[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filterbeutel für einen Staubsauger, mit
einer Einströmöffnung, durch die zu reinigende Luft in den Filterbeutel einströmen
kann, um dann durch das Filtermaterial des Filterbeutels zu strömen und dabei gereinigt
zu werden, wobei das Filtermaterial mindestens eine Lage Vliesstoff umfasst.
[0002] Die
DE 201 01 466 offenbart einen Filterbeutel für Staubsauger, der aus einem Vliesstoffmaterial gebildet
ist, das zur Bildung eines Beutels randseitig mit einander verschweißt ist. An einer
Lage des Vliesstoffmaterials ist eine Einströmöffnung ausgebildet, die von einer Halteplatte
umgeben ist, um den Filterbeutel an einem Staubsauger festzulegen. Solche Filterbeutel
weisen eine hohe Filterleistung auf, insbesondere können auch sehr kleine Staubpartikel
durch die entsprechende Wahl des Vliesstoffmaterials herausgefiltert werden. Im Laufe
der Benutzung des Filterbeutels verstopft dieser mehr und mehr, so dass die Filterleistung
und der durch den Filterbeutel hindurchtretende Volumenstrom absinkt. Dieses Absinken
des Volumenstromes senkt auch die Filterleistung.
[0003] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Filterbeutel für einen Staubsauger
zu schaffen, der bei möglichst guten Filterleistungen ein Absinken des Volumenstromes
auch bei zunehmender Beladung so gering wie möglich ausfallen lässt.
[0004] Diese Aufgabe wird mit einem Filterbeutel mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
[0005] Erfindungsgemäß ist der Filterbeutel durch ein Filtermaterial gebildet, dass zumindest
bereichsweise verprägt ist, wobei durch eine Profilierung des Filtermaterials die
wirksame Filterfläche vergrößert ist. Dadurch kann bei einer vorgegebenen Geometrie
eines Filterbeutels die Filterleistung verbessert werden. Eine solche Profilierung
gibt dem Filterbeutel eine dreidimensionale Gestalt, die eine größere Oberfläche besitzt
als das ebene Filtermaterial, das bei den gebräuchlichen Filterbeuteln eingesetzt
wird.
[0006] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist durch die Profilierung des
Filtermaterials die wirksame Filterfläche gegenüber einer ebenen glatten Gestaltung
des Filtermaterials um mehr als 10 %, vorzugsweise um mehr als 20 % oder 30 % erhöht.
Denn je nach Gestaltung der Profilierung kann die wirksame Filteroberfläche vergrößert
werden.
[0007] Die Profilierung kann Erhebungen umfassen, die von der Ebene des Filtermaterials
hervorstehen. Zudem sind natürlich auch Rillen, Wellen, Halbkugeln, Kästchen, Rauten,
Dreiecke, Linien, Schlangenlinien oder andere Geometrien möglich, um eine Profilierung
bereitzustellen, die von einer ebenen glatten Gestalt des Filtermaterials abweicht.
Die Profilierung steht von der Ebene des Filtermaterials vorzugsweise um mindestens
1 bis 2 mm, insbesondere um mehr als 3 mm hervor. Dadurch lässt sich auf einfache
Weise eine erhebliche Vergrößerung der wirksamen Filteroberfläche erreichen. Die Profilierungen
können als gerundete Wölbungen ausgebildet sein, die in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind. Beispielsweise können die Profilierungen als Kugelsegmente mit einem Durchmesser
von 4 mm bis 40 mm, vorzugsweise 6 mm bis 20 mm ausgebildet sein. Das Rastermaß für
solche Profilierungen kann dann in einem Bereich zwischen 1 cm und 3 cm liegen, um
eine regelmäßige Oberflächenstruktur bereitzustellen.
[0008] In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Profilierungen in dem Filtermaterial
längliche Rippen. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen ist dabei vorzugsweise
kleiner als 2 cm, vorzugsweise kleiner 1 cm, damit zwischen den Rippen an der Außenseite
des Filterbeutels Luftleitkanäle ausgebildet werden. Die Höhe der Rippen kann zwischen
1 bis 8mm, vorzugsweise 2 bis 5mm liegen. Dadurch wird die Luftleitung außerhalb des
Filterbeutels zu dem Saugkanal verbessert, was die Saugleistung erhöht. Insbesondere
kann die gute Luftleitung auch dann erreicht werden, wenn keine Abstandshalter in
der Kammer für den Filterbeutel in dem Staubsauger vorgesehen sind.
[0009] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Filterbeutel zwei Lagen
aus Filtermaterial auf, die randseitig miteinander verschweißt sind und mindestens
eine Lage Filtermaterial ist vollflächig verprägt. Durch die Erhöhung der wirksamen
Filteroberfläche an zumindest einer Lage Filtermaterial ist es möglich, die zweite
Lage Filtermaterial kostengünstig herzustellen, beispielsweise durch eine Kunststofffolie,
so dass die Gesamtkosten des Filterbeutels reduziert werden. Denn durch die Vergrößerung
der wirksamen Filteroberfläche kann bei selber Filterleistung ein Teil der Filterfläche
kostengünstig durch eine Folie oder ein einfaches Vliesstoffmaterial gebildet sein.
[0010] Für eine gute Filterleistung ist das Filtermaterial mehrlagig aufgebaut und weist
einen Vorfilter, einen Grobstaubspeicher und einen Feinfilter auf. Dabei kann das
Filtermaterial zur Abströmseite eine zunehmende Faserdichte aufweisen, so dass an
der Abströmseite auch sehr kleine Partikel gefiltert werden können. Für eine besonders
feine Abscheidung von Staubpartikeln kann das Filtermaterial eine Schicht aus Feinstfasern,
vorzugsweise mit einem Faserdurchmesser zwischen 10 nm und 1000 nm, insbesondere 100
nm bis 500 nm aufweisen.
[0011] Die Profilierungen an dem Filtermaterial können beispielsweise durch Heißkalandrierung
in das Vliesstoffmaterial eingebracht sein, so dass durch Einwirkung von Druck und
Temperatur eine dauerhafte Verformung des Filtermaterials erreicht wird.
[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Filterbeutel;
- Figur 2
- eine geschnittene Ansicht durch das geprägte Filtermaterial des Filterbeutels der
Figur 1, und
- Figur 3
- eine Graphik zum Volumenstromabfall bei zunehmender Beladung von Filterbeuteln.
[0013] Ein Filterbeutel 1 umfasst zwei Lagen 2 aus einem Filtermaterial, insbesondere einem
mehrlagigen Vliesstoff, die an einem Rand 3 umlaufend miteinander verschweißt sind.
Dadurch besitzt der Filterbeutel 1 einen geschlossenen Innenraum, der nur über eine
Einströmöffnung 5 zugänglich ist. Die Einströmöffnung 5 ist von einer Halteplatte
4 aus Kunststoff umgeben, die zur Festlegung des Filterbeutels 1 in einer Kammer eines
Staubsaugers dient. Zudem kann auch eine Verschlussplatte zum Verschließen der Einströmöffnung
5 vorgesehen sein. Die Geometrie des Filterbeutels 1 kann statt der gezeigten quadratischen
Ausbildung auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise können eingefaltete Seitenkanten
oder andere Geometrien verwendet werden.
[0014] Zumindest eine Lage 2 des Filterbeutels 1 ist geprägt ausgebildet und umfasst in
regelmäßigen Abständen Erhebungen 6, die über ebene Abschnitte 7 miteinander verbunden
sind, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die Höhe h der Erhebungen 6 kann in einem
Bereich zwischen 2 mm bis 5 mm ausgebildet sein, um die wirksame Filterfläche zu vergrößern.
Die Erhebungen 6 stehen von den ebenen Abschnitten 7 hervor, wobei die ebenen Abschnitte
7 eine ebene Filterfläche ausbilden, sowie dies bei den Filterbeuteln nach dem Stand
der Technik vollflächig der Fall ist. Durch das Einprägen der Profilierungen 6 wird
jedoch die wirksame Filterfläche deutlich vergrößert. Dadurch kann die Lage aus Filtermaterial
2 auch mehr Staub speichern, da der Staub auf einer vergleichsweise größeren Fläche
verteilt wird und nur in geringerem Maße eine Verstopfung stattfindet.
[0015] Die Profilierungen 6 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Halbkugeln
ausgebildet, die in einem Rasterabstand von 1,5 cm angeordnet sind und einen Durchmesser
von 1 cm aufweisen. Es ist natürlich auch möglich, statt der Halbkugeln, Kästchen,
Rauten, Dreiecke, Linien oder Schlangenlinien in das Filtermaterial 2 einzuprägen.
[0016] Für das Prägen wir ein Paar aus beheizten Walzen eingesetzt, die je nach Material,
wie Polypropylen, PES, Polyamid oder anderen Materialien, auf Temperaturen zwischen
80° und 240° gebracht werden und zwischen denen das Filtermaterial unter Anpressdrücken
von 0,1 bar bis 50 bar durchgeführt wird. Zum Einprägen eines Musters ist in der Regel
eine Walze mit einer Gravur versehen, wohingegen die Gegenwalze als Glattwalze ausgeführt
ist. Wenn dreidimensionale Geometrien eingeprägt werden, kann auch die Gegenwalze
eine entsprechende Negativform der Prägewalze aufweisen. Durch das Walzenpaar können
Profilierungen 6 in Form von Kästchen, Rauten, Dreiecken, Linien und Schlangenlinien
eingeprägt werden, um die wirksame Filteroberfläche zu vergrößern. Durch Variationen
der Prägebedingungen, insbesondere der Temperatur und dem Anpressdruck ist es möglich,
das Filtermaterial in seiner Dichte und somit seiner Luftdurchlässigkeit und seinem
Filtervermögen zu modifizieren. So kann durch eine besonders starke Verpressung das
Filtermedium komprimiert werden, in Folge dessen werden die Porendurchmesser vermindert
und die Filtereffizienz insbesondere gegenüber kleinen Partikeln gesteigert.
[0017] Es ist natürlich auch möglich, beim Verprägen besondere Formen vorzusehen, um auch
optische Effekte zu erreichen oder eine bestimmte Funktionalität zu gewährleisten.
Auch ist es möglich, nicht die gesamte Beuteloberfläche zu prägen, sondern nur einen
bestimmten Bereich, z.B. den Bereich, der der Einströmöffnung gegenüberliegt, durch
Verprägen mechanisch zu verstärken, da dieser Bereich meist durch auftreffende Partikel
mechanisch besonders beansprucht ist. Der Bereich gegenüber der Einströmöffnung 5
kann daher durch Verprägen verfestigt werden, also eine geringere Schichtdicke aufweisen
als der umgebende Bereich.
[0018] Das Filtermaterial 2 des Filterbeutels 1 ist vorzugsweise eine Kombination verschiedener
Lagen, wobei ein Vorfiltervlies, ein Grobstaubspeicher und ein Feinfilter und eine
stabilisierende Lage eingesetzt werden können. Hierbei hält der Vorfilter groben Schmutz
größer 1 mm zurück, weist eine Luftdurchlässigkeit von mehr als 1000 1/qm x s, eine
Dicke von weniger als 0,5 mm und ein Flächengewicht zwischen 15 bis 100 g/qm auf.
Der Vorfilter besteht vorzugsweise aus einem Spinnvlies, auch Spunbond genannt, einem
Gittergelege oder einer perforierten oder geschlitzten Folie. Der Grobstaubspeicher
speichert groben Schmutz von kleiner als 1 mm, weist eine Luftdurchlässigkeit von
mehr als 1000 1 /qm x s, eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise etwa 1 mm bis
2 mm und ein Flächengewicht zwischen 20 bis 100 g/qm auf.
[0019] Der Grobstaubspeicher besteht vorzugsweise aus einem trocken oder nassgelegten Vlies,
das durch vernadeln oder wasserstrahlen, durch Klebepulver oder Bicomponentenfasern
oder andere übliche Verfestigungsverfahren verfestigt sein kann. Weiterhin kann der
Grobstaubspeicher einen Fasergradienten sowohl bezüglich des Faserdurchmessers (zunehmender
Faserdurchmesser zur Anströmseite hin) als auch der Faserdichte (zunehmende Faserdichte
zur Abströmseite hin) aufweisen. Der Gradient kann dabei auch durch mehrere aufeinanderfolgenden
Vlieslagen mit ebengenannten Eigenschaften ausgebildet werden. Ebenso geeignet ist
ein offenporiger Schaum.
[0020] Der Feinfilter hält feinen Schmutz größer als 0.0001 mm zurück, und weist eine Luftdurchlässigkeit
von mehr als 2001/qm x s, einer Dicke kleiner 0.5 mm und einem Flächengewicht zwischen
15 - 80 g/qm auf.
[0021] Der Feinfilter besteht vorzugsweise aus einem Spinnvlies, einem Meltblow oder einer
Spinnvlies-Meltblow Kombination wie SM,SMS, SMMS, SMSMS, etc.
Die stabilisierenden Lage weist eine Luftdurchlässigkeit von mehr als 500 1/qm x s,
eine Dicke kleiner 1 mm und ein Flächengewicht zwischen 15 - 100 g/qm auf und besteht
vorzugsweise aus einem Spinnvlies, einem Gittergelege oder einer perforierten oder
geschlitzten Folie.
[0022] Alternativ ist es möglich, bei reißfester Ausführung des Grobstaubspeichers auf die
Vorfilterschicht zu verzichten.
[0023] Weiterhin vorteilhaft ist es, neben der Feinfilterschicht eine zusätzliche Feinstfilterschicht
in Form einer Lage aus Nanofasern mit einem Faserdurchmesser von 10 - 2000 nm einzubringen.
[0024] Die Nanofaserschicht hält feinen Schmutz zurück und weist eine Luftdurchlässigkeit
von mehr als 200 1/qm x s, einer Dicke kleiner 0.1 mm und ein Flächengewicht zwischen
0.01 - 2 g/qm auf.
[0025] Vorzugsweise ist die Nanofaserschicht direkt auf der Feinfilterschicht, z.B. einem
Meltblow abgelegt.
Hierbei ist sowohl eine Schicht Nanofasern auf der Abströmseite denkbar, als auch
eine Schicht auf der Anströmseite, sowie zur Erhöhung der Filterleistung sowohl auf
der An- wie Abströmseite.
[0026] Alternativ sind aber auch andere Trägermedien für die Nanofaserschicht geeignet,
insbesondere Spunbond
[0027] In Figur 3 ist eine Tabelle zu dem Volumenstromabfall unterschiedlicher Filterbeutel
gezeigt. Dabei wurden drei Beutel mit einer Fläche von 26 cm x 28 cm getestet, wobei
der Abfall des Volumenstromes bei Beladung des Beutels mit DMT-Typ 8 Staub gemessen
wurde.
Beutel A
[0028] Der Beutel A besteht aus einem fünflagigem Luftfiltermedium aus 20 g/qm Spunbond,
45 g/qm Vlies, 20 g/qm Spunbond, 25 g/qm Meltblow, 30 g/qm Spunbond, in das in einem
Rasterabstand von 1,5 cm Halbkugeln mit einem Radius von 0.5 cm eingeprägt sind.
[0029] Hierdurch ist es möglich, die Oberfläche des Beutels um ca. 30% gegenüber einem nichtgeprägten
Beutel zu vergrößern.
[0030] Diese Oberflächenvergrößerung führt zu einer deutlich verbesserten Saugleistung bei
Befüllung mit Prüfstaub im Vergleich zum Standard Vlies-Beutel.
[0031] Auch ist die Filterleistung mit einer Emission von 0.3 mg/m
3 Feinstaub gegenüber dem Standard Vlies-Beutel mit 0.35 mg/m
3 leicht verbessert.
Beutel B
[0032] Der Beutel B besteht aus einem sechslagigem Luftfiltermedium aus 20 g/qm Spunbond,
45 g/qm Vlies, 20 g/qm Spunbond mit einer Auflage von 0.2 g/qm Nanofasern, 25 g/qm
Meltblow und 30 g/qm Spunbond, in das in einem Rasterabstand von 1,5 cm Halbkugeln
mit einem Radius von 0.5 cm eingeprägt sind.
[0033] Durch die zusätzliche Nanofaser-Feinfilterschicht ist die Filterleistung mit einer
Emission von 0.19 mg/m3 Feinstaub gegenüber dem Standard Vlies-Beutel mit 0.35 mg/m3
deutlich verbessert.
[0034] Allerdings nimmt aufgrund der erhöhten Filterleistung die Saugleistung nicht in dem
Maße zu, wie es aufgrund der Beuteloberflächenvergrößerung zu erwarten wäre.
Beutel C
[0035] Der Beutel C ist ein Standard Vlies-Beutel aus einem fünflagigem Luftfiltermedium
aus 20 g/qm Spunbond, 45 g/qm Vlies, 20 g/qm Spunbond, 25 g/qm Meltblow sowie 30 g/qm
Spunbond, der nicht verprägt ist und eine glatte Oberfläche aufweist.
[0036] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Filterbeutel Profilierungen in Form
von länglichen parallel zueinander angeordneter Rippen auf. Der Abstand zwischen zwei
benachbarten Rippen ist dabei vorzugsweise kleiner 1 cm, so dass eine gewellte Struktur
erhalten wird. Die Höhe der Rippen liegt zwischen 2 bis 7 mm. Durch dir Rippen wird
die Luftleitung außerhalb des Filterbeutels zu dem Saugkanal verbessert. Denn im Staubsauger
liegt der Filterbeutel an den Innenwänden der Staubkammer an und die Luft muss nicht
nur den Beutel durchströmen, sondern dann auch noch zwischen der Außenwand des Filterbeutels
und der Staubsaugerkammer hindurch zum Motor geleitet werden. Da der Filterbeutel
sich im Betrieb aufbläst, liegt er relativ dicht an die Wand der Kammer an. Dadurch
ist der Weg für die Luft teilweise versperrt, was zu einem Saugleistungsverlust führt.
[0037] Dieser Erscheinung wirken die Gerätehersteller meist durch Einbringung von Abstandsrippen
in den Staubraum entgegen, um Kanäle zur Lufthinleitung zum Motor bilden.
[0038] Durch die Prägung, insbesondere durch die Vorsehung länglicher Rippen kann der Abstand
zwischen Filterbeutel und der jeweiligen Wand zur Staubkammer auch ohne diese Abstandsrippen
sicherstellt werden. Dadurch ergibt sich eine bessere Saugleistung, weil der Abstand
zwischen Außenwand des Filterbeutels und der Wand der Staubkammer eine bessere Luftströmung
erlaubt. Zudem kann die Gestaltung des Staubraumes durch Weglassen der Abstandsrippen
vereinfacht werden, was Materialeinsparungen bei der Herstellung der Staubkammer erlaubt.
[0039] Zur Herstellung solcher Luftleitkanäle können neben länglicher Rippen auch andere
Profilierungen oder eine Kombination verschiedener Profilierungen verwendet werden.
Der Abstand zwischen den Profilierungen kann dabei 0,5 bis 1,5 cm betragen, während
die Höhe der Profilierungen rund 2-5 mm, vorzugsweise 3-4 mm beträgt.
1. Filterbeutel (1) für einen Staubsauger, mit einer Einströmöffnung (5), durch die zu
reinigende Luft in den Filterbeutel (1) einströmen kann, um dann durch das Filtermaterial
des Filterbeutels zu strömen und dabei gereinigt zu werden, wobei das Filtermaterial
mindestens eine Lage Vliesstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial zumindest bereichsweise verprägt ist und durch eine Profilierung
des Filtermaterials die wirksame Filterfläche vergrößert ist.
2. Filterbeutel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Profilierung (6) des Filtermaterials die wirksame Filterfläche gegenüber
einer ebenen glatten Gestaltung des Filtermaterials um mehr als 10 %, vorzugsweise
um mehr als 20 % erhöht ist.
3. Filterbeutel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (6) Erhebungen umfasst, die von der Ebene des Filtermaterials hervorstehen.
4. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (6) von der Ebene des Filtermaterials um mindestens 2 mm, vorzugsweise
um mehr als 3 mm hervorstehen.
5. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (6) als gerundete Wölbungen ausgebildet sind.
6. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (6) als Kugelsegmente mit einem Durchmesser von 4 mm bis 40 mm,
vorzugsweise 6 mm bis 20 mm ausgebildet sind.
7. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen in dem Filtermaterial längliche Rippen umfassen.
8. Filterbeutel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen in einem Abstand kleiner als 2cm, vorzugsweise kleiner 1 cm, angeordnet
sind, um zwischen sich an der Außenseite des Filterbeutels Luftleitkanäle auszubilden.
9. Filterbeutel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen eine Höhe von 1 bis 8mm, vorzugsweise 2 bis 5mm aufweisen.
10. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterbeutel (2) zwei Lagen aus Filtermaterial aufweist, die randseitig miteinander
verschweißt sind und mindestens eine Lage Filtermaterial vollflächig verprägt ist.
11. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial mehrlagig aufgebaut ist und einen Vorfilter, einen Grobstaubspeicher
und einen Feinfilter aufweist.
12. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial zur Abströmseite eine zunehmende Faserdichte aufweist.
13. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial eine Schicht aus Feinstfasern, vorzugsweise mit einem Faserdurchmesser
zwischen 10 nm und 1000 nm, insbesondere 100 nm bis 500 nm aufweist.
14. Filterbeutel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (6) durch Heißkalandrieren in das Vliesstoffmaterial eingeprägt
sind.