過濾介質(zhì)、特別是空氣過濾介質(zhì)以及具有過濾介質(zhì)的過濾元件、特別是空氣過濾元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)?對(duì)流體且特別是空氣的凈化和過濾、例如對(duì)液體比如油或者對(duì)用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣的過濾。特別地，本發(fā)明涉及一種過濾介質(zhì)、例如空氣過濾介質(zhì)和具有這種過濾介質(zhì)的過濾元件。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣過濾器例如在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣中使用，以便將被供給用于燃燒的空氣從有害物質(zhì)和污物顆粒中凈化，從而為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過程僅僅輸送凈化過的空氣。
[0003]空氣過濾器具有用于未凈化的未經(jīng)處理的空氣的流入口和用于過濾過的潔凈空氣的流出口以及空氣過濾介質(zhì)，其中空氣過濾介質(zhì)執(zhí)行實(shí)際的過濾功能。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣通過空氣過濾器的流出口來進(jìn)行，其中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)抽吸所需的空氣或空氣量?？諝膺^濾介質(zhì)例如由過濾紙組成，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)抽吸空氣時(shí)待過濾的空氣流過該過濾紙，從而使得空氣過濾介質(zhì)內(nèi)的污物顆粒與流過的空氣分離或分開。
[0004]空氣過濾介質(zhì)可以是褶皺的(褶皺式過濾器)或者具有多個(gè)濾腔(長笛式過濾器)，以增大過濾器的表面，由此還延長了空氣過濾元件的使用壽命，因?yàn)檩^大的過濾器表面可以接收較多的污物顆粒，在空氣過濾介質(zhì)上的、由被分開的灰塵引起的壓力損失如此增大之前，使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率降低。
[0005]EP 2 060 311 Al介紹了一種用于吸塵袋的空氣過濾介質(zhì)，該吸塵袋具有至少一個(gè)由干燥過的纖維網(wǎng)構(gòu)成的層，所述纖維網(wǎng)具有聚合的連續(xù)纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供一種過濾介質(zhì)、特別是空氣過濾介質(zhì)和一種過濾器可以被視為本發(fā)明的任務(wù)，所述過濾介質(zhì)或過濾器的特征在于提高了的污物顆粒存儲(chǔ)能力。
[0007]根據(jù)一個(gè)方面給出了一種過濾介質(zhì)、特別是空氣過濾介質(zhì)，該過濾介質(zhì)具有第一過濾層和第二過濾層。第一過濾層具有第一過濾層部段和第二過濾層部段，其中第二過濾層部段沿著過濾介質(zhì)的流動(dòng)方向布置在第一過濾層部段之后。第一過濾層部段具有第一纖維填充密度或第一填充密度值，并且第二過濾層部段具有不同于第一纖維填充密度的第二纖維填充密度或不同于第一填充密度值的第二填充密度值。第二過濾層沿著流動(dòng)方向布置在第一過濾層之后并且具有納米纖維并且在一種實(shí)施方式中可以是納米纖維過濾層。
[0008]填充密度和填充密度值特別地是過濾層部段或過濾層的平均的填充密度或平均的填充密度值。
[0009]流動(dòng)方向橫向或正交于第一和第二過濾層地延伸并且因此也橫向或正交于第一過濾層的第一和第二過濾層部段。因此，待過濾的空氣流流過空氣過濾介質(zhì)的所有的過濾層并且也流過每個(gè)過濾層的所有的過濾層部段。
[0010]通過前后相繼地布置的具有不同填充密度的過濾層部段可以實(shí)現(xiàn):過濾介質(zhì)將污物顆粒存儲(chǔ)在其體積內(nèi)并且根據(jù)污物顆粒的尺寸依次分開這些污物顆粒，更確切地說是首先分開相對(duì)大的污物顆粒，即通過具有高的疏松度值的第一過濾層部段首先分開相對(duì)大的污物顆粒，并且通過沿著流動(dòng)方向處于較深處的、具有較低的疏松度值的第二過濾層部段分開較細(xì)小的污物顆粒。
[0011]第二過濾層通過納米纖維過濾層附加地提供了最后的過濾功能。因此可以從待過濾的流體流(Fluidstrom)中過濾掉最小的污物顆粒。特別地相對(duì)于第一過濾層并且特別地相對(duì)于第二過濾層部段，第二過濾層具有尺寸較小的空隙，從而可以從待過濾的流體中過濾較細(xì)小的污物顆粒。
[0012]過濾層部段是過濾介質(zhì)的過濾層的平面，其中過濾層部段橫向于通過過濾層和過濾介質(zhì)的至少一個(gè)部分的流動(dòng)方向延伸。如果流體流流過過濾介質(zhì)，那么流體流就沿著流動(dòng)方向依次橫穿一個(gè)或多個(gè)過濾層部段。
[0013]過濾層部段因此是過濾層沿著流動(dòng)方向的具有可預(yù)先給定的深度的深度部段并且例如可以處于幾個(gè)μm的數(shù)量級(jí)、例如在ΙΟμ??和100 μm之間，或者處于幾個(gè)mm的數(shù)量級(jí)、例如Imm0
[0014]流體流可以是氣體流或液體流，為了過濾或分開污染物質(zhì)或污物顆粒所述氣體流或液體流流過過濾元件。應(yīng)當(dāng)指出的是:以下部分地介紹空氣過濾器，但是為了構(gòu)造空氣過濾器所做解釋一般情況下也可以針對(duì)過濾介質(zhì)。
[0015]以下首先定義在該文獻(xiàn)中所使用的術(shù)語。
[0016]“填充密度”是對(duì)過濾層部段的單位深度的過濾纖維的份額的量度，S卩，填充密度可以理解為單位面積-或體積單元的纖維或過濾纖維的填充密度?？梢葬槍?duì)每個(gè)過濾層并且針對(duì)每個(gè)過濾層部段來確定填充密度，例如通過空氣過濾介質(zhì)的埋入合成樹脂內(nèi)的顯微圖像或斷面圖像。這種顯微圖像在攝影方面被提供并且如下地對(duì)顯微圖像的面積進(jìn)行分析，顯微圖像的面積的被纖維覆蓋的份額和過濾層部段的總面積或者顯微圖像的面積的未被纖維覆蓋的份額和過濾層部段的總面積彼此設(shè)置得成比例。
[0017]可以在攝影上通過分析在其上可看到纖維的像點(diǎn)和顯示間隙的像點(diǎn)進(jìn)行填充密度的確定。因此在過濾層部段中的像點(diǎn)的總數(shù)量確定或已知的情況下可以確定填充密度，方法是:顯示過濾纖維的像點(diǎn)的數(shù)量設(shè)置得與過濾層部段內(nèi)的像點(diǎn)的總數(shù)量成比例。替代地，顯示間隙的像點(diǎn)的數(shù)量可以從像點(diǎn)的總數(shù)量中減去，以便因此例如獲得控制值。根據(jù)是否可更好地識(shí)別并分析斷面圖像上的間隙或纖維，可以數(shù)出相應(yīng)的像點(diǎn)。這樣確定的填充密度是所分析的過濾層部段的平均的填充密度。這種過濾層部段被確定得越小，即過濾層部段在流動(dòng)方向上的深度越小，則在過濾層部段的邊緣處的填充密度與所確定的平均值的偏差就越小。
[0018]填充密度也可以通過三維的計(jì)算機(jī)斷層X光拍攝來確定。與攝影的像點(diǎn)相類似，在三維的拍攝中具有空間點(diǎn)，其數(shù)量和尺寸取決于拍攝設(shè)備的技術(shù)范圍數(shù)據(jù)。在此與具有像點(diǎn)的方法相類似三維拍攝的填充密度的確定借助于空間點(diǎn)來進(jìn)行。包含間隙的空間點(diǎn)和包含過濾纖維的空間點(diǎn)可以分別設(shè)置得與空間點(diǎn)的總數(shù)量成比例，以便因此確定填充密度。
[0019]“填充密度突變”系指填充密度在空氣過濾介質(zhì)的材料深度上的突然的變化，即兩個(gè)彼此鄰接的過濾層部段在彼此鄰接的過濾層部段之間的過渡部上具有不同的填充密度。這種填充密度突變特別地大多會(huì)作為不期望的污物障礙而起作用，并且在空氣過濾介質(zhì)達(dá)到最大的污物顆粒存儲(chǔ)能力之前通過污物顆粒圍繞填充密度突變占用并堵塞空氣過濾介質(zhì)的深度部段而導(dǎo)致該空氣過濾介質(zhì)的堵塞。
[0020]在此特別地，在過濾層的流出面和流動(dòng)方向上鄰接的過濾層的流入面之間的填充密度的百分比變化對(duì)污物障礙的防止而言可以是決定性的。填充密度梯度可以用作對(duì)填充密度在過濾層沿著流動(dòng)方向的材料厚度上的變化的量度。填充密度要么因纖維間隙的數(shù)量的減少而增大要么因在過濾層的深度部段上的、即過濾層部段內(nèi)的纖維間隙的尺寸的減小而增大。
[0021 ] 結(jié)合該文獻(xiàn)，梯度被用作表明尺寸的變化率的數(shù)值。“填充密度梯度”例如表明，在空氣過濾介質(zhì)的流動(dòng)方向上具有增大的材料深度或材料厚度的空氣過濾介質(zhì)的填充密度以哪個(gè)比率來變化。“纖維直徑梯度”表明，在空氣過濾介質(zhì)的流動(dòng)方向上具有增大的材料深度或材料厚度的空氣過濾介質(zhì)內(nèi)的纖維的纖維直徑以哪個(gè)比率來變化。
[0022]過濾層的“疏松度”是對(duì)過濾層的過濾纖維之間的間隙的數(shù)量和尺寸的量度。疏松度例如可以表明，哪個(gè)阻力反作用于穿過過濾層的流體流、例如空氣流地。過濾層在此在流入面上和流出面上是開著的，從而流入面上的流體流可以滲透到材料內(nèi)并且在流出面上可以從材料中滲出。疏松度可以被視為空腔體積與總體積的比。隨著疏松度的數(shù)值的增大，空腔體積在總體積中所占的份額更大。
[0023]“空隙體積”可以被確定為空隙的總體積的百分比份額。這需要使用空隙的材料厚度和單位面積重量。相應(yīng)的方程為:
(2)ε = 100 - (Fg / (P X 10 X d))
在此:
ε:是以百分比為單位的、作為總體積的百分比份額的空隙體積；
Fg:是以g/m2為單位的空隙的單位面積重量；
P:是所使用的過濾材料、即例如纖維的密度；對(duì)于不添加合成纖維和/或玻璃纖維的純的纖維素紙而言，該密度為1.51 g/cm3;在由不同的纖維構(gòu)成的空隙的情況下可以使用平均密度，該平均密度由相應(yīng)的單個(gè)的密度以及空隙處的相應(yīng)的纖維得到，即為了確定混合紙的空隙體積，相應(yīng)的組成部分的特定的密度和數(shù)量份額必須是已知的；d:是以mm為單位的空隙的厚度。
[0024]空氣過濾介質(zhì)、過濾層或過濾層部段的疏松度特別地可以單獨(dú)地通過給出空隙體積來定義。
[0025]在此，就測(cè)量而言可以提供一個(gè)單獨(dú)的過濾層。但是，就所述測(cè)量而言過濾層也可以以劃分為各個(gè)深度部段的方式被提供。深度部段越精細(xì)，其疏松度因此而被確定，就可以越精確地給出在過濾層的材料深度上的疏松度的曲線。
[0026]“疏松度突變”是在相鄰的過濾層或過濾層部段的彼此鄰接的表面上的疏松度的突然的變化。
[0027]填充密度可以被視為疏松度的對(duì)立面。疏松度在此特別地借助于空氣過濾介質(zhì)的纖維間隙或空隙來確定和給出，而填充密度特別地可以借助于現(xiàn)有的纖維來確定和給出。填充密度和疏松度可以被視為彼此相補(bǔ)充的參數(shù)。
[0028]空氣過濾介質(zhì)的透氣度的確定可以根據(jù)DIN EN ISO 9237來實(shí)現(xiàn)，所述DIN ENISO 9237規(guī)定了 20 cm2的檢驗(yàn)面和200 Pa的壓力差。在這種情況下可以取出并檢驗(yàn)待檢驗(yàn)的空氣過濾介質(zhì)的十個(gè)不同位置處的試樣。所述試樣通常具有56 mm的直徑并且是圓形的。如果要過濾介質(zhì)過于狹窄，為了提供所述試樣參數(shù)試樣的直徑可以為42 _或者甚至為25 mm。結(jié)果以l/m2s為單位作為平均值和作為偏差來給出。
[0029]空氣過濾介質(zhì)或一個(gè)單獨(dú)的過濾層由大量的纖維組成。纖維特別地特征在于其纖維直徑或一般在于其纖維截面或截面積。纖維直徑或纖維截面作為平均的纖維直徑或纖維截面被給出，其中對(duì)于這些數(shù)值而言使用借助于對(duì)數(shù)的正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。
[0030]空氣過濾介質(zhì)可以由一個(gè)或多個(gè)過濾層組成，就所述過濾層而言分別由一個(gè)或多個(gè)纖維組成?？諝膺^濾介質(zhì)的過濾作用在此通過以下方式來得到:空氣流穿過過濾層，并且包含在空氣流內(nèi)的污物顆粒被阻截到纖維的間隙內(nèi)或者附著在纖維上并且被從空氣流中分咼。
[0031]“纖維直徑梯度”表明，空氣過濾介質(zhì)的纖維的直徑在過濾層或過濾層部段的材料深度上以哪個(gè)尺度變化。這以類似的方式也適用于纖維截面梯度。
[0032]第一過濾層與第二過濾層之間的纖維直徑梯度應(yīng)當(dāng)盡可能小，即第二過濾層部段內(nèi)的纖維的纖維直徑盡可能小地不同于第二過濾層內(nèi)的纖維的纖維直徑。
[0033]結(jié)合該說明書，“納米纖維”系指纖維直徑在約50nm與約500nm之間、優(yōu)選地在約10nm與300nm之間的纖維。
[0034]納米纖維層或納米纖維過濾層是具有納米纖維的過濾層，或者是部分或完全由納米纖維組成的過濾層。
[0035]術(shù)語“熔噴(Meltblown)、紡粘、加濕的和干燥過的層制造、梳理機(jī)纖維網(wǎng)(KrempeIvlies)、長絲紡粘(Filamentspinnvlies)和交叉層纖維網(wǎng)”在 aVliesstoffe:Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prilfung, 2.Auflage, 2012,Weinheim”，ISBN: 978-3-527-31519-2 中被定義。
[0036]過濾層在流動(dòng)方向上具有厚度，并且被待過濾的流體流以橫向或正交于過濾層的延伸平面的方式經(jīng)過。過濾層可以在連續(xù)的制造過程中制造并且可以具有相同制造方法的纖維，其中纖維可以具有彼此不同的纖維直徑或纖維截面。旦尼爾(Denier):纖維細(xì)度的量度、單位長度的重量，在此假定Iden = I克/ 9000米。
[0037]特(Tex):纖維細(xì)度的量度、單位長度的重量，Itex = I克/1000米；Idtex (分特)=0.1 tex=l 克 /10000 米。
[0038]結(jié)合該文獻(xiàn)術(shù)語“連續(xù)的”如下地被應(yīng)用:描述數(shù)值的變化，特別是在該過濾層的流動(dòng)方向上隨著材料深度的增大過濾層的填充密度的變化。這些數(shù)值中的一個(gè)的連續(xù)的變化意味著，填充密度的數(shù)值隨著材料深度的增大或隨著空氣流沿著流動(dòng)方向增多地運(yùn)動(dòng)通過空氣過濾介質(zhì)而在其標(biāo)量值方面僅僅朝一個(gè)方向變化、例如增大?！斑B續(xù)的”在此意味著，填充密度的數(shù)值在材料深度增大的情況下增大或提高。在此，該數(shù)值不必均勻地增大并且可以