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Dokumentenidentifikation DE4105613A1 27.08.1992
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften insbesondere Filtervliese für Wickelkerzen
Anmelder Seitz-Filter-Werke Theo & Geo Seitz GmbH und Co, 6550 Bad Kreuznach, DE
Erfinder Hofmann, Hans, 6551 Hargesheim, DE;
Ritter, Gerd, 6531 Guldental, DE;
Rüger, Helmut, 6551 Pfaffen-Schwabenheim, DE;
Steinhauer, Hanns-Willi, Dipl.-Ing., 6551 Hargesheim, DE
Vertreter Fuchs, J., Dr.-Ing. Dipl.-Ing. B.Com.; Luderschmidt, W., Dipl.-Chem. Dr.phil.nat.; Seids, H., Dipl.-Phys.; Mehler, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Weiß, C., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anwälte, 6200 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 22.02.1991
DE-Aktenzeichen 4105613
Offenlegungstag 27.08.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.08.1992
IPC-Hauptklasse D21F 11/14
IPC-Nebenklasse D21F 11/04   D21F 7/06   D21F 1/02   D21H 23/00   
IPC additional class // B01D 39/16,39/18  
Zusammenfassung Bei bekannten Filtervliesen, die verklebt oder verschweißt sind, kommt es leicht zum Durchbrechen des Unfiltrats, weil die Verbindungsstellen undicht werden. Demgegenüber soll das Verfahren die Herstellung eines Filtervlieses mit in Durchströmungsrichtung variierten Filtereigenschaften unter Vermeidung von zusätzlichen Kleb- oder Verschweißungsstellen am Filtermaterial insbesondere am Filtervlies gestatten.
Gelöst wird das Problem durch ein Verfahren, bei dem man mindestens zwei Stoffsuspensionen in Lagen nebeneinander gießt, die Lagen bestimmte Zeit getrennt hält, die Trennung aufhebt während man entwässert und die nahtlos verbundenen Lagen nach vollständiger Trocknung durch Schneiden, Wickeln oder Falten konfektioniert. Zum Vergießen verwendet man vorteilhaft eine modifizierte Papierherstellungs- bzw. Kartonverfilzungsmaschine, bei der man den Stoffauflaufkasten teilt, oder mehrere Stoffaufläufe einsetzt.
Die kontinuierliche oder diskontinuierliche Variation von Filtermaterial- und/oder Filtriereigenschaften ermöglicht die Herstellung von entsprechenden Filterelementen wie Wickelkerzen oder Filterstapelelementen mit variierten Eigenschaften.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften insbesondere Filtervliese für Wickelkerzen.

Insbesondere eignen sich diese Filtervliese bzw. Filtermaterialen zur Herstellung von Filterkerzen bzw. Filtermodulen mit Tiefenfilterwirkung, wie sie beispielsweise Gegenstand der DE-OS 39 11 826 sind und bevorzugt werden für das Verfahren Stoffzusammensetzungen benutzt, wie sie in der DE-OS 40 10 526 beschrieben sind.

Prinzipiell ist es bekannt, z. B. aus der DE 37 40 249 einzelne Filtervliese zu kombinieren, um deren Eigenschaften beispielsweise in einer Tiefenfilterwickelkerze zu vereinigen. So besteht die Möglichkeit unterschiedliche Vliese mit unterschiedlicher Charakteristik in einer Filterkerze übereinander zu wickeln, wobei im Übergang vom einen zum anderen Vlies ein Überlappungsstreifen bzw. eine Stoß an Stoß-Verbindung zu bilden ist. Da die flexiblen Bahnen oder Bänder nicht fest miteinander verbunden sind, kann es auf diese Weise zu einer Minderung oder einem vollständigen Versagen der Filterwirkung kommen, da an den Verbindungsstellen die Möglichkeit des Vermischens von Filtrat und Unfiltrat besteht.

Es ist weiterhin bekannt, z. B. aus der DE-PS 37 40 249, und bevorzugt ein band- oder bahnförmiges Filtervlies mit Abschnitten unterschiedlicher Charakteristik zu bilden, indem man einzelne Vliesabschnitte, die in ihren Eigenschaften differieren, miteinander verklebt oder verschweißt. Da bei der Herstellung nach einem solchen Verfahren die Verschweißungen oder Verklebungen beim fertigen Produkt oftmals Schwachstellen sein können, kann es in der Filtriereinrichtung (z. B. der Wickelkerze) leicht zu einem Kurzschluß, d. h. zum Durchbrechen des Unfiltrats kommen.

Außerdem ist das Verschweißen oder Verkleben ein zusätzlicher, relativ aufwendiger Vorgang, der eine automatische und rationelle Fertigung erschwert.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bildung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften zur Verfügung zu stellen, das weitestgehend ohne Verschweißung oder Verkleben von einzelnen Filtermaterialabschnitten auskommt und eine im wesentlichen automatisierbare und rationelle Fertigung von band- oder bahnförmigem Filtervlies erlaubt, wodurch bei geringerem Aufwand eine kostengünstigere Produktion gesichert wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften aus wäßrigen Suspensionen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften insbesondere Filtervliese für Wickelkerzen gelöst, bei dem man mindestens zwei unterschiedliche, wässrige Stoffsuspensionen herstellt, diese Stoffsuspensionen in zwei nebeneinander angeordnete, voneinander getrennte Lagen ausbreitet, diese Lagen anschließend entwässert, wobei die Trennung der Lagen in einer ersten Phase der Entwässerung aufrechterhalten und in einer zweiten Phase der Entwässerung aufgehoben wird, so daß sich die jeweils benachbarten Randbereiche der Lagen während der zweiten Phase der Entwässerung vermischen, und bei dem man das vollständig entwässerte Filtervlies anschließend trocknet und senkrecht zu den sich vermischten Randbereichen in Streifen schneidet.

Vorteilhafte Verfahrensmodifikationen werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 unter Schutz gestellt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es bevorzugt Bahnen aus Filtermaterial mit in Querrichtung variierten Filtereigenschaften zu formen, die mindestens zwei in Querrichtung nebeneinander liegende Bereiche mit unterschiedlichen Filtereigenschaften aufweisen, wobei die Bereiche einstückig verbunden sind, was bedeuten soll, daß keine Naht oder Verklebung zwischen den nebeneinander liegenden Bereichen erforderlich ist, wobei aber insbesondere innerhalb eines Bereichs, also in Längsrichtung der Bahnen aus Filtermaterial, Filtereigenschaften von hoher Konstanz und Kontinuität ausgebildet sind.

Diese konstanten Eigenschaften innerhalb des Bereichs sind u. a. ursächlich für eine gleichmäßige Güte der konfektionierten Endprodukte.

Die Streifen mit den nach der Konfektionierung in Längsrichtung variierten Filtriereigenschaften werden zweckmäßig durch Wickeln oder abschnittsweises Umlegen zu Filterelementen geformt oder gewickelt.

Im allgemeinen lassen sich Bahnen aus Filtermaterial bis zu ca. 10 m Breite herstellen, es wird jedoch bevorzugt eine Breite von ca. 1 m bis 4 m und besonders bevorzugt ca. 2 m bis 3 m Breite hergestellt.

Wenn man die nebeneinander liegenden Bereiche mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften ausbildet, so kommt es verfahrensbedingt zur Bildung von Übergangszonen zwischen den Bereichen. Hierbei versteht man unter einer Übergangszone zwischen zwei Bereichen ein Gebiet, in welchem die zwischen den Bereichen variierten Filtriereigenschaften mehr oder weniger kontinuierlich ineinander übergehen.

Die Breite der Übergangszone läßt sich durch Verfahrensparameter, die vorteilhaft über die erfindungsgemäße Vorrichtung einstellbar sind, steuern. Sie kann nicht infinitesimal klein ausgebildet sein, sondern weist immer eine endliche Ausdehnung, typischerweise im Bereich von ca. 1 bis 15 cm, bevorzugt 5 bis 10 cm Breite auf. Die untere Grenze läßt sich noch weiter absenken, jedoch muß immer gewährleistet sein, daß ein genügend hoher Zusammenhalt der Einzelbereiche erhalten bleibt. Nach oben allerdings wird eine endgültige Grenze nur durch die Breiten der Einzelbereiche gesetzt.

Durch geeignete Abstimmung der Breite der Übergangszone auf die Breite der Bereiche, die die Bahn aus Filtermaterial, z. B. Filtervlies mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften formen, gelingt es unter Berücksichtigung und geeigneter Abstufung der Filtriereigenschaften der einzelnen Bereiche eine Bahn aus Filtermaterial zu bilden, die nicht nur in ihren Übergangszonen im wesentlichen kontinuierlich variierte Filtriereigenschaften aufweist, sondern über die gesamte Bahnbreite oder zumindest über wesentliche Teile der Breite der Bahn.

Dies ist z. B. der Fall, wenn man eine Bahn von ca. 2 m Gesamtbreite aus vier gleich breiten Einzelbereichen mit entsprechend abgestuften Eigenschaftsprofilen formt und die Übergangszonen etwa 40 bis 50 cm breit gestaltet, d. h. die beiden mittleren Einzelbereiche bestehen dann quasi nur aus Übergangszonen (auf beiden Seiten 20 bis 25 cm) und die äußeren Bereiche zu beiden Seiten der Bahn hätten jeweils äußere Zonen, die nicht über eine kontinuierliche Abstufung der Filtereigenschaften verfügen. Man kann diese durch einfache Verfahrensschritte wie Wegschneiden entweder entfernen, oder von vorne herein die Einzelbereiche an den Rändern schmäler ausführen, im vorliegenden Fall z. B. nur ca. 25 cm anstatt 50 cm, wodurch eine insgesamt nur 1,5 m breite Bahn, aber mit kontinuierlicher Eigenschaftscharakteristik entsteht.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin zweckmäßig, die Trennung zwischen den einzelnen Lagen unterschiedlich lange aufrecht zu erhalten, so daß sich unterschiedlich breite Vermischungszonen ausbilden. Dies kann Vorteile bieten, wenn man beispielsweise beim Wickeln von Filterkerzen dickere Zonen mit einer bestimmten Filtereigenschaft erhalten will. So könnte z. B. bei einem stark trubstoffhaltigen Unfiltrat die Unfiltratseite der Wickelkerze mit einer dickeren Schicht von größerer Porosität versehen sein, so daß sich die Filterkapazität nicht vorzeitig erschöpft.

Prinzipiell ist das Verfahren sowohl zur Bildung von membranartigen als auch vliesartigen Filterbahnen geeignet. Wenn man die Eigenschaften von Membranen variiert, so kann es sich hierbei im wesentlichen um die Porosität oder die Porengröße handeln.

Eigenschaften, die durch spezielle Verfahrensschritte beeinflußt werden können, sind beispielsweise die Dicke der vliesförmigen Bahn, die in Querrichtung im wesentlichen kontinuierlich aber auch überwiegend diskontinuierlich variiert werden kann, indem man beispielsweise an der Vorrichtung zur Herstellung eines Filtervlieses befindliche, zu jedem Stoffauflauf der Gießanorndnung korrespondierende Staulatten unterschiedlich hoch einstellt, so daß pro Zeiteinheit unterschiedliche Mengen von Stoffsuspensionen vergossen werden.

Es wird in diesem Zusammenhang bevorzugt, die Lagen kontinuierlich unter Ausbildung von Bahnen herzustellen, wobei die Bahnen während einer zweiten Entwässerungsphase, also in der Phase, in der die Trennung der Lagen aufgehoben ist, zu einer einzigen Bahn zusammengeführt sind. Wenn man die Stoffsuspensionen auf eine bewegliche Transportvorrichtung, beispielsweise ein Transportband, vergießt, und dabei die Vorschubgeschwindigkeit des Transportbandes vorzugsweise konstant gehalten wird, kann man durch geeignete Einstellung von Staulatten an der Vorrichtung und geeignete Vermischung der vorgetrockneten Stoffsuspensionen eine Bahn mit Dickengradient in Querrichtung erzeugen. Die Dicke einer solchen flexiblen und verformbaren Bahn kann bevorzugt zwischen 0,5 und 5 mm variieren, besonders bevorzugt sind Dicken zwischen 0,5 und 2 mm.

Wenn man solch eine Bahn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konfektioniert und beispielsweise zu einer Filterkerze verarbeitet, kann man je nach Betriebsweise bzw. Wickelrichtung der Filterkerze eine zu- oder abnehmende Tiefenfilterwirkung des Filterelements aufgrund einer Dickenabstufung des Filtervlieses erzeugen.

Legt man über die Bahnbreite bei der Entwässerung bzw. Trocknung der Bahn in Querrichtung Vakuum unterschiedlicher Güte an, beispielsweise indem man getrennte Vakuumsaugkästen nebeneinander unter der Transportbahn anbringt, oder jede sonst geeignete Methode zur Erzielung eines Vakuumgradienten über die Breite der Bahn anwendet, kann man einen unterschiedlich starken Verfilzungsgrad quer zur Bahn erzeugen. Das bedeutet, daß es nach Konfektionierung möglich wird, das spezifische Gewicht in den unterschiedlichen Höhen der Dicke einer Filterschicht zu steuern ebenso wie im konfektionierten Filterelement.

Dies kann ein wesentlicher Vorteil bei der Tiefenfilterwirkung der Elemente sein, da angestrebt wird, Trubstoffe bzw. andere Retentate nicht auf der Oberfläche der Filtervliese sondern in den tieferen Schichten im Inneren der Filterschichten abzuscheiden, um eine vorzeitige Erschöpfung der Filterkapazität zu vermeiden.

Es sollte erwähnt werden, daß man selbstverständlich die beiden vorgenannten Maßnahmen kombinieren kann, um einen Synergieeffekt zu erzielen.

Weiterhin lassen sich die im folgenden noch aufgezählten Verfahrensmodifikation bis auf wenige Ausnahmen sehr vorteilhaft kombinieren, um bestimmte Eigenschaftsbilder zu erzeugen.

Neben den durch Variation der physikalischen Verarbeitungsparameter zu erzielenden Eigenschaftsabstufungen kann einer der Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens darin gesehen werden, daß durch die Verwendung einer Vorrichtung mit getrennten Stoffaufläufen die Applikation von unterschiedlichen Stoffsuspensionen ermöglicht wird.

Die für das Verfahren geeigneten Stoffsuspensionen weisen bevorzugt einen Feststoffgehalt aus Fasern und Zusätzen von ca. 1 bis 3% auf. Für die wässrigen Stoffsuspensionen können dies beispielsweise Kunstfasern und/oder Naturfasern sein, welche in der Lage sind, eine selbstbindende Matrix zu bilden, mit einem Gehalt an gemahlenen Fasern eines Nadelholzzellstoffs und/oder Baumwollfasern und/oder Kunstfasern und/oder poröse, inerte Partikel in Form von Agglomeratteilchen, vorzugsweise Fällungskieselsäure, aufweisen.

Weitere Zuschlagstoffe, beispielsweise Polyamine, Polyethylenimin, kationische oder anionische Polymere bzw. Copolymere erlauben die Abstimmung der Eigenschaften an das individuelle Filtrationsproblem.

Variiert man von Stoffauflauf zu Stoffauflauf nur den Feststoffgehalt bei ansonsten gleicher Rezeptur der Stoffsuspensionen, so kann man beispielsweise dadurch aufgrund variierter Porengrößen unterschiedliche Abscheidungscharakteristiken für Trubstoffe ausbilden. Diese Filtermaterialien lassen sich dann wiederum vorteilhaft zu Filterelementen mit in Durchströmungsrichtung variierter Abscheidungscharakteristik für Trubstoffe anordnen.

Variiert man von Stoffauflauf zu Stoffauflauf entweder nur die Rezeptur allein oder gleichzeitig den Feststoffgehalt, so kann man beispielsweise eine vliesförmige Bahn von Filtermaterialien mit in ihrer Querrichtung variierter Adsorptionscharakteristik erzeugen. Dies geschieht vorteilhaft, indem man die zuzusetzenden, porösen inerten Partikel und/oder feinen Fasern mit kationischen und/oder anionischen Polymeren bzw. Copolymeren und/oder mit Stoffen beaufschlagt, welche physikalische bzw. chemische Umwandlungen bewirken, wobei diese Polymere bzw. Copolymere und/oder Stoffe mittels eines an sich bekannten Immobilisierungsverfahrens gegen Extrahieren sicher an die Oberfläche der Partikel bzw. Fasern gebunden werden.

Mittels der aufgezeigten Methode kann die Filtration von entweder positiv oder negativ geladenen Partikeln aus einem Unfiltrat in Art eines Tiefenfilters erreicht werden. Durch Kombination von kationischen und anionischen Bereichen innerhalb einer Bahn wird es vorteilhafterweise möglich, Kerzen oder Stapel von Filtermaterialien herzustellen, die sowohl kationisch geladene als auch anionisch geladene Partikel zurückhalten können.

Weiterhin kann man die stoffliche Zusammensetzung der vliesförmigen Bahn so einstellen, daß sie in ihrer Querrichtung zwischen ca. 0 und 40 Gew.% an fein fibrilierend gemahlenen Fasern in einer Grundgerüstmatrix aus Faserstoff variiert.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensmodifikation sieht vor, die Zusammensetzung der vliesförmigen Bahn in ihrer Querrichtung bezüglich des Gehalts zwischen 0 und 70 Gew.% an inerten, adsorbierenden Partikeln mit definierten Teilchen zwischen 0,5 und 100 µm in einer Grundgerüstmatrix aus Faserstoff zu variieren.

Noch eine weiter bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß man eine vliesförmige Bahn mit Grundgerüstmatrix aus Faserstoff und in diese in einem Gehalt bis etwa 70 Gew.% eingelagerten inerten, aus adsorbierenden Partikeln in seiner stofflichen Zusammensetzung bezüglichen der mittleren Teilchengröße der adsorbierenden Partikel zwischen 0,5 µm und 100 µm variiert ausbildet.

Wie bereits erwähnt, kann man aus Filtermedien mit in Querrichtung variierten Filtereigenschaften durch Abschneiden oder Abteilen von Streifen entlang der Querrichtung Streifen mit kontinuierlich oder diskontinuierlich variierten Eigenschaftesprofil in Längsrichtung herstellen.

Diese Streifen können bevorzugt zu Stapeln gelegt oder zu Kerzen gewickelt werden.

Besonders vorteilhaft werden die angesprochenen Stapel hergestellt, indem man relativ breite Bahnen mit verhältnismäßig schmalen Übergangszonen zur Streifengewinnung verwendet und die Streifen an der Grenze bzw. an den Grenzen zwischen benachbarten Bereichen mit unterschiedlichen Filtereigenschaften abschnittsweise umlegt. Diese aufeinander gelegten Stapel können dann durch Pressen, wobei eine ausreichend feste mechanische Verbindung der Einzellagen miteinander erzielt wird und anschließendes Ausschneiden zu mehrlagigen Filterschichten oder Filterelementen verarbeitet werden.

Hierbei ist auch wieder die naht- und schweißstellenfreie, relativ einfache Verarbeitung hervorzuheben.

Neben dem Stapeln kann man die Streifen auch zu Filterkerzen wickeln. Hierbei kann man prinzipiell auf verschiedene Weisen verfahren. Man kann vorteilhafterweise die über ihre Länge unterschiedliche Filtereigenschaften aufweisenden Streifen in Längsrichtung zu über ihre Dicke variierte Filtereigenschaften aufweisenden rohrförmigen Filterelementen wickeln. Dadurch ergibt sich beispielsweise die Möglichkeit, da das Filterelement über quasi übergangslos aufeinander folgende Zonen und somit in radialer Richtung praktisch über kontinuierlich variierte Filtereigenschaften verfügt, eine in radialer Richtung in der Tiefe fraktionierte Filtration und/oder Stoffumwandlung vorzunehmen. Die über dieses Verfahren zugängige Filterkerze eignet sich insbesondere für solche Filtrationsaufgaben, die zwar nur eine relativ kleine Variationsbreite der Filtereigenschaften, aber eng tolerierte Übergänge erfordern.

In weiteren Verfahrensmodifikationen kann man vorteilhafterweise bei Ausbildung mit Abschnitten unterschiedlicher Porosität die Streifen zu rohrförmigen Filterelementen mit dem Abschnitt größter Porosität in der Außenumfangszone liegend wickeln.

Weiterhin kann man bei Ausbildung mit Abschnitten unterschiedlicher Porosität die Streifen auch zu rohrförmigen Filterelement mit dem Abschnitt größter Porosität in der Innenumfangszone liegend wickeln.

Die Porosität oder entsprechend auch die Porengröße können z. B. zur Variation der Abscheidungscharakteristik für Trubstoffe verwendet werden. Beispielsweise kann für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren modifizierte Filterkerze die von ihrem Außenumfang her mit zu filtrierendem Medium angeströmt wird, vorgesehen sein, daß das Filterelement in radialer Richtung von außen nach innen abnehmende Porengröße aufweist. Andererseits kann für Anwendungsfälle auch ein strömendes Filterelement mit zu filtrierendem Medium von dem zentralen Strömungskanal her in Betracht gezogen werden, wobei bevorzugt das Filterelement in radialer Richtung von innen nach außen abnehmende Porengröße aufweisen kann, um eine Vergrößerung der Fläche der feinporigen Teile des Filterelementes zu erreichen.

Um die Stabilität der erfindungsgemäßen Filterbahnen zu vergrößern, kann man in einer weiteren bevorzugten Verfahrungsform die Bahn aus Filtermaterial auf einem Stabilisierungsvlies ausbilden. Dazu vergießt man zweckmäßig die wäßrigen oder nicht-wäßrigen Suspensionen oder Lösungen auf einem gemeinsamen Kunststoffvlies. Dieses Verstärkungsvlies ist bevorzugt aus einem geeigneten Kunststoff z. B. Polyethylen, Polypropylen oder ähnlichem, wobei darauf geachtet werden muß, daß das Material je nach Einsatzzweck inert ist.

Das Stabilisierungsvlies wird bevorzugt zwischen Stoffauflauf und Transportband kontinuierlich abgewickelt. Es kann beispielsweise ca. 0,1 bis 0,3 mm dick sein und eine Porengröße von ca. 50 µm aufweisen.

Weiterhin kann man das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend modifizieren, daß man das erfindungsgemäße Vlies zusätzlich mit einem Gewebe oder Netz als Dränage, z. B. Nadelfilz bzw. einem nicht erfindungsgemäßen Vlies z. B. Glasfaservlies versieht und daß ein Trägerstoff z. B. ein Granulat oder ein Pulver etwa Aktivkohle zwischen den Vliesen angebracht werden kann, wobei der Trägerstoff immobilisierte funktionelle Eigenschaften besitzen kann, so daß er z. B. funktionelle Bakterienstämme in seinen Poren aufnehmen könnte; es können auch entsprechende Biokatalysatoren eingebracht werden, die dann während der Filtration ihre Wirksamkeit entfalten. Weiterhin ist es auch möglich, eine erfindungsgemäße Bahn von beiden Seiten mit Dränagegewebe und Trägerstoff zu kombinieren.

Die vollständige Trocknung des mindestens in Randzonen vermischten Vlieses und seine endgültige dauerhafte Verbindung erreicht man vorteilhaft durch Trocknen in einer Trockenstraße. Diese bsp. aus der Papierherstellung bekannten Anlagen werden erfindungsgemäß mit einer besonders für die verwendeten Materialien geeigneten Temperatur zwischen 130 und 170 Grad Celsius betrieben.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Weiterentwicklung einer bekannten Papierherstellungsmaschine bsp. zur Kartonverfilzung gelöst. Dazu wird eine Vorrichtung mit einem Stoffauflaufkasten, einem auf Walzen umlaufenden zur Aufnahme und Entwässerung der als Lage aufgebrachten Suspension ausgebildeten Siebband und mit einer Trocknungseinrichtung geschaffen, die sich dadurch kennzeichnet, daß der Stoffauflaufkasten in mindestens zwei Kammern unterteilt ist, und daß auf dem Sieb auf der Oberseite des Siebbandes mindestens ein Zwischenelement im Bereich des Auslaufs der Kammern zur Trennung der Stoffsuspensionen angeordnet ist, das sich in Transportrichtung des Siebbandes höchstens bis in den Bereich erstreckt, in dem die Entwässerung der Suspensionen nahezu abgeschlossen ist.

Neben den geteilten nebeneinander liegenden Stoffaufläufen und der für jeden Stoffauflauf separaten Stoffzufuhr kann die Vorrichtung vorzugsweise auf eine bestimmte Länge in Transportrichtung in die Trocknungszone ragende Zwischen- bzw. Führungselemente zur Trennung der auf das Transportband gegossenen Stoffsuspension verfügen. Die Länge dieser Führungselemente, die beispielsweise aus einem Blechmaterial gefertigt sein können, ist einstellbar, wodurch der Verbindungsgrad zwischen benachbarten Bereichen und insbesondere die Breite der Übergangszonen und Intensität der Vermischung steuerbar sind.

Die Führungselemente bzw. Führungsbleche sind vorteilhaft zumindest so lange, daß eine gewisse Vorentwässerung der einzelnen aufgebrachten Stoffsuspensionen gewährleistet ist, falls nicht etwa eine vollständige Durchmischung der Einzelstoffe gewünscht wird.

Die Zwischenelemente können auch ganz fehlen, wenn nur gewährleistet wird, daß die Einzelsuspensionen sich aufgrund z. B. ihrer Viskosität nur im geforderten Maß vermischen können.

Neben separaten Stoffaufläufen, die übrigens nicht zwingend vorhanden sein müssen, falls man nur Parameter wie Dicke, die Verfilzungstiefe etc. über die Bahnbreite variieren will, und Führungselementen kann man einen oder weitere Teile der Vorrichtung in separater bzw. nebeneinanderliegend angeordneter oder in Querrichtung zur Transportbahn unterschiedlich einstellbaren Bauweise vorsehen.

Insbesondere können mehrere nebeneinander liegende Staulatten mit separaten Einstellrädern vorhanden sein, die es gestatten, die zugeführte Stoffsuspensionsmenge in Querrichtung zur Transportbahn unterschiedlich zu dosieren. Dadurch kann man beispielsweise die Dicke der Bahn aus Filtermaterial variieren.

Weiterhin kann die Vorrichtung über ihre Gesamtbreite über mindestens zwei quer zur Transportrichtung nebeneinander angeordnete Vakuumsaugkästen verfügen, an die unterschiedliches Vakuum gelegt werden kann. Hierdurch wird ein in Querrichtung variierter Verfilzungsgrad der Bahn aus Filtermaterial erreicht.

Weiterhin ist es möglich durch zusätzliches Anbringen von Zusatzwalzen Stützvliese aus Kunststoff, Dränagegewebe oder Trägerstoffe zwischen die Transportbahn und die aufzubringenden Stoffsuspensionen kontinuierlich abzuwickeln, so daß das fertige Filtermaterial mit einer stützenden Schicht bzw. einer dränierenden Gewebeschicht oder einem Trägerstoff in einem Arbeitsgang versehen werden kann.

An die Trocknungseinrichtung kann zweckmäßig eine Schneideeinrichtung angeschlossen sein, die zum Schneiden und Konfektionieren der Filtermaterialien, insbesondere der Filtervliese mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften eingesetzt werden kann.

Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.

Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen handelt es sich um eine modifizierte Papierherstellungsmaschine zur Vakuumverfilzung (Filterkartonmaschine) 1, deren Aufbau in drei Arbeitsbereiche eingeteilt werden kann. Sie weist in Transportrichtung gesehen einen Stoffzufuhrbereich 2, die im wesentlichen den Stoffauflauf umfaßt, einen Vermischungsbereich 3, und einen Restentwässerungs- bzw. Trocknungsbereich 4 auf, Der Stoffzufuhrbereich 2 weist einen Stoffauflaufkasten 10 auf, der, wie am besten in der Aufsicht zu erkennen ist, drei Kammern 31a, b, c aufweist, die über Stoffzuläufe 30a bis c gespeist werden. In jeder Kammer 31a, b, c des Stoffauflaufkastens 10 ist jeweils eine Loch- bzw. Mischwalze 150 angeordnet, die über einen geregelten motorischen Antrieb 155 angetrieben werden Die Misch- bzw. Lochwalzen 150 sind dabei bevorzugt unterhalb des Auslaufniveaus vorgesehen. Weiterhin weist der Stoffauflaufkasten 10 vertikale Trennbleche 25 auf, die den Stoffauflaufkasten 10 in die voneinander getrennten Kammern 31a, b, c unterteilt. Die Breite des Stoffauflaufkastens 10 entspricht der Gesamtauflaufbreite 6.

In Transport- bzw. Maschinenrichtung schließen sich Staulatten 40 an, die jeweils über Einstellräder 45 verfügen, die an der Oberseite der Staulatten 40 angeordnet sind. Die Staulatten sind mindestens in vertikaler Richtung mittels ihrer Einstellräder beweglich und reichen in ihrer tiefsten Stellung auf den sich abwärts zur Transportbahn neigenden Teil des Auflaufkastens unterhalb des Auslaufniveaus.

An die Trennbleche 25 schließen sich in Transportrichtung Zwischen- bzw. Führungselemente 20 an, die sich dem sich abwärts neigenden Boden des Stoffauflaufkastens im wesentlichen dicht anpassen. Die in ihrer Länge einstellbaren Zwischenbleche 20 reichen auf die Transportbahn, im vorliegenden Fall auf das endlos umlaufende Siebband 120.

Zu beiden Seiten wird die Oberseite des Siebbandes 120 von endlos umlaufenden Deckelriemen 50 begrenzt, die wiederum vom endlos umlaufenden Siebband 120 angetrieben werden. Die Deckelriemen 50 und die Führungselemente 20 überlappen sich eine bestimmte Strecke, es ist jedoch ausreichend, die beiden außen angeordneten Führungselemente 20 nur bis zu den Deckelriemen 50 zu führen. Der Bereich vom Ende der Zwischenelemente 20 bis zum Ende der Deckelriemen 50 bildet den Vermischungsbereich 3.

In diesen Vermischungsbereich treffen die Randbereiche 7 der Lagen 9a, b und c zusammen, so daß sich die Stoffsuspensionen vermischen können.

Es bildet sich eine Vermischungszone 8 aus, deren Breite B von dem Grad der Entwässerung abhängt, der im Vermischungsbereich bereits erreicht ist.

Das endlos umlaufende Siebband 120 wird von einem Walzensystem, das u. a. aus Brustwalze 60, Registerwalzen 70, Antriebs-und Saugwalze 100 und Spannwalzen 110 besteht, bewegt.

Unterhalb des Siebbandes 120 sind mehrere Vakuumsaugkästen 80 angeordnet. Diese können, wie gezeigt, erst in der Restentwässerungszone 4, aber auch schon, wie nicht gezeigt, vorher vorgesehen sein.

Weiterhin kann man in den Fig. 1 eine Bahn aus Filtermaterial 130 erkennen, die nach Beendigung der Trocknungszone 5 in quer zur Transportrichtung verlaufende Vliesstreifen 140 konfektioniert werden kann. Über eine zusätzliche Zuführwalze 160 bzw. ein entsprechendes Walzensystem kann eine beliebige Stabilisierungsfolie 131 kontinuierlich auf die Siebbahn 120 gewickelt werden und bei der Antriebsbzw. Saugwalze 100 zusammen mit dem Vlies 130 die Vorrichtung 1 verlassen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird folgendermaßen betrieben: Durch die Stoffzuläufe 30a bis c werden eine oder mehrere wäßrige Stoffsuspensionen oder Maischen, die sich in ihren Gehalten an Feststoffen und Zusätzen unterscheiden können, den Kammern 31a, b und c des Stoffauflaufkastens 10 zugeführt, die durch Endbleche 25 getrennt sind. Diese Maischen werden durch die Mischwalzen 150, die von dem Motor 155 angetrieben werden in Bewegung gehalten, wodurch ein Absetzen der Feststoffe und ein Entmischen der Stoffsuspension verhindert werden kann. Die Stoffzufuhr wird so reguliert, daß das Suspensionsniveau mit der Oberkante der dem Transportband zugewandten Seite des Stoffauflaufkastens übereinstimmt.

Die Stoffsuspensionen können vorgeheizt sein und sind auch weiterhin durch spezielle Vorrichtungen im Stoffauflaufkasten temperierbar. Durch Drehen der Einstellräder 45 werden die Staulatten aus einer dichtenden Position um einen vorbestimmten Betrag angehoben und das Auflaufen der Stoffsuspensionen auf das als Siebband 120. Die Stoffsuspensionen, die zu den einzelnen Kammern gehören, werden während und nach dem Auflaufen durch Zwischen- bzw. Führungselemente 20 zeitweise voneinander getrennt, um ein Ineinanderlaufen der wässrigen Suspensionen zu verhindern.

Nachdem eine gewisse Entwässerung über das endlose Siebband 120 und über die Registerwalzen 70 stattgefunden hat, enden die Zwischenbleche 20, so daß nach dem Ende der Zwischenbleche 20 eine eingeschränkte Vermischung der Randzonen stattfinden kann. In dieser Phase verhindern die links und rechts auf der Oberseite des Siebbandes angebrachten Deckelriemen 50, ein vorzeitiges, seitliches Ablaufen der Stoffsuspensionen. Am Ende der Deckelriemen in Transportrichtung muß eine genügende Entwässerung stattgefunden haben, und die weitere Trochnung der in den Randzonen vermischten und teilweise entwässerten und getrockneten Stoffsuspensionen wird durch Vakuumsaugkästen 80erreicht. Das entstandene Vlies 130 wird nun einer nicht dargestellten Heißlufttrocknungsanordnung zugeführt, und nach der entgültigen Trocknung kann das Vlies 130 zu Viesstreifen 140 zugeschnitten werden.

Bezugszeichenliste

1 Papierherstellungsmaschine zur Vakuumverfilzung

2 Stoffzufuhrbereich

3 Vermischungsbereich

4 Restentwässerungs- bzw. Trocknungsbereich

5 Trocknungsbereich

6 Gesamtauflaufbreite

7 Randbereich

8 Vermischungszone

9 a, b, c Lage

10 Stoffauflaufkasten

20 Zwischenbleche/Zwischenelemente (Führungselemente)

25 Trennbleche 30 Stoffzufuhr (Stoffauflauf)

31 a, b, c Kammern

40 Staulatten

45 Einstellräder für Staulatten

50 Deckelriemen

55 Deckelriemenwalzen

60 Brustwalze

65 Zuführwalze (zusätzlich)

70 Registerwalzen

80 Vakuumsaugkasten

90 Steuerwalze

100 Antriebs- und Saugwalze

110 Spannwalze

120 Siebband

130 Vlies (Filtervlies)

131 Stabilisierungsvlies

140 Vliesstreifen

150 Mischwalze bzw. Lochwalze zum Verhindern des Absetzens

155 Motorantrieb

160 Zuführwalze


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften insbesondere Filtervliese für Wickelkerzen, bei dem mindestens zwei unterschiedliche, wässrige Stoffsuspensionen hergestellt werden, diese Stoffsuspensionen in zwei nebeneinander angeordnete, voneinander getrennte Lagen ausgebreitet werden, diese Lagen anschließend entwässert werden, wobei die Trennung der Lagen in einer ersten Phase der Entwässerung aufrechterhalten und in einer zweiten Phase der Entwässerung aufgehoben wird, so daß sich die jeweils benachbarten Randbereiche der Lagen während der zweiten Phase der Entwässerung vermischen, und bei dem das vollständig entwässerte Filtervlies anschließend getrocknet und senkrecht zu den sich vermischten Randbereichen in Streifen geschnitten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung so frühzeitig aufgehoben wird, daß sich in den benachbarten Randbereichen eine Vermischungszone von 5-10 cm Breite ausbildet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung zwischen den einzelnen Lagen unterschiedlich lange aufrechterhalten wird, so daß sich unterschiedlich breite Vermischungszonen ausbilden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen kontinuierlich unter Ausbildung von Bahnen hergestellt werden, die während der zweiten Phase der Entwässerung zu einer einzigen Bahn zusammengeführt werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stoffsuspensionen verwendet werden, deren Feststoffanteil 1-3% beträgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Stoffsuspensionen verwendet werden, die positive und/oder negative Ladungen in Form von funktionellen Gruppen enthalten.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bahnen unterschiedlich dick ausgebildet werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrigen Suspensionen auf ein gemeinsames Kunststoffvlies aufgetragen werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffvlies mit dem Auftragen der Suspensionen kontinuierlich abgewickelt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung bei 130-170°C durchgeführt wird.
  11. 11. Vorrichtung zur Herstellung eines Filtervlieses mit unterschiedlichen Filtriereigenschaften aus wässrigen Suspensionen mit einem Stoffauflaufkasten, einem auf Walzen umlaufenden zur Aufnahme und Entwässerung der als Lage aufgebrachten Suspension ausgebildeten Siebband und mit einer Trocknungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffauflaufkasten (10) in mindestens zwei Kammern (31a, b, c) unterteilt ist, und daß auf dem Sieb auf der Oberseite des Siebbandes (120) mindestens ein Zwischenelement im Bereich des Auslaufs der Kammern zur Trennung der Stoffsuspensionen angeordnet ist, das sich in Transportrichtung des Siebbandes (120) höchstens bis in den Bereich erstreckt, in dem die Entwässerung der Suspensionen nahezu abgeschlossen ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelemente (20) in ihrer Länge einstellbar ausgebildet sind.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kammer (31a, b, c) eine eigene Staulatte (40) zugeordnet ist, die jeweils durch separate Einstellräder (45) einzeln höhenverstellbar sind.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerungseinrichtung mindestens zwei quer zur Transportrichtung nebeneinander angeordnete Vakuumsaugkästen (80) aufweist, an die unterschiedliches Vakuum anlegbar ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Zusatzwalzenanordnung (65) ein Stabilisierungsvlies auf das Siebband (120) führbar ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Anspüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Trocknungseinrichtung (5) eine Schneideeinrichtung angeordnet ist.






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