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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung betrifft einen Staubfilterbeutel mit einerSchaumstofflage sowie dessen Herstellung. Der erfindungsgemäße Staubfilterbeutelumfasst eine Schaumstofflage mit einer Luftdurchlässigkeit(DIN 53887) von 500 bis 10000 l/m2s bei2 mbar Druck, einer Raumdichte (ISO 845) von 15 bis 90 kg/m3 und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm sowieeine auf deren Abströmseite angeordneteFilterlage mit einem Abscheidegrad (DIN 44956-2) von mindestens80%. Die erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelweisen einen hohen Abscheidegrad für Staub, einen geringen Luftwiderstandsowie auch eine hohe Standzeit auf.
    公开号:DE102004020555A1
    申请号:DE200410020555
    申请日:2004-04-27
    公开日:2005-11-24
    发明作者:Dietmar Emig；Albrecht Klimmek；Ernst Raabe
    申请人:Neenah Gessner GmbH；
    IPC主号:A47L9-14
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Staubfilterbeutel mit einer Schaumstofflage,sowie dessen Herstellung.
    [0002] DieAnforderungen, die an die Filtereigenschaften von Staubfilterbeutelngestellt werden, sind vielfältig undzum Teil auch gegenläufig.Hier ist zunächstein hoher Abscheidegrad fürStäubemit unterschiedlichsten Partikelgrößen, einschließlich Feinstäuben zunennen. Insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Zahl von Allergikernwird fürmoderne Staubfilterbeutel verlangt, dass sie auch feinste Stäube miteiner Partikelgröße deutlichunter 1 μmzurückhaltenkönnen.Hier lassen sich beispielsweise Milbenkotstaub und Tabakstaub nennen.Daneben wird ein geringer Luftwiderstand gefordert, um eine hoheSaugleistung des Geräts,beispielsweise des Staubsaugers, in den der Staubfilterbeutel eingebautist, zu erreichen. Von herausragender Bedeutung für den Bedienungskomfortist darüberhinaus, die Standzeit der Staubfilterbeutel zu erhöhen. Damitsoll sicher gestellt werden, dass eine hohe Saugleistung ohne Verstopfungsneigung über einenmöglichstlangen Zeitraum aufrecht erhalten wird, so dass der Beutel seltengewechselt werden muss. Der Wechsel des Staubfilterbeutels wirdvom Benutzer üblicherweiseals unhygienisch empfunden und folglich besteht Bedarf, die Häufigkeitdes Wechsels so weit wie möglichzu erniedrigen. Sollte es doch einmal zur Verstopfung kommen, muss schließlich diemechanische Stabilitätdes Staubfilterbeutels derart hoch sein, dass der Beutel nicht platzt oderaufreißt.Im Stand der Technik sind bereits Staubfilterbeutel beschrieben,mit denen sich ein hoher Abscheidegrad für Stäube erzielen lässt.
    [0003] Sobeschreibt die EP-B-0 338 479 einen Staubfilterbeutel mit einemFeinfaservlies, das auf der Anströmseite einer Filterpapieraußenlageangeordnet ist. Bei dem Feinfaservlies kann es sich um ein Meltblown-Vlieshandeln. Ferner kann das Feinfaservlies der EP-B-0 338 479 durchein Stützelement,beispielsweise ein porösesVlies aus Zellstoff, Synthesefasern oder Mischungen davon, verstärkt sein.
    [0004] Die DE 199 19 809 beschreibtStaubfilterbeutel, die eine Nanofaservlieslage mit einem durchschnittlichenDurchmesser der Fasern von 10 bis 1.000 nm enthalten. Diese Staubfilterbeutelumfassen mindestens eine Trägermateriallage,beispielsweise aus Filterpapier oder einem Spinnvlies. Diese Staubfilterbeutelmit Nanofaservlieslage könnenferner ein Stützelemententhalten. Dabei kann es sich um ein Vlies, insbesondere ein trockengelegtesVlies, ein nassgelegtes Vlies, ein Spinnvlies oder ein Meltblown-Vlieshandeln.
    [0005] DieEP-A-0 375 234 betrifft Wegwerffiltermaterial, insbesondere für Staubsauger,das eine Verbundstruktur aus einer porösen Schicht eines Non-Wovensmit einer Luftdurchlässigkeitvon 300 m3/min/m2 undeiner Schicht aus elektrethaltigen Mikrofasern, bei denen es sichum Meltblown-Mikrofasernhandeln kann, umfasst.
    [0006] Auchdie US 4,589,894 betrifftWegwerffilter fürStaubsauger, in denen eine erste äußere Trägerschicht, eine innere Filterschichtund eine zweite äußere Trägerschichtnebeneinander angeordnet sind. Die innere Filterschicht ist eineMikrofaserschicht, beispielsweise aus Meltblown-Fasern.
    [0007] Diebeiden Trägerschichtenbestehen aus hoch porösemGewebe aus synthetischen Fasern.
    [0008] Diegegenüberden zuvor beschriebenen Filteranordnungen des Standes der Technikzu lösendeAufgabe besteht darin, bezüglichder Standzeit weiter verbesserte Staubfilterbeutel bereitzustellen,so dass der Staubfilterbeutel beim Betrieb seltener gewechselt werdenmuss.
    [0009] DerErfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Staubfilterbeutelzur Verfügungzu stellen, der nicht nur einen hohen Abscheidegrad für Staubund einen geringen Luftwiderstand, sondern auch eine hohe Standzeitbesitzt, so dass eine hohe Gerätesaugleistungauch bei zunehmender Beutelbefüllungweitgehend erhalten bleibt.
    [0010] DieAufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durcheinen Staubfilterbeutel mit einer Schaumstofflage, die bei einerDicke von 0,5 bis 3 mm eine Luftdurchlässigkeit (DIN 53887) von 500bis 10.000 l/m2s bei 2 mbar Druck und eineRaumdichte von 15 bis 90 kg/m3 besitzt,der abströmseitigeine Filterlage nachgeschaltet ist. Bevorzugte Ausführungsformendes erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelssind Gegenstand der Unteransprüche.
    [0011] ImGebiet der Staubsauger wurden Schaumstofflagen bisher in Filteranordnungeneingesetzt (EP-B-1 239 760, DE-OS-1 453 089, US 5,230,722 , WO 99/34722, GB 2 246 717 A ,WO 93/19659, DE-OS 26 01 037 ). Dortkommen generell dicke Schaumstofflagen zum Einsatz. Solche Schaumstofflagenwurden in Staubfilterbeuteln bisher noch nicht verwendet, da beider Beutelfertigung die Steifheit des Schaums Probleme bereitete.
    [0012] DieErfinder haben unerwarteterweise gefunden, dass geeignete Schaumstofflagengeringer Dicke flexibel genug sind, um daraus Beutel herzustellen.Daher ist die Dicke der Schaumstofflage 0,5 bis 3 mm. Die Luftdurchlässigkeitbei 2 mbar Druck liegt im Bereich von 500 bis 10.000 l/m2s und die Raumdichte der Schaumstofflageist 15 bis 90 kg/m3. Ferner zeigte sich überraschenderweise,dass eine solche Schaumstofflage im Verbund mit der erfindungsgemäßen Filterlagemit einem Abscheidegrad von mindestens 80 % die zuvor formulierteAufgabe lösenkann.
    [0013] DieFigur zeigt einen Graphen, in dem die Saugleistung eines Staubsaugers,der mit erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelnund Staubfilterbeuteln des Standes der Technik ausgerüstet ist,in Abhängigkeitvon der Menge des beaufschlagten Teststaubs gezeigt wird.
    [0014] Diein dieser Anmeldung genannten Werte der Dicke der Schaumstofflagewurden mit Hilfe einer Schieblehre bestimmt. Zur Bestimmung derDicke der anderen Lagen kam das Messverfahren der DIN 53105 zumEinsatz, bei dem mit einem Auflagendruck von 0,1 bar und einer Fläche von2 cm2 gearbeitet wird. Bei der Dickenbestimmunggemäß DIN 53105wird folglich die untersuchte Lage komprimiert. Da diese Kompression beiden erfindungsgemäßen Schaumstofflagenbeträchtlichwäre undsomit die nach DIN 53105 erhaltenen Werte die tatsächlicheDicke nicht direkt wiedergeben würden,wurde die Dicke der Schaumstofflage mit Hilfe einer Schieblehrebestimmt. Wenn die DIN 53105 in der vorliegenden Anmeldung zur Dickenbestimmungverwendet wurde, ist dies ausdrücklichangegeben. Die Luftdurchlässigkeitder Lagen des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelswurde gemäß DIN 53887,die Raumdichte gemäß ISO 845,das Flächengewichtgemäß ISO 536und der Bruchwiderstand gemäß DIN 53112bestimmt, wenn nicht anders angegeben.
    [0015] DerAbscheidegrad wurde nach DIN 44956-2 bestimmt.
    [0016] DieMessmethodik nach DIN 44956-2 erlaubt eine Aussage über dasGesamtrückhaltevermögen des Teststaubsmit Partikeln von 0 bis 80 μm.Die DIN 44956-2 beruht auf der gravimetrischen Erfassung des Gewichtsder Partikel. Aufgrund ihres geringen Gewichts gehen kleine Partikelbei der Bestimmung des Abscheidegrads nach DIN 44956-2 nur untergeordnetin das Messergebnis ein. Folglich sind zur Bestimmung des Abscheidegradesfür Feinstäube Messverfahrenbesser geeignet, die mit dem Prinzip der Partikelzählung arbeiten.Dabei werden auch Feinpartikel einzeln erfasst. Ein Hersteller vonPrüfapparaturenzur Bestimmung des Abscheidegrads für Feinstäube auf Basis des Prinzipsder Partikelzählungist die Firma Palas.
    [0017] ImHinblick auf die Verarbeitbarkeit zum Beutel ist die Dicke der Schaumstofflagevorzugsweise 0,8 bis 2 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5 mm. Die Raumdichte des Schaums ist vorzugsweise 15 bis50 kg/m3, besonders bevorzugt 20 bis 35kg/m3. Die Wirkung der Schaumstofflage aufdie Verbesserung der Standzeit des Filters ist besonders gut beieiner Luftdurchlässigkeitder Schaumstofflage von 500 bis 5000 l/m2s,insbesondere bei einer Luftdurchlässigkeit von 750 bis 3.000l/m2s.
    [0018] Dieerfindungsgemäß verwendetenSchaumstofflagen mit dem zuvor genannten Raumgewichten und Dickenhaben ein Flächengewichtim Bereich von 7,5 bis 270 g/m2.
    [0019] AlsMaterial der Schaumstofflage kommt beispielsweise Polyether- oderPolyesterschaum in Frage. Vorteilhaft handelt es sich um flexibleSchaumstoffe. Vorzugsweise handelt es sich um Polyether-Polyurethan oderPolyester-Polyurethan. Die Raumdichte von Polyether-Polyurethanliegt typischerweise zwischen 20 und 90 kg/m3,diejenige von Polyester-Polyurethan zwischen 20 und 75 kg/m3.
    [0020] Vorzugsweiseweisen die als Schaumstofflage zum Einsatz kommenden Polyether-oder Polyester-Polyurethane eine Poren- d.h. Blasengröße von 150 bis 900 μm und eineStegdicke von 50 bis 90 μmauf.
    [0021] DieFilterlage qualifiziert sich als eine solche aufgrund ihres Abscheidegradesvon mindestens 80 %. Vorzugsweise ist der Abscheidegrad mindestens85 %, mehr bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens95 % und insbesondere 99 % und darüber.
    [0022] DieFilterlage ist hinsichtlich ihres Materials nicht besonders beschränkt, solangesie einen solchen Abscheidegrad besitzt.
    [0023] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformist die Filterlage jedoch ausgewähltaus einer Meltblown-Lage, einer Nanofaservlieslage, einer Filterpapierlage,einem Nadelfilz, einer Membran aus Polytetrafluorethylen (PTFE-Membran)oder reibungselektrischen Filtermedien.
    [0024] DieMeltblown-Lage kann aus einem thermoplastischen Material, vorzugsweiseaus Polyolefin, Polyamid, Polyester oder Copolymeren davon, aufgebautsein.
    [0025] DieMeltblown-Lage besitzt vorzugsweise ein Flächengewicht von 10 bis 80 g/m2, besonders bevorzugt im Bereich von 25bis 50 g/m2, insbesondere im Bereich von30 bis 45 g/m2. Um eine gute Staubabscheidung,insbesondere fürFeinstaub zu erzielen, ist es günstig,wenn die Meltblown-Lage eine Dicke (DIN 53105) von 0,10 bis 4 mm,vorzugsweise 0,18 bis 3 mm, aufweist. Um eine hohe Saugleistungdes Staubsauges gewährleistenzu können,besitzt die Meltblown-Lage vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit(ISO 9237) von 100 bis 2.000 l/m2s, mehrbevorzugt 200 bis 1500 l/m2s, besondersbevorzugt von 250 bis 600 l/m2s bei 2 mbar Druck.Besteht der Staubfilterbeutel nur aus Schaumstofflage und Filterlage, bzw.umfasst der Staubfilterbeutel zusätzlich zu diesen beiden Lagenweitere sehr poröseLagen, z.B. Vliesstoffe, wird der Fachmann vorteilhaft eine Luftdurchlässigkeitder Meltblown-Lage im unteren Bereich der genannten Luftdurchlässigkeiten,vorzugweise von 100 bis 500 l/m2s wählen. DerPorendurchmesser der Meltblown-Lage beträgt vorzugsweise 15 bis 60 μm, besondersbevorzugt 30 bis 40 μmund der durchschnittliche Faserdurchmesser liegt vorzugsweise zwischen0,5 und 18 μm,besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 μm. Aus Stabilitätsgründen istder Bruchwiderstand der Meltblown-Lage in der Längsrichtung 2 bis 12 N/15 mmStreifenbreite und in der Querrichtung 1 bis 10 N/15 mm Streifenbreite.
    [0026] DerAbscheidegrad der Meltblown-Lage liegt im allgemeinen im Bereichvon 80 bis überetwa 99 %. Der Abscheidegrad der verwendeten Meltblown-Lagen liegtnach dem Palas-Verfahren für1 μm große Partikel zwischen70 und 100 %. Diese Messwerte wurden unter den folgenden Messbedingungengefunden: • Anströmgeschwindigkeit: 25cm/s • Staubbeladung: 200mg/m3• Prüffläche: 100cm2• Teststaub: SAEfine
    [0027] DieMeltblown-Lage ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer permanentenelektrostatischen Ladung versehen, um eine noch bessere Staubabscheidungvon Feinpartikeln zu erreichen. Neben der rein mechanischen Filtrationwirkt hier zusätzlicheeine elektrische Filtration, bedingt durch eine elektrostatischeAnziehung von Filtermaterial und entgegengesetzt geladenen Staubteilchen.Dabei tragen die Fasern des Vlieses vorzugsweise bipolare Ladungen.Die elektrostatische Aufladung lässtsich erreichen, indem man die Filtermaterialien bei der Vliesherstellungeinem elektrischen Feld aussetzt. Die dabei eingesetzten Verfahren sindin der Literatur beschrieben, siehe z.B. Martin Davis, ElectrostaticMelt Spinning Process Delivers Unique Properties, Non-Wovens World,September 1987, Seiten 51-54, oder Troulihet, Y.; Moosmayer, P.;New Method of Manufacturing Non-Wovens by Electrostatic Laying,vorgetragen auf Index 81 Kongress.
    [0028] DieMeltblown-Lage kann mit einem Schmelzblasverfahren (z.B. Exxon-Verfahren)hergestellt werden. Dabei wird das Fasermaterial geschmolzen, extrudiert,beim Austritt aus der Extrudierdüsemit heißerLuft verwirbelt, auf eine Auffangstation geblasen, auf einem Siebabgelegt und schließlichabgenommen. In Folge des Herstellungsverfahrens besteht die Meltblown-Lageim allgemeinen aus langen, feinen Fasern mit einheitlichem Durchmesser.
    [0029] DieMeltblown-Lage kann alternativ direkt auf der Schaumstofflage abgelegtwerden, sowie auf der Trägerlage,die in einer bevorzugten Ausführungsformdes Staubfilterbeutels vorgesehen und weiter unten erläutert wird.
    [0030] WeitereDetails zu verwendbaren Meltblown-Lagen sind der bereits zitiertenEP-B-0 338 479 zu entnehmen.
    [0031] DieNanofaservlieslage weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Faserdurchmesservon 10 bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 50 bis 500 nm auf.Ihr Flächengewichtist vorzugsweise 0,05 bis 5 g/m2, mehr bevorzugt0,05 bis 2 g/m2, besonders bevorzugt 0,1bis 1 g/m2. Die Luftdurchlässigkeitist vorzugsweise 500 bis 20.000 l/m2s, besondersbevorzugt 2.000 bis 10.000 l/m2s.
    [0032] Derverwendete Begriff "Nanofasern" macht deutlich,dass die Fasern einen Durchmesser im Nanometerbereich, speziellvon 10 bis 1000 nm, vorzugsweise von 50 bis 500 nm haben.
    [0033] Dieerfindungsgemäß eingesetztenNanofaservliese bestehen herstellungsbedingt üblicherweise aus in Wasserlöslichen,in einem organischen Lösungsmittellöslichenoder thermoplastischen Polymeren.
    [0034] Besondersbevorzugt in Wasser löslichePolymere sind Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenoxidoder Copolymere davon, Cellulose, Methylcellulose, Propylcellulose,Stärkeoder Mischungen hiervon.
    [0035] Besondersbevorzugte in einem organischen Lösungsmittel lösliche Problemesind Polystyrol, Polycarbonat, Polyamid, Polyurethan, Polyacrylat,Polymethacrylat, Polyvinylacetat, Polyvinylacetat, Polyvinylether,Celluloseacetat oder Copolymere oder Mischungen davon.
    [0036] Besondersbevorzugte thermoplastische Polymere sind Polyethylen, Polypropylen,Polybuten-1, Polymethylpenten, Polychlortrifluoroethylen, Polyamid,Polyester, Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylensulfid,Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyaryletherketon,Polyvinylidenfluorid, Polyoxymethylen, Polyurethan oder Copolymereoder Mischungen davon.
    [0037] DasNanofaservlies wird vorzugsweise erzeugt, indem ein thermoplastischesPolymer in geschmolzenem Zustand oder ein in einem geeigneten LösungsmittelgelöstesPolymer aus Düsenin einem starken elektrischen Feld zu feinsten Fasern versponnenwird und auf einer Unterlage, die über eine Gegenelektrode geführt wird,in Form eines Flächengebildesabgeschieden wird. Dieses Verfahren ist als Elektrospinning-Verfahren bekannt.Der Faserdurchmesser kann durch die Prozessparameter, nämlich dieViskositätder Schmelze bei Thermoplasten bzw. Konzentration und Viskosität der Polymerlösung gesteuertwerden. Die Flächengewichtedes Nanofaservlieses werden zum einen durch den Massenfluss durchdie Düsenund zum anderen durch die Geschwindigkeit, mit der die Unterlageunter den Düsenbewegt wird, bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit des Nanofaservlieseswird durch die Dicke der Fasern und deren Packungsdichte beeinflusst.
    [0038] DieNanofaservlieslage kann direkt auf dem Schaumstoff abgelegt werden,insbesondere wenn ihre Faserdurchmesser zwischen 100 und 1.000 nm,vor allem zwischen 500 und 1.000 nm liegen. Sie wird jedoch bevorzugtdirekt bei ihrer Erzeugung auf einer Trägerlage abgelegt, die auf derAbströmseiteder Filterlage vorgesehen sein kann und weiter unten beschriebenist.
    [0039] DieErzeugung von Nanofasern aus verschiedenen Polymeren wird von DarellH. Reneker und Iksoo Chun in der Veröffentlichung "Nanometre diameterfibres of polymer, produced by electrospinning", Nanotechnology 7, 1996, S. 216 – 223, beschrieben.Weiter Details zu verwendbaren Nanofaservlieslagen finden sich inder bereits zitierten DE 19919 809 .
    [0040] EineMeltblownlage und eine Nanofaservlieslage werden erfindungsgemäß besondersvorteilhaft als Filterlage eingesetzt, weil sie im Verbund mit derzuvor spezifizierten Schaumstofflage nicht nur eine gegenüber denStaubfilterbeuteln des Standes der Technik weiter verbesserte Standzeitsicherstellen, sondern darüberhinaus auch eine hervorragende Abscheidung für Feinpartikel haben.
    [0041] Besondersbevorzugte Ausführungsformendes erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelshaben die folgenden Lagenanordnungen: Anströmseite → Schaumstofflage → Meltblown-Filterlage → Spinnvlies → Abströmseite Anströmseite → Spinnvlies → Schaumstofflage → Meltblown-Filterlage → Spinnvlies → Anströmseite Anströmseite → Schaumstofflage → Nanofaservlies-Filterlage → Spinnvlies → Anströmseite Anströmseite → Spinnvlies → Schaumstofflage → Nanofaservlies-Filterlage → Spinnvlies → Anströmseite.
    [0042] Besondersbevorzugt besitzt das Spinnvlies in den zuvor erwähnten Lagenanordnungenein Flächengewichtvon 25 bis 30 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeitvon 2.000 bis 3.000 l/m2s.
    [0043] Dieals Filterlage einsetzbare Filterpapierlage besitzt vorzugsweiseein Flächengewichtvon 30 bis 80 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeitvon 80 bis 500 l/m2s bis 2 mbar Druck. Siekann aus lang- und kurzfaserigen Zellstoffen gebildet sein, sowieauch aus Mischungen solcher Zellstoffe mit Synthesefasern und/oderGlasfasern. Um eine ausreichende mechanische Stabilität der Filterpapierlagesicherzustellen, kann der Bruchwiderstand in Längsrichtung 20 bis 70 N/15mm Streifenbreite und in Querrichtung 15 bis 45 N/15 mm Streifenbreite betragen.
    [0044] Erfindungsgemäß sind auchNadelfilze als Filterlage einsetzbar. Hierbei handelt es sich umtextile Flächengebilde,die durch wechselndes Einstechen und Ausziehen einer Vielzahl vonNadeln mit Widerhaken in ein Faservlies verfestigt wurden. Durchdas Einstechen dieser Nadeln in das Vlies werden die bevorzugt horizontalliegenden Fasern oder Faserteile propfenartig senkrecht im Vliesangeordnet. Je nach Einstichtiefe und -richtung der Nadeln verbleibenan der Ausstichseite des Vlieses Faserteile oder Faserschlaufen,die sich beim Herausziehen der Nadeln nicht zurückbilden, jedoch beim Weitertransportdes Vlieses umgelegt und durch nachfolgenden Einstich im Vlies eingebundenwerden. Die Verfestigungsnadeln, die im allgemeinen Sprachgebrauchauch als Filznadeln bezeichnet werden, weisen eine Krücke mitEinspannschaft, sowie den Arbeitsschaft mit den Widerhaken auf,welche auch Kerben genannt werden.
    [0045] Besondersbevorzugt handelt es sich um ein Nadelfilz mit einem Flächengewichtvon 150 bis 900 g/m2 mit einer ausreichendenZugfestigkeit in Längs-und Querrichtung, wie es in der DE690 20 253 T3 beschrieben ist. Gemäß dieser Patentschrift bestehtzwar keine Begrenzung bezüglichdes Materials des Nadelfilzes, es sollte jedoch vorzugsweise wärmebeständig sein.Konkret werden Nadelfilze aus Polyethylentephthalat (PET) genannt.Als Filterlage im erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelkönnenauch Nadelfilze zum Einsatz kommen, die erhalten werden durch Vernadelneines gewobenen Kerngewebes und zwei Geweben aus Synthesefasern, dieauf beiden Seiten des Kerngewebes angebracht sind, wie es in der GB 2 028 229 A beschriebenist.
    [0046] Weiterhinkommen als Filterlage im Staubfilterbeutel der vorliegenden ErfindungPTFE-Membranen in Frage, die aus expandiertem, porösem PTFEbestehen. Solche Membranen sind beispielsweise in der WO 00/62900und WO 00/47313 beschrieben.
    [0047] Schließlich sindauch reibungselektrische Filtermedien in Frage. Solche Filtermedienbestehen aus gemischten Fasern unterschiedlicher Materialien. Zwischenden unterschiedlichen Materialien, vorzugsweise Polymeren kommtes zu einem Transfer elektrischer Ladung. Die so entstandenen lokalenelektrischen Felder unterstützendas Einfangen von Staubpartikeln. Im Artikel "Generation of Triboelectric Charge inTextile Fiber Mixtures and Their Use as Air Filters" aus dem "Journal of Electrostatics", Band 21 (1988),Seiten 81 bis 98 werden unterschiedliche faserförmige Polymere gemischt undhinsichtlich ihrer reibungselektrischen Abscheidewirkung geprüft. Besondersbevorzugt sind reibungselektrische Filtermedien, die aus einem Blendaus reinen Fasern aus expandiertem porösem PTFE bestehen und reinePolyamidfasern enthalten, wie sie in der DE 693 06 073 T2 beschriebensind.
    [0048] Aufder Abströmseiteder Filterlage, d.h. weiter außenliegend im Staubfilterbeutel, kann eine Trägerlage angeordnet sein. Hierbeikann es sich um einen Papierträgeroder auch um ein porösesVlies aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. -filamenten oder Mischungendaraus handeln, das nach dem Nasslegeverfahren, dem Trockenlegeverfahren,dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren hergestellt ist.Als Trägerlage kannauch eine hoch poröseTrägermateriallagezum Einsatz kommen, wie sie in der EP-A-1 199 094 beschrieben ist.Besonders bevorzugt ist die nachgeschaltete Trägerlage ein Spinnvlies.
    [0049] Vorzugsweisebesitzt die Trägerlageein Flächengewichtvon 6 bis 60 g/m2, mehr bevorzugt von 20bis 60 g/m2 besonders bevorzugt von 20 bis40 g/m2. Die Dicke (DIN 53105) der Trägerlagebeträgtvorteilhaft 0,05 bis 0,35 mm, besonders bevorzugt 0,07 bis 0,25mm. Die Luftdurchlässigkeit,welche die Saugleistung des Staubsaugers beeinflusst, ist vorzugsweise500 bis 8.000 l/m2s, besonders bevorzugtzwischen 1.500 und 3.000 l/m2s bei 2 mbarDruck. Um die mechanische Stabilität des Filterbeutels zu erhöhen, istder Bruchwiderstand der Trägerlagevorzugsweise in Längsrichtungmehr als 8 N/15 mm Streifenbreite und in Querrichtung mehr als 3N/15 mm Streifenbreite.
    [0050] Aufder Anströmseiteder Schaumstofflage, d.h. im Staubfilterbeutel weiter innen liegend,kann ein porösesVlies angeordnet sein. Hierfürkommen beispielsweise Vliese aus Zellstoff, Synthesefasern bzw.-filamenten oder Mischungen davon in Frage, die nach dem Nasslegeverfahren,dem Trockenlegeverfahren, dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahrenherstellbar sind. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformbesteht das poröseVlies aus thermisch verschweißbarenMaterialien. Beispiele solcher Materialien sind Thermoplasten, beispielsweisePolyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polycarbonate, Polyvinylchloridund Polyester, wie Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat.
    [0051] Besondersbevorzugt sind Polypropylen und Polyethylenterephthalat.
    [0052] Wienachfolgend dargelegt wird, lassen sich in dem Fall, dass anströmseitigein porösesVlies vorgesehen ist, das aus thermisch verschweißbaren Materialienbesteht, und ferner die abströmseitigeTrägerlage, sofernsie vorliegt, ebenso aus thermisch verschweißbaren Materialien besteht,die Lagen bei der Herstellung des Staubfilterbeutels auch durchHeißverschweißen oderUltraschallverschweißenmiteinander verbinden.
    [0053] Diein den obigen Abschnitten hinsichtlich ihres chemischen Aufbausund ihrer Kennzahlen, die fürdie erfindungsgemäße Lösung dergestellten Aufgabe maßgeblichsind, klassifizierten Lagen des Staubfilterbeutels sind untereinanderim Beutel in Abhängigkeitvon den Herstellungsmöglichkeitendes Beutels und dessen Einsatzgebiet unterschiedlich kombiniertund verbunden. Selbstverständlichkönnenweitere zusätzlicheLagen an beliebiger Position hinzugefügt werden, solange dadurchdas Ziel der Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
    [0054] Einesolche zusätzlicheLage kann beispielsweise eine expandierte poröse Membranschicht aus Polytetrafluorethylen(PTFE) sein, wie sie in der WO 00/62900 beschrieben ist. Fernersind als zusätzlicheLagen Verbundmembrane geeignet, wie sie in der WO 00/47313 beschriebensind.
    [0055] ImFolgenden werden Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelbeschrieben.
    [0056] Hierbietet sich zuerst die Herstellung mit einer herkömmlichenBeutelmaschine an. Fürdiese Herstellung werden meist zwei Arbeitsgänge benötigt, die auf separaten Maschinenaggregatenerfolgen, nämlichdie Fertigung des Rohbeutels und die Konfektionierung zum Fertigbeutel.
    [0057] ZurFertigung des Rohbeutels werden die Filterlage und die Schaumstofflagein separaten Rollen vorgelegt. Diese werden dann unter Anlegungeiner gleichbleibenden Zugspannung in die Beutelmaschine eingezogen.Anschließendwird der Verbund aus Schaumstoff- und Filterlage zu einem Schlauchausgebildet, der mit einer Längsnahtverschlossen wird. Wegen der Schwierigkeit, Schaumstoff mit herkömmlichenKlebertypen zu verkleben – derSchaumstoff würdequasi als Trennschicht wirken –,werden Filter- und Schaumstofflage vorzugsweise randkantenversetztin die Beutelmaschine eingezogen. So lässt sich eine ausreichende Längsnahtverklebungerreichen. Alternativ kann die Schaumstofflage so dimensioniertwerden, dass sie nicht die volle Breite der mit ihr verbundenenFilterlage abdeckt und nicht überderen Ränderhinaussteht, wodurch eine oder zwei Randstreifenaussparungen aufder Filterlage ausgebildet sind. Hierdurch kann eine sichere Verklebungmittels einer Längsnahtunter Verwendung herkömmlicherKleber sichergestellt werden. Weitere Details zu dieser Herstellungdes Rohbeutels sind der EP-B-0 635 297 zu entnehmen, wobei die dererfindungsgemäßen Filterlageentsprechende Lage dort ein Filterpapier ist.
    [0058] DiesesHerstellungsverfahren ist auch fürerfindungsgemäße Staubfilterbeutelmit mehr als zwei Lagen geeignet, beispielsweise eine Anordnungaus anströmseitigerSchaumstofflage, einem Meltblown-Vlies als Filterlage und einerPapieraußenlage.In diesem Fall haben zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung desRohbeutelschlauches, das in der EP-B-0 635 297 beschrieben ist,sowohl die Meltblown-Lage als auch die Schaumstofflage vorteilhafteinen unbelegten Rand.
    [0059] Anschließend wirdder mit einer Längsnahtd.h. -verklebung verschlossene Schlauch auf die gewünschte Länge geschnittenund eines der Schlauchenden zu einem Boden verschlossen. Dies geschiehtauf der Bodenfalztrommel durch Ausbildung von Laschen, die umgeschlagenund aufeinander geklebt werden. Da dieses Herstellungsverfahrenvoraussetzt, dass zumindest die äußere Lagefalzbar und verklebbar (beispielsweise mit Hotmelt oder Kaltleimen)ist, ist es besonders vorteilhaft für die Herstellung von erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelngeeignet, in denen die Filterlage eine Filterpapierlage ist.
    [0060] Derso erhaltene Rohbeutel wird auf einer separaten Konfektioniermaschinemit einer fürdas vorgesehene Staubsaugermodell entsprechenden Halteplatte versehenund zwar meist auf dem vorher ausgebildeten Laschenboden (Blockboden).Das noch offene zweite Schlauchende wird in Form eines Wickelbodens durchUmschlagen und Verkleben des Schlauches verschlossen.
    [0061] ZurHerstellung von Staubfilterbeuteln aus synthetischen Materialienkönnendarüberhinaus die thermische Verschweißungoder die Ultraschallverschweißungverwendet werden.
    [0062] DieseHerstellungsverfahren kommen dann vorteilhaft zum Einsatz, wennsämtlicheLagen, zumindest aber die Außenlagender Filteranordnung aus verschweißbaren Materialien bestehen.
    [0063] Wennein nicht verschweißbaresoffenzelliges Medium, beispielsweise eine Lage aus nicht verschweißbarem Schaumstoff,zwischen zwei verschweißbarenLagen angeordnet ist, schmelzen bei der Beutelherstellung mittelsthermischer oder Ultraschallverschweißung die äußeren Lagen und durchdringendie Mittellage. Auf diese Weise können alle Lagen, einschließlich derim erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelvorgesehenen Schaumstofflage, die selbst nicht verschweißbar seinmuss, miteinander verbunden werden.
    [0064] Einesolche Filteranordnung ist beispielsweise eine solche, bei der aufder Anströmseiteein poröses Vliesaus einem verschweißbarenMaterial, sowie eine abströmseitigeTrägerlagevorgesehen ist, die ebenso aus thermisch verschweißbaren Materialienbesteht.
    [0065] Esgibt jedoch auch verschweißbareSchäume.Hierbei handelt es sich z.B. um spezielle Polyester-Polyurethan-Typen.Hierbei ist das Polymer so verändert,dass das Material verschweißbarwird.
    [0066] Wiesich überraschenderweisezeigte, lässtsich die Verschweißbarkeitsolcher Schaumstoffe durch das sogenannte Retikulieren des Schaumsverbessern. Das Retikulieren dient auch dazu, die Luftdurchlässigkeitder Medien zu steigern. Hierbei werden die während des Aufschäumens indem Schaum verbleibenden Häutchenzwischen den einzelnen Poren bzw. Blasen entfernt; nur die Stegebleiben stehen. Der Prozess geschieht thermisch oder chemisch undist im Gebiet der Schaumstoffherstellung gut bekannt.
    [0067] ImFolgenden wird die Beutelherstellung mittels thermischer Verschweißung beschrieben.
    [0068] EinerBeutelmaschine werden die Lagen des erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelszugeführt.Hierbei handelt es sich in dem Fall, dass der fertige Staubfilterbeutelnur aus einer Schaumstofflage und einer Filterlage besteht, um vierLagen in der Reihenfolge Filterlage – Schaumstofflage – Schaumstofflage – Filterlage. ZusätzlicheLagen, beispielsweise anströmseitigeLagen oder abströmseitigeTrägerlagenwürde derFachmann im Rahmen seiner Routinetätigkeit in entsprechender Anordnunghinzufügen.In die mindestens zwei Lagen wird das Loch für den Lufteintritt gestanzt.Gegebenenfalls wird das Loch abgedichtet, damit die Luft bzw. derStaub beim Gebrauch des fertigen Filterbeutels nicht zwischen dieLagen (beispielsweise zwischen die Schaumstoff- und Filterlage)dringt, was das Filtrationsergebnis beeinträchtigen kann. Dieses Abdichtendes Lochs fürden Luftdurchtritt kann durch den Auftrag von Kleber erfolgen oderdie Lagen werden thermisch versiegelt. Die Bahnen werden aufeinandergeführtund beispielsweise von oben mit heißen Drähten oder Stäben im Randbereichzusammengeschweißt.Der Verarbeitungsschritt erfolgt vorzugsweise in einem Schritt,d.h der Draht/Stab ist so ausgestaltet, dass er bereits die Beutelformbildet.
    [0069] DieVerschweißungkann trennend erfolgen, d.h. nach dem Schweißschritt ist der Beutel inseiner Rohform fertig. Erfolgt die Schweißung verbindend, aber nichttrennend muss der Beutel nach der Schweißung abgelängt werden. Dies kann mit Stanzmessernerreicht werden.
    [0070] Abschließend mussnoch die Halteplatte aufgebracht werden. Dies geschieht üblicherweisedurch Aufkleben.
    [0071] ImFolgenden wird die Beutelherstellung mittels Ultraschallverschweißen beschrieben.
    [0072] Generellwerden auch hier mehrere Lagen der Maschine zugeführt unddas Loch fürden Lufteintritt gestanzt, wie fürdie thermische Verschweißungbereits beschrieben. Auch hier müssengegebenenfalls die Lagen in dem Bereich des Loches miteinander verbunden,d.h. abgedichtet werden. Dies kann durch Verklebung oder mittelsUltraschall erfolgen. Die Lagen werden aufeinander geführt unddie Längs-und Quernähte geschweißt. Hierbeibringt eine schwingende Sonotrode die Energie über einen Gegenamboss in dasMaterial, so dass dieses aufschmilzt und sich miteinander verbindet.Die Schweißnahtwird durch die Form des Ambosses vorgegeben.
    [0073] DieBildung der Nähteerfolgt entweder diskontinuierlich, d.h. die Sonotroden und derAmboss sind so ausgebildet das der Beutel nach dem Schweißvorgangin der endgültigenForm vorliegt. Dies bedeutet, dass hier die Beutelbildung getaktetist und dabei die gesamte Umfangsnaht in einem Verschweißungsschrittgebildet wird.
    [0074] Erfolgtdie Nahtbildung trennend ist der Beutel dann bereits fertig. Erfolgtdie Nahtbildung nicht trennend, muss im nächsten Schritt die Quernahtmittels Stanzmessern abgelängtwerden.
    [0075] Weiterhingibt es die Möglichkeitdie Längsnahtkontinuierlich auszubilden. Hierbei kommen runde Sonotroden zumEinsatz. Hier muss in einem zweiten Arbeitsgang die Quernaht gebildetwerden.
    [0076] DieEinstellung der Nahtfestigkeit erfolgt über die Schweißzeit, dieHaltezeit und die Amplitude/Frequenz.
    [0077] Inder DE 4126557 A1 wirddas Ultraschallverschweißenzur Herstellung von Beuteln ausführlicherbeschrieben.
    [0078] DieHalteplatte wird durch Verkleben, beispielsweise mittels Heißleim oderKaltleim aufgebracht. Handelt es sich bei der Halteplatte um eineKunststoffscheibe, kann diese auch mittels Ultraschall befestigtwerden.
    [0079] Üblicherweiseerfolgen alle Schritte hintereinander in einer Maschine.
    [0080] Imfolgenden werden Beispiele gegeben, welche die erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelerläutern, jedochnicht beschränkensollen.
    [0081] Umzu zeigen, dass die erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel einegegenüberden Filterbeuteln des Standes der Technik weiter verbesserte Standzeithaben, wurde die Saugleistung von Staubfilterbeuteln mit folgendenLagenanordnungen in einem Staubsauger Siemens DINO XS 1800 W mitTeststaubsand untersucht. Bei den Tests wurde der Staubsauger mitden darin installierten Staubfilterbeuteln auf Maximalstufe betrieben.Bei dem Teststaub handelt es sich um Mineralstaub nach DIN 44956mit den Korngrößen a-d(0 bis 2.000 μm).
    [0082] DieKennzahlen der Einzellagen, die in den Staubfilterbeuteln der Vergleichsbeispieleund der erfindungsgemäßen Beispieleverwendet wurden, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
    [0083] Beidem in den Beispielen verwendeten Schaumstoff handelt es sich umein Polyether-Polyurethan mit einer Raumdichte von 21 kg/m3.
    [0084] Inder Figur ist die Saugleistung gegen die Menge des beaufschlagtenTeststaubs aufgetragen. Wie sich aus der Grafik ergibt, ist dieSaugleistung der erfindungsgemäßen Staubfilterbeutelgegenüberdenen des Standes der Technik bei höheren Staubbeladungen vergrößert. Diesist gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Standzeit.
    [0085] DieAbscheidegrade nach DIN 44956-2 waren für sämtliche untersuchten Staubfilterbeutelsehr hoch, mindestens 99,5 %.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Staubfilterbeutel, der eine Schaumstofflage miteiner Luftdurchlässigkeit(DIN 53887) von 500 bis 10.000 l/m2s bei2 mbar Druck, einer Raumdichte (ISO 845) von 15 bis 90 kg/m3 und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm, sowieauf der Abströmseiteder Schaumstofflage eine Filterlage mit einem Abscheidegrad (DIN44956-2) von mindestens 80 umfasst.
    [2] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Schaumstofflage eine Luftdurchlässigkeit von 500 bis 5.000l/m2s bei 2 mbar Druck besitzt.
    [3] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Schaumstofflage eine Raumdichte von 15bis 50 kg/m3 besitzt.
    [4] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstofflage eine Dicke von0,8 bis 2 mm besitzt.
    [5] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstofflage aus einem flexiblenSchaum besteht.
    [6] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstofflage aus Polyether-Polyurethanoder Polyester-Polyurethan besteht.
    [7] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Filterlage ausgewählt istaus einer Meltblown-Lage, einer Nanofaservlieslage, einer Filterpapierlage, einemNadelfilz, einer PTFE-Membran oder reibungselektrischen Filtermedien.
    [8] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterlage eine Meltblown-Lageoder eine Nanofaservlieslage ist.
    [9] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Meltblown-Lage ein Flächengewicht von 10 bis 80 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 100 bis 2.000l/m2s bei 2 mbar Druck, einen durchschnittlichenFaserdurchmesser von 0,5 bis 18 μmund einen Bruchwiderstand in der Längsrichtung von 2 bis 12 N/15mm Streifenbreite und in der Querrichtung von 1 bis 10 N/15 mm Streifenbreitebesitzt.
    [10] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Nanofaservlieslage einen durchschnittlichenFaserdurchmesser von 10 bis 1000 nm, ein Flächengewicht von 0,05 bis 5g/m2 und eine Luftdurchlässigkeit von 500 bis 20.000l/m2s besitzt.
    [11] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Filterpapierlage ein Flächengewichtvon 30 bis 80 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeitvon 80 bis 500 l/m2s bei 2 mbar Druck besitzt
    [12] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abströmseite der Filterlage eineTrägerlageangeordnet ist.
    [13] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Trägerlageein porösesVlies aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. -filamenten oder Mischungendaraus ist, das nach dem Nasslegeverfahren, dem Trockenlegeverfahren,dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren hergestellt ist.
    [14] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Trägerlageein Flächengewichtvon 6 bis 60 g/m2, eine Dicke (DIN 53105)von 0,05 bis 0,35 mm, eine Luftdurchlässigkeit von 500 bis 8.000l/m2s bei 2 mbar Druck und einen Bruchwiderstandin Längsrichtungvon mehr als 8 N/15 mm Streifenbreite und in Querrichtung von mehrals 3 N/15 mm Streifenbreite besitzt.
    [15] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Trägerlageein Spinnvlies ist.
    [16] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anströmseite der Schaumstofflageein porösesVlies angeordnet ist.
    [17] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass das poröseVlies aus Zellstoff, Synthesefasern bzw. – Filamenten oder Mischungendavon besteht und nach dem Nasslegeverfahren, dem Trockenlegeverfahren,dem Spunlaceverfahren oder dem Spunbondverfahren herstellbar ist.
    [18] Staubfilterbeutel gemäß Anspruch 16, wobei das poröse Vliesein Spinnvlies ist.
    [19] Staubfilterbeutel gemäß Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass das poröseVlies auf der Anströmseiteaus thermisch verschweißbarenMaterialien besteht.
    [20] Staubfilterbeutel gemäß mindestens einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anströmseite der Schaumstofflagesowie auf der Abströmseiteder Filterlage ein Spinnvlies angeordnet ist, das aus thermischverschweißbarenMaterialien besteht.
    [21] Verfahren zur Herstellung des Staubfilterbeutelsgemäß mindestenseinem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstofflage, die Filterlageund ggf. die abströmseitigeTrägerlage undggf. das anströmseitigeporöseVlies auf separatem Bahnen der Beutelmaschine zugeführt unddort zum Beutel verarbeitet werden.
    [22] Verfahren zur Herstellung des Staubfilterbeutelsgemäß Anspruch20, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen durch Heißverschweißen oderUltraschallverschweißenmiteinander verbunden werden.
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