerkstoff besteht. Hierbei kann es sich bevorzugt um Filterpapiere mit einer hohen Staubspei­ cherfähigkeit handeln. In einer vorteilhaften Weiter­ bildung ist vorgesehen, daß eine vierte Lage als inner­ ste Lage ausgebildet ist. Letztere wird in einer bevor­ zugten Ausführungsform derart ausgebildet, daß die vierte Lage eine geringere Luftdurchlässigkeit als die zweite Lage und eine höhere Luftdurchlässigkeit als die dritte und erste Lage aufweist. Auch hier ist der Grundsatz der monotonen oder streng monotonen Abnahme der Trenngrenzen in den einzelnen Filterlagen gegeben. Bevorzugt wird hierbei eine Ausgestaltung, bei welcher die vierte Lage als ein Papiervlies ausgebildet ist. Letzteres weist eine sehr hohe Luftdurchlässigkeit und eine geringe Abscheideleistung auf. Dieses Papiervlies dient zum einen der Rückhaltung von Grobschmutz und zum anderen zur Verhinderung des Aufbaues eines Filterku­ chens auf der nachgeschalteten dritten Filterlage. Wie bereits erwähnt, nimmt die Trenngrenze, d. h. der aero­ dynamische Durchmesser eines Teilchens stetig von einer zur nachfolgenden Filterstufe - in Durchströmungsrich­ tung betrachtet - ab. Hierdurch werden zunächst die größten und dann immer kleinere Staubpartikel abgeschie­ den. Da die jeweils kleineren Partikel ein für größere Partikel ausgelegtes Filter nahezu ungestört passieren können, kann das Filter für die größeren Partikel opti­ mal ausgelegt werden, ohne auf die nächst kleineren Partikel, die nicht abgefiltert werden müssen, Rück­ sicht nehmen zu müssen. Dies gilt sukzessive für jede der hintereinandergeschalteten Filterstufen. Darüber hinaus läßt sich durch diese Technik verhindern, daß Filter mit sehr feinen Strukturen, wie sie zur Abfilte­ rung entsprechend kleiner Partikel benötigt werden, von wenigen größeren Partikeln verstopft werden. Die zwei­ te äußere Lage ist als reine Stützlage ausgebildet und besitzt keinerlei Filterfunktionen. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine eindeutige und näherungsweise auf nachgeschaltete Lagen rückwirkungs­ freie Zuweisung einer Primärfunktion für die einzelnen Lagen und dadurch freie optimierungsmöglichkeit auf eben diese Primärfunktion aus. Weiter resultiert aus dieser Optimierungsmöglichkeit eine geringe Verstop­ fungsneigung bzw. eine höhere Staubspeicherfähigkeit im Vergleich zu Lösungen, die gemäß der eingangs erwähnten DE-PS 38 12 849 aufgebaut sind und die eine im Rahmen der Meßbarkeit gleiche Abscheideleistung aufweisen. Aus dieser Optimierungsmöglichkeit resultiert weiter eine höhere Abscheideleistung im Vergleich zu Lösungen, die gemäß dem im Stand der Technik angegebenen Patent aufgebaut sind und die eine im Rahmen der Meßbarkeit gleiche Verstopfungsneigung oder gleiche Staubspeicher­ fähigkeit aufweisen. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die erfindungsgemäße Filtertüte eine gerin­ gere Verstopfungsneigung aufweist. Dies bedeutet im Beispiel des Anwendungsfalles Staubsauger, daß die Saugleistung nach dem Aufsaugen einer Staubmenge einen höheren Wert besitzt, das Gerät demnach - bezogen auf die Reinigungswirkung - länger leistungsfähig bleibt. Eine höhere Abscheideleistung bedeutet bspw. im Anwen­ dungsfall Staubsauger, daß die Staubkonzentration in der aus der Tüte ausströmenden Luft geringer ist. Um eine bestimmte Staubemission des Gesamtgerätes nicht zu überschreiten, werden also im Vergleich weniger lei­ stungsfähige nachgeschaltete Filterelemente benötigt. Werden unveränderte nachgeschaltete Filterelemente verwendet, so verringert sich im Vergleich die Staub­ emission des Gesamtgerätes.

Nachstehend ist die Erfindung desweiteren anhand der beigefügten Zeichnung, die jedoch lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellt, erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße mehrlagige Filtertüte mit einem Filterbeutel und einer Halteplatte für einen Staubsauger;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnit­ tes durch den Filterbeutel zur Darstellung der verschiedenen hintereinandergeschalteten Lagen.

Dargestellt und beschrieben ist eine Filtertüte 1, welche einen Filterbeutel 2 aufweist, die wiederum unterseitig an einer Halteplatte 3 angeordnet ist. Die Halteplatte 3 besitzt eine Öffnung 4 zum Durchtritt eines Saugstutzens oder dergleichen in die Filtertüte 1.

Der die aufgesaugten Schmutz- und Staubpartikel ablei­ tende Luftstrom L tritt durch die Öffnung 4 der Halte­ platte 3 in die Filtertüte 1 ein und verläßt diese unter Ausfilterung der Partikel durch die Wandung des Filterbeutels 2.

In Fig. 2 ist im Querschnitt der schichtweise Aufbau der mehrlagigen Filtertüte 1 bzw. des Filterbeutels 2 schematisch dargestellt. Es ist zu erkennen, daß in Luftströmrichtung L vier Lagen A bis D hintereinanderge­ schaltet sind.

Zunächst ist eine erste Lage A, welches als Feinfaser­ vlies ausgebildet ist, zu erkennen, welcher Lage A in Strömungsrichtung L eine zweite Lage B aus einer Kunst­ stoff-Wirrfaser-Anordnung nachgeschaltet ist. Diese zweite Lage B ist die Außenlage und ist als reines Stützmedium ausgebildet. Weiter weist diese Lage B eine höhere Luftdurchlässigkeit auf als die erste Lage A. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen die zweite Lage bzw. die Außenlage B im Spun-Bond-Ver­ fahren herzustellen, zur Bildung eines Spinnvlieses.

Die erste Lage A besteht aus einem Feinfaservlies. Bevorzugt wird hier ein elektrostatisch aufgeladenes Melt-Blown-Vlies. Es kann sich jedoch auch um ein Microglasfaservlies, eine poröse Kunststoffmembran oder ähnliches handeln. Diese erste Lage A hat Filtrierei­ genschaften und weist demnach eine geringere Luftdurch­ lässigkeit als die dieser nachgeschalteten zweiten Lage B.

Weiter ist in Strömungsrichtung L vor der ersten Lage A eine dritte Lage C angeordnet. Letztere besteht aus einem Papierwerkstoff, wobei hierbei insbesondere Fil­ terpapiere mit einer hohen Staubspeicherfähigkeit Anwen­ dung finden. Diese dritte Lage C ist ebenfalls eine Filterlage, welche eine geringere Luftdurchlässigkeit als die zweite Lage B bzw. Außenlage und eine höhere Luftdurchlässigkeit als die erste Lage A aufweist.

Dieser dritten Lage C ist in Strömungsrichtung L eine vierte Lage D als innerste Lage vorgeschaltet. Hierbei handelt es sich um ein Papiervlies mit sehr hoher Luft­ durchlässigkeit und geringer Abscheideleistung. Diese Lage D dient zum einen der Rückhaltung von Grobschmutz und zum anderen zur Verhinderung des Aufbaues eines Filterkuchens auf der nachgeschalteten Filterlage C. Die vierte, innerste Lage D weist eine geringere Luft­ durchlässigkeit als die zweite, äußere Lage B auf, jedoch eine höhere Luftdurchlässigkeit als die nachge­ schalteten Filterlagen C und A.

Bedingt durch diese Ausgestaltung ist ein mehrlagiges Filtersystem gegeben, bei dem für die Lagen, die zur Partikelabscheidung des Gesamtsystems beitragen sollen (Lagen A, C, D), die Trenngrenze in Durchströmungsrich­ tung L monoton oder streng monoton abnimmt, wobei die benötigte mechanische Festigkeit durch die Außenlage B (letzte Lage in Durchströmungsrichtung L) erreicht wird, die eine höhere Luftdurchlässigkeit aufweist als alle vorgeschalteten Filterlagen. Bei diesem System können die einzelnen Lagen auf ihre Primärfunktion (effektive Filtration bis zur Trenngrenze x, Stützfunk­ tion usw.) hin optimiert werden, ohne daß sich dadurch negative Sekundäreffekte für das Gesamtsystem ergeben.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (7)

1. Mehrlagige Filtertüte (1) mit einem Filterbeutel (2) und einer Halteplatte (3) für insbesondere einen Staub­ sauger, mit einer ersten inneren Lage (A) und einer zweiten äußeren Lage (B), wobei die erste Lage (A) als Feinfaservlies ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lage (B) eine höhere Luftdurchlässigkeit aufweist als die erste Lage (A) und daß die zweite Lage (B) aus einer zur Aufnahme von mechanischen Beanspru­ chungen stabilisierten Kunststoff-Wirrfaser-Anordnung gebildet ist.

2. Filtertüte nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lage (B) ein Spun-Bond-Vlies ist.

3. Filtertüte nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Strömungsrichtung (L) vor der ersten Lage (A) eine dritte Lage (C) angeordnet ist und daß die dritte Lage (C) eine geringere Luftdurchlässigkeit als die zweite Lage (B) und eine höhere Luftdurchlässig­ keit als die erste Lage (A) aufweist.

4. Filtertüte nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dritte Lage (C) aus einem Papierwerk­ stoff besteht.

5. Filtertüte nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine vierte Lage (D) als innerste Lage ausgebildet ist.

6. Filtertüte nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vierte Lage (D) eine geringere Luft­ durchlässigkeit als die zweite Lage (B) und eine höhere Luftdurchlässigkeit als die dritte (C) und erste Lage (A) aufweist.

7. Filtertüte nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vierte Lage (D) als ein Papiervlies ausgebildet ist.