Feinfiltermatte mit Gewirk-Zwischenlage für Farbspritzkabinen und andere Reinräume

Zusammenfassung:


[0001] Die Neuerung betrifft Feinfiltermatten zur Endfiltration der Luft, wie sie insbesonderein Farbspritzkabinen, aber auch in anderen Reinräumen eingesetzt werden und besteht in einervollflächigen, schwingungsdämpfenden, maschenförmig gewirkten Zwischenlage zwischen die Filtermattenund die zum Abstützen der Feinfiltermatten erforderlichen Stützgitter, welche Zwischenlage mitden untersten Faserlagen der Feinfiltermatten durch Kleben oder andere punktförmige Verbindungselementebekannter Art verbunden ist.

Stand der Technik:


[0002] In großen, geschlossenen Farbspritzkabinen für anspruchsvolle Lackierarbeiten wie auchin größeren Reinräumen für andere Arbeiten wird die gesamte Raumdecke als Luftfilter genutzt,indem man den weitaus größten Flächenanteil mit waagerecht angeordneten Luftfiltermatten (sog.Feinfiltermatten im Unterschied zu den für die Vorfiltration verwendeten Vorfiltermatten) bestückt,durch welche die dem Raum zuzuführende Frischluft von oben einströmt.
[0003] Die Feinfiltermatten bestehen aus einer Schichtung von Fasern, welche in sogenanntemprogressivem Aufbau" geschichtet sind. Das bedeutet, dass Schichten aus Fasern in unterschiedlicherDichtepackung so hintereinander - in Durchströmrichtung betrachtet - immer dichter, ungeordnetkreuz und quer angeordnet sind, dass eine gleichmäßige Porositätsabnahme zur Reingasseite hinentsteht.
[0004] Während des Durchströmens wird die Luft von den Fasern ständig umgelenkt, wobei von ihrmitgeführte, in der Vorfiltration nicht vollzählig abgeschiedene Staubteilchen oder andere Schmutzpartikelinfolge ihres Trägheitsverhaltens auf einzelne Fasern aufprallen. Die Fasern sind durch einsogenanntes Imprägnierverfahren mit einer haftaktiven Beschichtung versehen, sodass die aufdie Fasern während der Durchströmung der Feinfiltermatte auftreffenden Staubteilchen an denFasern anhaften und mehr oder weniger fest kleben bleiben.
[0005] Neben dieser End-Filtration oder Feinfiltration der durch die sog. Vorfilter anderweitigvorgefilterten Luft erfüllen die Feinfiltermatten die Aufgabe, die Frischluft gleichmäßig auf diegesamte Deckenfläche zu verteilen, damit sie möglichst wirbelfrei senkrecht nach unten zu deram Boden der Farbspritzkabine - respektive des Reinraumes - angeordneten Absaugung fließt.
[0006] Den nicht von den Feinfiltermatten selbst eingenommenen Flächenanteil der Raumdecke vonnur ca 10 % benötigt man für die Tragkonstruktion der sog. Filterdecke, denn außer dem Eigengewichtder Feinfiltermatten und ihrer sich bis auf ca 300 g/m² erhöhenden Staubaufnahmemuss der statische Widerstand getragen werden, den die Feinfiltermatte der durch sie hindurchströmenden Frischluftentgegensetzt. Um der Forderung nach möglichst wirbelfreier Einströmung gerecht zu werden, bildetman die Tragkonstruktion als Rahmen von ca 1 Meter Breite aus, welche Rahmen quer zur Raumdeckean einem oberhalb der sog. Filterdecke vorgesehenen Tragwerk, rundum zur Wandkonstruktion abgedichtetaufgehängt werden, wobei die Rahmenlänge meist der Kabinenbreite entspricht. Jeder Rahmen bestehtaus zwei etwa gleich großen Rahmenteilen, zwischen denen ein Stützgitter angeordnet ist, auf welchesdie Filtermatte aufgelegt ist. Einer der beiden Rahmenteile, der obere oder der untere ist zumAuswechseln der Filtermatte leicht lösbar bzw. abklappbar befestigt. Der untere trägt das Stützgitter,auf welchem die Luftfiltermatte aufliegt und von dem sie während des Betriebes getragen wird.Die Kanten der Feinfiltermatten werden beim Einbau zwischen den beiden genannten Rahmenteilen,dem Tragrahmen und dem Klemmrahmen, in bekannter Weise eingeklemmt und dadurch abgedichtet,sodass die Frischluft die Feinfiltermatten zwangsläufig passieren muss.
[0007] Derartige Feinfiltermatten besitzen selbst nicht die nötige mechanische Festigkeit, umdem Luftwiderstand von ca 150 Pa standzuhalten, den die Matten der durchströmenden Luft entgegensetzenwie auch um das Eigengewicht der Matten und zusätzlich das Gewicht des schließlich aufgenommenenStaubes zu tragen. Sie werden vor dem Zerreissen bzw. allgemein vor zu starker Belastung geschützt,indem sie von den in den unteren der beiden Rahmen eingesetzten Stützgittern abgestützt werden. Esist bei dieser an sich bewährten und allgemein üblichen Bauweise unvermeidlich, dass sämtliche aufdie Farbspritzkabine einwirkenden Erschütterungen, z. B. von dem Fördersystem der Werkstückträgerausgelöst wie auch alle Schwingungen, z. B. vom Ventilatorsystem verursacht wie insbesondereauch Infraschallschwingungen des Belüftungssystems durch diese Stützgitter auf die Feinfiltermattenübertragen werden.
[0008] Diese Schwingungen bewirken, dass schwächer an den Fasern haftende Staubteilchen Iosgerütteltwerden und, sobald sie nach und nach an der untersten Faserschicht angelangt sind, sich auchvon dieser lösen können und dann einige von ihnen auf das darunter hindurch geförderte Werkstückauftreffen, haften bleiben und somit einen sog. Lackierfehler verursachen.
[0009] Der Effekt ist den Herstellern der Filtermaterialien gut bekannt, wie aus der Konstruktionder von einem maßgeblichen Hersteller selbst entwickelten und ständig verwendeten Filterprüfeinrichtung hervorgeht.Dort ist nämlich extra ein Rüttler eingebaut, um die Schwingungen des Farbspritzkabinensystemszu simulieren. Genau beschrieben ist eine solche Prüfeinrichtung mit integriertem Rüttler indem bereits im Jahre 1992 als Sonderdruck der Fa. Carl Freudenberg/Weinheim, einem maßgeblichen Herstellervon Feinfiltermatten, veröffentlichten Vortrag von Dipl. Ing. M. Friedl mit dem Titel Die richtigenLuftfilter als Voraussetzung für gute Lackierergebnisse". Man ist sich demnach seit langem imKlaren, dass die verschiedenen auf die Feinfiltermatten einwirkenden Schwingungen den Hauptzweckder Filter, nämlich das Fernhalten von Staub konterkarieren. Man hat sich aber damit abgefunden undtauscht die Filtermatten aus, bevor sie von Staub soweit gesättigt sind, dass viele Teilchenaustreten.
[0010] Anders ausgedrückt: Die Feinfiltermatte selbst besteht wie bereits oben ausgeführt aus einerVielzahl von feinen Fasern, die derart aufeinander geschichtet sind, dass sie ein chaotischesGewirr bilden, wodurch die zwischen den Fasern durchströmende Luft vielfach immer wieder umgelenktwird. Durch diese während des Luftdurchtritts von den Fasern bewirkte ständige Umlenkung derLuft werden in ihr mitgeführte feinste Schmutzteilchen in den verschiedensten Richtungen gegen diehaftaktiv beschichteten Fasern geschleudert und bleiben dort mehr oder weniger fest haften.Weniger heißt, dass einzelne Teilchen auch wieder Iosgerissen werden, insbesondere solche, dieauf eine Stelle treffen, an der bereits ein anderes Teilchen angelagert wird bzw. festklebt.
[0011] Die Ursache für das Ablösen von einem bereits an einer Faser anhaftenden Staubteilchenkann also zum Ersten die durchströmende Luft sein, zum Zweiten ein an die gleiche Stelle treffendesStaubteilchen und zum Dritten mechanische bzw. akustische Schwingungen.
[0012] Der Filtervorgang ist also keine absolute Entfernung von Staubteilchen, sondern lediglicheine statistische, wobei die Filtrationswirkung mit zunehmender Sättigung des Filters abnimmtund im Laufe der Nutzungsdauer immer mehr Teilchen die Filtermatte in Richtung auf das zu lackierendeWerkstück, z. B. eine Autokarosse verlassen! Spätestens sobald eine Staub-Sättigung mit maximalca. 300 g Staub je m² Filterfläche erreicht ist oder zu einem früheren Zeitpunkt, wennnämlich zu viele Staub-Partikel durchgelassen werden, werden alle in die betreffende Farbspritz-Kabinendecke eingebautenFeinfiltermatten ersetzt.
[0013] Wie eine neuerdings übliche automatische Lackfehlerkontrolle erwartungsgemäß bestätigt,finden sich auf den überwiegend waagerecht liegenden Oberflächen von Karossendach, -haube undKofferraumdeckel von Kraftfahrzeugen wesentlich mehr Lackierstörungen, bestehend aus kleinenSchmutz- und Staub- und auch Filterfaserteilchen, als auf den überwiegend senkrechten Oberflächen derKarossen-Seitenwände bzw. -Türen.
[0014] Das bedeutet, dass die meisten Lackfehler tatsächlich von oben kommend aus den Feinfiltermattenstammen, wie auch andere Untersuchungen gezeigt haben.
[0015] Verschiedene Forschungs- und Untersuchungsberichte haben in den vergangenen Jahren zwar zuVerbesserungen der Verhältnisse allgemein und besonders der Filtermattenqualität geführt, jedochdie Situation nicht grundlegend verändert.

Aufgabenstellung der Neuerung:


[0016] Es ist die Aufgabe der hier beschriebenen Neuerung, einen beträchtlichen Fortschrittbezüglich der Reduzierung der Menge der durch die Filtermatte hindurchtretenden Staubpartikelzu erzielen und den Abrieb, d. h. von auf dem Stützgitter durch die Schwingungen Iosgelösten oderzerbrochenen Faserteilchen zu verringern.
[0017] Die Lösung ist eine schwingungsabsorbierende Zwischenlage zwischen der Feinfiltermatteund das sie tragende Abstützgitter. Der Rahmen trägt nicht länger über das Stützgitter direktdie unteren Faserlagen, sondern die Zwischenlage, auf der die Feinfiltermatte auf ihrer gesamtenFläche aufliegt. Die Zwischenlage ihrerseits besteht vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlichaus einem maschenartig aus monofilem Kunstofffaden gestrickten Gewirk. Auch andere netzartige,aus schwingungsabsorbierendem Material hergestellte Gewirke mögen in den verschiedensten Ausführungen diegleiche Aufgabe erfüllen, nämlich die Übertragung von mechanischen oder akustischen (z. B. Körperschall- oder Infraschall-)Schwingungen vom Stützgitter auf die Feinfiltermatte zu hindern bzw. zu unterbinden.
[0018] Eine Ausführungsvariante lässt das Stützgitter entfallen. Bei dieser Ausführung wirdein zweites, maschenförmig gestricktes Gewirk unterlegt, durch dessen Maschen im Abstand von 3bis 10 cm Kunststofftragstäbe, z. B. aus GFK gefertigte Stäbe, quer zur Filtermattenlänge gestecktsind, welche auf den unteren Rahmenteilen aufliegend mit eingeklemmt werden und anstelle desStützgitters die aus Filtermatte und schwingungsdämpfendem Gewirk bestehende Schichtenlage tragen.
[0019] Zusätzlich soll die Gewirkzwischenlage mit der untersten, der dichtest gepackten Faserschichtpunktförmig verklebt oder durch andere an sich be-kannte Verbindungsmittel wie Nähen, Steppen usw. verbunden sein, damit keine Bewegung untereinander zwischenFeinfiltermatte und Gewirkzwischenlage zu Abrieb führt.
[0020] Die damit erzielte bedeutende Verringerung der Anzahl der durchtretenden Staub- bzw.Schmutzteilchen wird dabei durch mehrere an sich unterschiedliche Umstände bewirkt: 1. Diezu beobachtende Vibration der Filtermatten, verbunden mit einem leichten Aufklopfen der Mattenauf dem Stützgitter, wird verringert bzw. fast völlig unterbunden und besonders lose haftendeSchmutzteilchen damit nicht länger förmlich durchgeklopft".2. Da nicht nur das Filtermaterial, sondern vor allem die Stützgitter mit der gesamten Anlageim Unterschallbereich mit unterschiedlicher Schwingungszahl vibrieren, reiben die Filter beider neuerungsgemäßen Lösung nicht mehr ständig auf dem Stützgitter, was bislang einen Abriebder Fasern und ein Durchrütteln von Schmutzteilchen bewirkte.3. Kunststoffgewirke als Zwischenlagenmaterial hat eine bessere Eigendämpfung als Metallgitterund damit wird sowohl der Abrieb als vor allem die Rüttelwirkung des Stützgitters verringert.4. Auch an dem abdichtend eingespannten Filtermattenrand wird die Rüttelwirkung durch die neuerungsgemäße,dort mit eingespannte Kunststoffmaschen-Zwischenlage verringert.



Anzumerken bleibt ein Vergleich:


[0021] Wie man aus dem Bau von Vibrations-Siebmaschinen weiß, vervielfacht eine unter einemKunststoff-Siebgewebe angebrachte Unterlage - insbesondere eine Metallgitterunterlage - auf geradezufrappierende Weise die Siebgeschwindigkeit. Während z. B. feine, rieselfähige Kunststoff-Stäube aufeinem Kunststoff-Sieb auch bei stärkster Vibration und bester Siebspannung unbeweglich liegenbleiben, auch wenn die Maschenweite des Siebgewebes das zehnfache des Teilchendurchmessers beträgt,fließen sie wie eine Flüssigkeit hindurch, sobald unter dem Sieb eine die Vibration übertragende Unterlage- vorzugsweise ein Metallgitter - angebracht wird, Insbesondere dieser Effekt, der auch beiden herkömmlichen Feinfiltermatten zur Auswirkung kommt, wird mit der neuerungsgemäßen Ausführungvermieden.
[0022] Ganz extrem nutzt man übrigens den Klopfeffekt bei den bekannten Klopfstaubsaugern bzw.dem Teppichklopfer.

Vorteil der Lösung:


[0023] Durch die vorgeschlagene Neuerung wird ein Großteil der aufwändigen, manuell auszuführenden Lackier-Nacharbeitenvermieden, die notwendig sind, um den hohen Anforderungen der Kunden an eine absolut fehlerfreieLackierung zu entsprechen. Da mit dem Abschleifen solcher Fehlstellen fast immer auch eine Verletzungder darunterliegenden Lackschichten, insbesondere nahe von Kanten oft sogar eine Verletzungder vor Unterrostung schützenden Phosphatschicht unvermeidlich verbunden ist, bedeutet eineweitgehende Vermeidung von durch Verunreinigungen verursachten Fehlerstellen neben der durchden Wegfall von Schleifarbeit entstehenden Kostenersparnis gleichzeitig eine beträchtliche Qualitätsverbesserung.
[0024] Die Zeichnungen zeigen auf Blatt 1 in Fig. 1 einen Querschnitt gemäß A-A und in Fig. 2einen Querschnitt gemäß B-B gemäß den Ansprüchen 1, 3 und 4.
[0025] Auf Blatt 2 ist nach den Ansprüchen 1, 2 und 4 in Fig. 3 ein Querschnitt gemäß C-C undin Fig. 4 ein Querschnitt gemäß D-D dargestellt.
[0026] In Fig. 1 ist der Tragrahmen (1) und der darüber angeordnete Klemmrahmen (2) dargestellt,die beiden Teile der Filterrahmen, welche miteinander die waagerecht in Spritzkabinen eingebauteFilterdecke bilden. (3) zeigt die Seitenwand der Spritzkabine; (4) einen benachbarten Filterrahmen.Entlang dem unteren Rand (5) des Klemmrahmens verläuft die Klemmung. Der Pfeil (6) zeigt dieLuftströmungsrichtung.
[0027] (7) veranschaulicht die Filterfaserschicht, (8) die Querstäbe und (9) die Längsstäbedes aus diesen beiden gebildeten Stützgitters (10).
[0028] Zwischen Filterfaserschicht (7) und Stützgitter (10) ist ein die gesamte Zwischenfläche einnehmendes,aus monofilen Kunststoff-Fäden (12) bestehendes Gewirk (11) angeordnet, welches durch punktförmigeVerklebungen an sämtlichen Berührungsstellen (13) mit der Filterfaserschicht (7) verbunden ist.
[0029] (14) zeigt eine weiche, geschlossenporige, schwingungsdämpfende und rundum auf den Tragrahmen(1) verlaufende Dichtung.
[0030] Fig. 2 zeigt die gleichen Elemente in einer um 90° gegen die Fig. 1 gedrehten Querschnittsdarstellung.
[0031] Auf Blatt 2 zeigen die Fig. 3 und Fig. 4 die gleichen Bestandteile mit dem Unterschiedgegenüber der auf Blatt 1 gezeigten Lösung, dass hier die die Längsstäbe (8) fehlen und dieQuerstäbe durch GFK-Stäbe (15) ersetzt sind, die durch ein zweites Trag-Gewirk (16) gestecktund von diesem in ihrer Position gehaltert werden. Das Trag-Gewirk (16) trägt hier das Gewirk (11) und beide Gewirke (11) und (16) sind zu diesem Zweck um 90° um dieVertikalachse gedreht zu einander angeordnet. Auch bei dieser Lösung sind das Gewirk (11) unddie untere Lage der Faserfilterschicht (7) durch punktförmige Verklebung (13) miteinander verbunden.