DE112009000576T5

DE112009000576T5 - Statisch dissipative Filtrationsmedien

Info

Publication number: DE112009000576T5
Application number: DE112009000576T
Authority: DE
Inventors: Julie Fostoria Graber; Gary L. Wharton Rickle; Michael J. Tipp City Monnin
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: GVS Filtration Inc
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: WO2009123786A2; BRPI0911096A2; CN101983096A; US8080086B2; US20110155658A1; US7927400B2; DE112009000576B4; CN101983096B; US20090249951A1; WO2009123786A3

Abstract

Filtrationsmedium, umfassend ein Filtermedium, das zum Filtern von Fluid geeignet ist; und eine statisch dissipative Mediumsschicht, wobei die statisch dissipative Mediumsschicht einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10¹² Ohm/qm aufweist.

Description

INFORMATIONEN ZUR PRIORITÄT
Diese Anmeldung ist als eine internationale PCT-Patentanmeldung im Namen von Cummins Filtration IP Inc. eingereicht und beansprucht den Vorteil der Priorität aus US-Anmeldung Nummer 12/062222, eingereicht am 3. April 2008, und mit dem Titel „STATISCH DISSIPATIVE FILTRATIONSMEDIEN”, die hiermit vollständig unter Bezugnahme aufgenommen ist.
BEREICH
Diese Offenbarung betrifft Fluidfiltrationsmedien, und spezieller betrifft sie Fluidfiltrationsmedien, die dazu bestimmt sind, eine statische Aufladung abzuleiten.
HINTERGRUND
Bei vielen Anlagen für gefiltertes Fluid baut sich statische Aufladung auf, wenn das Fluid den Filter passiert. Beispielsweise bei Kraftstoffanlagen für Kraftfahrzeuge und stationären Kraftwerken baut sich statische Aufladung auf, wenn der Kraftstoff den Kraftstofffilter passiert. Es ist notwendig, die statische Aufladung an dem Filter abzuleiten, sodass kein statischer Vorfall, wie z. B. ein Funke, erzeugt wird, der einen Hohlraum in dem Filtermedium oder ein potentielles Sicherheitsbedenken hervorrufen kann. Bei Kraftstofffiltern des Standes der Technik wurde eine Ableitung der statischen Aufladung mittels etlicher Verfahren umgesetzt, die zusätzliche Komponenten oder teurere Materialien erfordern, wodurch die Kosten des Filters erhöht werden.
Alternative, günstigere Optionen zur Befriedigung der Anforderungen an statische Ableitung von Fluidfiltrationsmedien werden benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Fluidfiltrationsmedium wird beschrieben, das eine statisch dissipative Mediumsschicht einbringt, um die statische Aufladung abzuleiten, die sich aufbaut, wenn ein Fluid das Filtrationsmedium passiert. Die Filtrationsmedien können für etliche Fluids verwendet werden, beispielsweise Kraftstoff, wie z. B. bleifreies Benzin oder Diesel, Hydraulikfluid, Schmieröl, Harnstoff und andere Fluids, sowohl flüssig als auch gasförmig, wobei ein Aufbau statischer Aufladung ein Bedenken ist, wenn das Fluid das Filtrationsmedium passiert.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Filtrationsmedium ein Filtermedium, das zum Filtern von Fluid geeignet ist, und eine statisch dissipative Mediumsschicht. Die statisch dissipative Mediumsschicht weist einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10¹² Ohm/qm auf, der die Mediumsschicht als statisch dissipativ gemäß der Electrostatic Discharge (ESD) Association klassifiziert. Für Kraftstoffanwendungen geht man derzeit davon aus, dass der Oberflächenwiderstandswert zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm liegen sollte.
Bei einer Ausführungsform umfasst die statisch dissipative Mediumsschicht ein Spinnvlies nichtleitender Fasern und statisch dissipative Fasern, die mit den nichtleitenden Fasern verteilt sind. Die statisch dissipativen Fasern können eine nichtleitende Komponente und eine leitende Komponente umfassen.
Das Filtermedium kann jedes Filtermedium sein, das zum Filtern des fraglichen Fluids geeignet ist. Im Fall von Kraftstoff kann das Filtermedium ein Tiefenmedium sein, das eine Vielzahl an Schichten schmelzgeblasener Medien umfasst, wobei die Schichten schmelzgeblasener Medien unterschiedliche Porositäten aufweisen. Wenn ein Tiefenfiltermedium verwendet wird, ist die statisch dissipative Mediumsschicht vorzugsweise neben der Filterschicht angeordnet, die die größte Elektronenablösung, d. h. die geringste Porosität, aufweist.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Trägerschicht bereitgestellt werden, um das Filtermedium und die statisch dissipative Mediumsschicht zu unterstützen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische, perspektivische Seitenansicht eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeugs mit einem Pumpenmodul, das das hierin beschriebene Filtrationsmedium einbringen kann.
2 ist eine vergrößerte, ausschnitthafte Schnittzeichnung einer Ausführungsform des Filtrationsmediums.
3 ist eine vergrößerte, ausschnitthafte Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform des Filtrationsmediums.
4 ist eine vergrößerte, ausschnitthafte Schnittzeichnung noch einer weiteren Ausführungsform des Filtrationsmediums.
5 ist eine vergrößerte, ausschnitthafte Schnittzeichnung noch einer weiteren Ausführungsform des Filtrationsmediums.
6 ist eine vergrößerte, ausschnitthafte Schnittzeichnung noch einer weiteren Ausführungsform des Filtrationsmediums.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Filtrationsmedien können bei der Filtration etlicher Fluids eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Kraftstoff, wie z. B. bleifreies Benzin oder Diesel, Hydraulikfluid, Schmieröl, Harnstoff und andere Fluids (sowohl flüssig als auch gasförmig), wobei ein Aufbau statischer Aufladung ein Bedenken ist, wenn das Fluid das Filtrationsmedium passiert. Der Einfachheit halber wird das Filtrationsmedium hierin als zur Verwendung bei Kraftstofffiltration bestimmt beschrieben. Um bei der Beschreibung der Konzepte der Filtrationsmedien zu helfen, veranschaulicht 1 ein in einen Tank aufgenommenes Kraftstoffmodul eines Kraftfahrzeugs, bei dem die hierin beschriebenen Filtrationsmedien verwendet werden können. Die Filtrationsmedien können in den In-Line-Filter 10 eingebracht sein, der sich an der Oberseite des Kraftstoffmoduls befindet. Die Gestaltung und der Betrieb von in einen Tank aufgenommenen Kraftstoffmodulen sind aus der Technik wohl bekannt. Weitere Verwendungen der Filtrationsmedien sind natürlich möglich, einschließlich einer Verwendung bei anderen Arten von Kraftstofffiltern, sowohl innerhalb als auch außerhalb eines Kraftstofftanks.
Wendet man sich 2 zu, ist eine Ausführungsform des Filtrationsmediums 20 veranschaulicht. Das Filtrationsmedium 20 beinhaltet Filtermedium 22, das zum Filtern von Kraftstoff geeignet ist, eine statisch dissipative Mediumsschicht 24 und eine Trägerschicht 26. Die Richtung des Fluidflusses durch das Medium 20 ist durch den Pfeil veranschaulicht.
Das Filtermedium 22 kann jedes Medium sein, das zum Filtern des Fluids geeignet ist, mit dem das Filtrationsmedium 20 verwendet wird. Im Fall von Kraftstoff kann das Filtermedium 22 irgendeines von etlichen Medien sein, von denen Fachleute wissen, dass sie zum Filtern von Kraftstoff ausreichend sind. Beispielsweise kann das Filtermedium 22 ein geneigtes Tiefenfiltermedium sein, das eine Vielzahl an Vliesschichten 22a, 22b, 22c schmelzgeblasener Filamente umfasst. Die Schichten 22a–22c sind vorzugsweise derart angeordnet, dass Filamente und Porengröße in der Richtung des Kraftstoffflusses abnehmen, um eine abgestufte Filtration von Schwebstoffen bereitzustellen. Demzufolge weist die Schicht 22a eine erste Porosität auf, die Schicht 22b weist eine geringere Porosität auf und die Schicht 22c weist die geringste Porosität auf. Beispiele abgestufter Dichte, schmelzgeblasener Filtermediumsschichten sind in der Technik wohl bekannt, geeignete Beispiele dafür sind in der Veröffentlichung von US-Patentanmeldung Nr. 2006/0266701 und US-Patent Nr. 6,613,227 , die hierin vollständig unter Bezugnahme aufgenommen sind, offenbart. Bei einer alternativen, in 5 veranschaulichten Ausführungsform ist das Filtermedium 22 eine einzelne Schicht Filtermedium.
Die statisch dissipative Mediumsschicht 24 kann jedes Medium sein, das eine statisch dissipative Eigenschaft zeigt. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe statisch dissipativ und statisch dissipatives Medium auf diejenige Klasse Materialien, die als von der ESD Association als statisch dissipativ klassifiziert sind. Gemäß der ESD Association ist ein Material als statisch dissipativ klassifiziert, wenn es einen Oberflächenwiderstand aufweist, der gleich oder größer als 1 × 10⁵ Ω/qm, aber weniger als 1 × 10¹² Ω/qm ist, oder einen Durchgangswiderstand aufweist, der gleich oder größer als 1 × 10⁴ Ω-cm², aber weniger als 1 × 10¹¹ Ω-cm² ist. Bei statisch dissipativen Materialien fließen Aufladungen langsamer und etwas kontrollierter zu Erdungspunkten als bei leitenden Materialien. Es ist wichtig zu erkennen, dass ein Material statisch ableiten kann, aber dennoch nicht als statisch dissipativ klassifiziert ist. Etliche Materialien, die gemäß der ESD Association als leitend klassifiziert waren, erfüllen dieses Kriterium.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die statisch dissipative Mediumsschicht 24 eine Schicht aus Spinnvlies-Medien, die nichtleitende Harzfasern und statisch dissipative Fasern umfasst, die mit den nichtleitenden Fasern verteilt sind. Ein Beispiel eines geeigneten statisch dissipativen Spannvlieses ist in US-Patent 5,368,913 offenbart, wobei dessen gesamte Offenbarung hierin unter Bezugnahme aufgenommen ist. Indem ein statisch dissipatives Medium anstatt eines leitenden Mediums verwendet wird, müssen weniger leitende Fasern bei dem statisch dissipativen Medium verwendet werden, was die Kosten des statisch dissipativen Mediums senkt.
Das für die Schicht 24 verwendete Spannvlies weist vorzugsweise ein Gewicht von in etwa 0,5–0,6 Unzen pro Quadratyard auf, und das Verhältnis von statisch dissipativen Fasern zu nichtleitenden Fasern beträgt 1:5 oder mehr. Bei Kraftstofffiltern, die zum Filtern von Kraftstoff verwendet werden, beträgt der Oberflächenwiderstandswert des Spannvlieses zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm, und die statisch dissipativen Fasern weisen einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm auf.
Die statisch dissipativen Fasern können Einzelkomponentenmaterialien, wie z. B. Kohlenstoff- oder Metallfasern, umfassen. Unter entsprechenden Umständen könnte Kohlenstoff- oder Metallpulver oder -teilchen verwendet werden, ebenso wie von sich aus dissipative Polymere.
Bei einer weiteren Ausführungsform können die statisch dissipativen Fasern eine nichtleitende Komponente und eine leitende Komponente umfassen. Diese Multi-Komponenten-Gestaltung kann zusätzliche Festigkeit gegenüber einer Verwendung eines leitenden Einzelkomponentenfilaments bereitstellen. Vorzugsweise würde die Multi-Komponenten-Faser ein festes leitendes Material aufweisen, das sich an der Oberfläche einer Faser befindet, wie z. B. eine Faser mit einem leitenden Filament entlang eines nichtleitenden Filaments. Die Fasern können ebenfalls vollständig aus einer leitenden Komponente gestaltet sein oder sie können ein Bikomponentenpolymer mit einem Basispolymer einbringen, das mit einem externen Feststoff leitenden Materials gefüllt ist, wie z. B. ein Streifen (oder Streifen), ein Futteral oder eine Kombination davon. Zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung wurde angenommen, dass es für das leitende Material unzulässig sei, ein Kern oder versetzter Kern Materials zu sein. Ein versetzter Kern liegt vor, wenn leitendes Material innerhalb nicht dissipativen Materials eingeschlossen ist, sich aber nicht mittig innerhalb des nicht dissipativen Materials befindet. Mit dem Kern und dem versetzten Kern ist die Oberfläche der Faser nicht dissipativ, lediglich das Schnittende, an dem das leitende Material freiliegt.
Im Fall von Kraftstoffanwendungen gilt die statisch dissipative Schicht 24 im Allgemeinen als nicht zur Filterfähigkeit des Filtrationsmediums 20 beitragend. Ist jedoch die Größe von Schwebstoffen in dem Kraftstoff groß genug, können diese Schwebstoffe von der statisch dissipativen Schicht 24 entfernt werden.
Obwohl eine einzelne statisch dissipative Schicht 24 veranschaulicht ist, können ein oder mehr zusätzliche statisch dissipative Schichten eingesetzt werden. Zusätzlich kann die statisch dissipative Schicht 24 anders als in 2 gezeigt geschichtet sein. Wenn sie beispielsweise mit einem Tiefenfiltrationsmedium verwendet wird, wird empfohlen, dass sich die statisch dissipative Schicht 24 neben der Quelle größter Elektronenablösung befindet, d. h. an der Filterschicht mit der kleinsten Porengröße. Dies ist in 3 veranschaulicht, die die statisch dissipative Schicht 24 neben und nachgeordnet zu der Schicht 22c zeigt, und in 4, die die statisch dissipative Schicht 24 neben und vorgelagert zu der Schicht 22c zeigt.
Es muss beachtet werden, dass, obwohl Spalte zwischen den Schichten in den Figuren gezeigt sind, dies einer einfacheren Beschreibung des Filtrationsmediums 20 dient. Bei der tatsächlichen Ausführung gibt es keine (oder zumindest minimale) Spalte zwischen den verschiedenen Schichten. Die statisch dissipative Schicht 24 kann gemeinsam mit den Filterschichten 22a–22c gerollt und mittels Wärme, mechanischem Schweißen, Klebstoff oder einem Bindemittel daran gebunden sein. Genauso können die Filterschichten 22a–22c mittels Wärme, mechanischem Schweißen, Klebstoff oder einem Bindemittel an die Trägerschicht 26 gebunden sein.
Die Trägerschicht 26 kann jedes Medium sein, das geeignet ist, als eine Trägerstruktur für das Filtermedium 22 zu dienen. Vorzugsweise ist der Träger ein Vlies-Cellulosematerial. Es können jedoch andere Träger, wie z. B. Fasergewebe, extrudierte und Drahtgeflechtfilter, und dergleichen verwendet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen ist der Träger 26 nicht erforderlich. Wie beispielsweise in 6 veranschaulicht, kann der Träger 26 weggelassen werden, wenn das Filtermedium 22 derart konfiguriert werden kann, dass es selbsttragend ist, wie z. B. durch die Verwendung eines Formteils, beispielsweise eines Kunststoffformteils, das mit dem Medium verbunden ist oder das Filtermedium 22 plissiert.
Die statisch dissipative Schicht 24 wird als Passage für statische Aufladung verwendet, damit diese aus dem Filter zu einem Erdungspunkt fließt. Die statisch dissipative Schicht 24 ist mit einer geeigneten leitenden Struktur verbunden. Die leitende Struktur hängt teilweise von der Umgebung ab, in der der Filter verwendet wird. Bei einem in einen Tank aufgenommenen Filter kann die statisch dissipative Schicht über die Kraftstoffpumpe oder mittels der Verwendung leitender oder statisch dissipativer Kunststoffe oder von Erdungsdrähten oder -clips oder -stiften geerdet werden, die mit dem Medium verbunden sind. Alternativ kann die statisch dissipative Schicht über eine leitende Verschlusskappe des Gehäuses in dem sich der Kraftstofffilter befindet, ähnlich derjenigen, die in US-Patent 6,099,726 offenbart ist, geerdet sein.
Die hierin beschriebenen Filtrationsmedien können in anderen Formen ausgeführt sein, ohne von deren Sinn oder Eigenschaften abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollen in jeglicher Hinsicht lediglich als veranschaulichend und nicht einschränkend angesehen werden. Der erfindungsgemäße Umfang wird daher durch die beigefügten Ansprüche anstatt durch die vorstehende Beschreibung angezeigt. Alle Änderungen, die mit der Bedeutung und dem Umfang der Äquivalenz der Ansprüche einhergehen, sollen in ihrem Umfang eingeschlossen sein.
Zusammenfassung
Ein Filtrationsmedium, das eine statisch dissipative Mediumsschicht zum Ableiten der statischen Aufladung einbringt, die sich aufbaut, wenn ein Fluid, wie z. B. ein Kraftstoff, das Filtrationsmedium passiert. Das Filtrationsmedium beinhaltet ein Filtermedium, das zum Filtern von Fluid geeignet ist, und eine statisch dissipative Mediumsschicht. Die statisch dissipative Mediumsschicht weist einen Oberflächenwiderstandswert auf, der ausreicht, um die Mediumsschicht eher als statisch dissipativ als leitend zu klassifizieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6613227 [0018]
US 5368913 [0020]
US 6099726 [0028]

Claims

Filtrationsmedium, umfassend ein Filtermedium, das zum Filtern von Fluid geeignet ist; und eine statisch dissipative Mediumsschicht, wobei die statisch dissipative Mediumsschicht einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10¹² Ohm/qm aufweist.
Filtrationsmedium nach Anspruch 1, wobei die statisch dissipative Mediumsschicht ein Spannvlies nichtleitender Fasern und leitende Fasern umfasst, die mit den nichtleitenden Fasern verteilt sind.
Filtrationsmedium nach Anspruch 2, wobei die leitenden Fasern statisch dissipative Fasern umfassen.
Filtrationsmedium nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis von statisch dissipativen Fasern zu nichtleitenden Fasern 1:5 oder mehr beträgt.
Filtrationsmedium nach Anspruch 3, wobei die statisch dissipativen Fasern eine nichtleitende Komponente und eine leitende Komponente umfassen.
Filtrationsmedium nach Anspruch 3, wobei der Oberflächenwiderstandswert zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm beträgt, und die statisch dissipativen Fasern einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm aufweisen.
Filtrationsmedium nach Anspruch 1, wobei das Filtermedium zum Filtern von Kraftstoff, Hydraulikfluid, Schmieröl, Harnstoff und anderen Fluids konfiguriert ist, bei denen sich eine statische Aufladung aufbauen kann, wenn das Fluid das Filtrationsmedium passiert.
Filtrationsmedium nach Anspruch 1, wobei das Filtermedium eine Vielzahl an Schichten schmelzgeblasener Medien umfasst, wobei die Schichten schmelzgeblasener Medien unterschiedliche Porositäten aufweisen und derart angeordnet sind, um eine Tiefenfiltration anhand abgestufter Dichte bereitzustellen; und wobei die statisch dissipative Mediumsschicht neben einer der schmelzgeblasenen Mediumsschichten angeordnet ist.
Filtrationsmedium nach Anspruch 8, wobei die statisch dissipative Mediumsschicht neben der schmelzgeblasenen Mediumsschicht mit der geringsten Porosität angeordnet ist.
Filtrationsmedium nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Trägerschicht.
Filtrationsmedium nach Anspruch 10, wobei die Trägerschicht ein Cellulosematerial umfasst.
Kraftstofffilter, umfassend das Filtrationsmedium nach irgendeinem der Ansprüche 1–6 und 8–11, wobei das Filtermedium zum Filtern von Kraftstoff geeignet ist, und die statisch dissipative Mediumsschicht einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm aufweist.
Verfahren zum Ableiten statischer Aufladung, die von Kraftstoff stammt, der ein Kraftstofffiltermedium eines Kraftstofffilters passiert, umfassend das Einbringen einer statisch dissipativen Mediumsschicht in den Kraftstofffilter neben dem Kraftstofffiltermedium, wobei die statisch dissipative Mediumsschicht einen Oberflächenwiderstandswert von zwischen in etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁸ Ohm/qm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Kraftstofffiltermedium ein Tiefenmedium mit mehreren Schichten ist, und welches ein Einbringen der statisch dissipativen Mediumsschicht neben der Schicht des Tiefenmediums, die die größte Elektronenablösung aufweist, umfasst.