Materiál AntiVirus SMNF 57 byl testován s uvedenými výsledky v Nelson Laboratories a výsledky jsou k dispozici.
Obrázek 10 - Mikroskopický pohled na bakterie a viry zachycené filtračním materiálem AntiVirus SMNF 57 [4]
Zvolený materiál je použit na základě studie. Studie ukázala, že vzhledem k malým vzdálenostem mezi vlákny, které se brzo ucpávají zachycenými částicemi, nelze počítat s velkou životností nanovlákenných filtrů. Proto musíme předpokládat použití předfiltrů před nanovlákny, respektive využití nanovláken jako tenké vrstvy kombinované s jiným materiálem a zlepšující jeho vlastnosti. Vhodným materiálem pro kombinaci s nanovlákny je například vrstva meltblown, nebo vrstva naplavovaných skleněných mikrovláken. [4]
2.3.2 Výsledný produkt – filtrační složenec
Výsledný polotovar znázorněný na obrázku 11 je nazýván válcovým filtračním složencem neboli respirátorovým filtrem, který je posléze vkládán do dýchacích masek.
Respirátor (viz obrázek 12) lze definovat jako zařízení kryjící ústní, případně lícní část obličeje a chránící dýchací orgány proti částicím rozptýleným ve vzduchu [EN 143, 2000] a dýchací maska je respirátor kryjící ústa i nos a obsahující kontejner, do kterého lze vložit vysoce účinný filtr.[2] Uvedený filtrační materiál je poskládán do složence a zalit adhezním materiálem do oboustranných plastových manžet. Manžety jsou tvořeny spodní fixovanou stranou a po usazení filtračního složence je přiklopená druhá část plastové manžety.
Obrázek 12 - Ukázka dýchací masky
Výrobek má vnitřní průměr 40mm, vnější průměr 60mm a šířku 30mm. Pásek s vyhotovenými sklady má 13cm a počet skladů s roztečí 4mm je 33. Respektive 32skladů a posledním 33skladem je slepení nebo přesněji secvaknutí obou konců pásku. Rozměry
Obrázek 11 - Výsledný produkt - filtrační složenec
složence jsou vyobrazeny na obrázku 13. Na základě těchto rozměrů je potřeba přihlížet a přizpůsobit konstrukci stroje na tvorbu ryl a skladů.
Obrázek 13 – Skica výsledného produktu – složence
2.4 Současný stav stroje
Dosavadní stroj je vytvořen na principu tvorby skladů, v čem spočívá i tvorba ryl, a zároveň fixace složených překladů.
Konstrukční uspořádání současného stavu stroje je na obrázku 14 a popis detailu stroje je zohledněn na obrázku 15. Stroj je uzpůsoben na šíři filtračního pásku finálního rozměru, tedy 30mm a tvorba skladů je realizována pomocí pneumaticky horizontálně řízených planžet (5), které jsou opatřeny vyhřívacím systémem pro účinnou tvorbu ryl. Ve spodní části filtračního pásku (1) je současně vedena bikomponentní nit (4) zajištující okamžitou fixaci skladu při jeho tvorbě. Podstatou fixace skladu je přitavení bikomponentní nitě na filtrační
fixační nitě a filtrační materiál. Odtahové zařízení filtračního pásku nebo přesněji podávací válce jsou aktivovány prostřednictvím horního snímače polohy pásku a deaktivován spodním snímačem polohy.
Obrázek 15 - Detail současného stavu stroje: 1 – kotouč návinu pásku filtračního materiálu, 2 – odtahové zařízení (podávací válce), 3 – snímače polohy pásku, 4 – bikomponentní nitě, 5 – pneumaticky řízené planžety, 6 – odtahové zařízení.
Doba, za kterou je současný stroj schopen vytvořit jeden sklad, je 5sekund a cílem nového řešení je snížit čas, za který bude stroj schopen vytvořit jeden sklad filtračního materiálu a zvýšit tím efektivitu výroby a celkovou výtěžnost produktu.
Systém odtahového zařízení (viz obrázek 16) je realizován pomocí pneumatických pohonů, kde horní čelisti zajištují zachycení složence a následný odtah svislým pohybem směrem dolů. Tyto horní čelisti jsou součástí pístu pneumotoru, který je připevněn k pohonu s ozubeným řemenem konající vertikálně přímočarý pohyb. Po určité vzdálenosti odtažení jsou horní čelisti pneumotoru odsunuty a současně jsou vytaženy spodní čelisti po dobu vrácení horních čelistí do počáteční horní polohy.
Obrázek 16 - Systém odtahového zařízení
2.5 Rešerše problematiky zabývající se tvorbou ryl, skladů a fixace filtračních materiálů
Rešerše je zpracována z patentů předních výrobců, které se zabývají výrobou filtrů, filtračních zařízení, filtračních vložek a dalších zařízení zabývající se filtrací či skládanými materiály. Podrobnější informace a popis patentů jsou uvedeny v příloze 2.
Způsob výroby filtračního materiálu – patent DE 102011116947
Vynález přihlášený celosvětově rozšířenou společností Hydac se týká způsobu techniky vynález poskytuje způsob zajišťující jednoduchou a efektivní výrobu filtračních materiálů, které mají lepší stabilizaci geometrie záhybu, a tím zajišťuje vysokou stabilitu.
Obrázek 17 znázorňuje proces tvorby skladů na filtrační vložce (1) pomocí nožového plisovacího stroje s protilehlými pohyblivými plisovacími noži (3). Filtrační vložka se skládá z jednotlivých vrstev filtračního média, které jsou znázorněny plnou, čárkovanou a čerchovanou čarou. V opačném pohybu skládacího nože tvoří působením na filtrační vložky základ záhybu (5) s protilehlým hřbetem záhybu (7), zatímco filtrační vložka se pohybuje ve směru šipky (9) a směrem pohybu.
Mezi sonotrodou (11) a kovadlinou (13), kde na filtrační vložce mezi základem záhybu a hřbetem záhybu efektivně proniká ultrazvuková energie, tvoří svarový spoj (15)
Obrázek 17 - Schéma obvyklého postupu při skládání vložky plisováním nožem [6]
značně vyztužená. Tím, že bylo dosaženo stabilizace plisovací geometrie, filtrační materiál je odolný vůči toku v průběhu filtrace provozních zatížení.
Dutý válec (17), znázorněn na obrázku 18, je vně a v jeho interiéru (19) obklopen nosnými trubkami. Při provádění způsobu podle vynálezu mohou být sonotrody (11) načasovány, kde by každá skládací (svařovací) operace proběhla tak, aby veškeré po sobě jdoucí sklady filtrační vložky (1) mezi základem záhybu (5) a hřbetem záhybu (7) byly svařeny. Také může být svařovací operace vynechána vhodným taktováním v požadovaných záhybech. Zejména sonotrody (11) a příslušná kovadlina (13) jsou ve tvaru pásku, takže svarové spoje (15) mohou být vytvořeny po celé délce L nebo z velké části. [5]
Samonosné skládání filtračního média – patent US2011138760
Předložený vynález vytvořený společností 3M je filtr, který je tvořen kontinuální délkou filtračního média. Filtrační médium má množství záhybů definovaných
Obrázek 18 - Perspektivní pohled na provedení filtračního materiálu vyrobeného způsobem podle vynálezu, který je vytvořen do dutého válce pro filtrační prvek [5]
Obrázek 19 - Schematické znázornění systému pro předtvarování podle tohoto vynálezu [6]
množstvím ohybových linií, z nichž každá ohybová linie tvoří průběžné opačně nakloněné strany povrchu. Množství ohybových linií obsahuje jednu množinu skladových hran a druhé množství skladových žlabů. Adhezní pramen (32) je zásobován na čelní straně filtračního média v nesouvislém styku s tímto filtračním médiem. Adhezní pramen (32) spojuje filtrační médium u záhybu špiček a spojuje filtrační médium v horní části povrchu stěny.
Filtračního médium (12) se posouvá přes vytvářeč záhybů (18), který v jednom provedení je rotačně-drážkovací vytvářeč záhybů (rylovací zařízení). V dalším provedení je filtrační médium rylováno v pravidelně rozmístěných intervalech s konvenčním rylovacím zařízením nebo například laserovou řezačkou. Narylovaný filtrační materiál pokračuje k podávacím válcům (20). V jednom provedení jsou k dispozici ohřívače (22) na bázi infrazáření pro vyztužení záhybů (24). Ve znázorněném provedení na obrázku 19 sklady (24) mohou volně viset předtím, než pokročí k zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí (26). V jiném provedení sklady (24) jsou zachovány v zásobníku nebo žlabu předtím, než pokročí k zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí (26). [6]
Způsob a zařízení pro výrobu filtrů – patent US 4798575
Na obrázku 20 je zobrazen způsob a zařízení pro výrobu filtrů patentován společností Flodins Filter, ve kterém filtrační materiál kontinuálního délky (5) je složen do formy složence (39). Záhyby jsou připojeny na jeho koncích podél bočních okrajů filtračního materiálu a jsou uzavřeny proti sobě tak, že tvoří dráhu vedení filtrovaného média, které se dostává do prostorů mezi záhyby na jedné straně filtračního materiálu, skrze materiál a ven do prostorů mezi záhyby na druhé straně filtračního materiálu.
Během procesu připevnění konců záhybů k sobě navzájem jsou záhyby drženy odděleně od sebe na předem stanovenou vzdálenost mezi jejich vnějšími založenými kraji pomocí zařízení (18) opatřeného množstvím hřebenů (20), které procházejí uvnitř záhybů a drží je tímto způsobem na výše uvedené předem stanovené vzdálenosti od sebe. [7]
Obrázek 20 - Schéma vynálezu [7]
Způsob výroby skládaného filtračního materiálu – patent US 5389175
Uvedený patent je podaný společností Mann & Hummel. Jedná se o způsob a zařízení pro výrobu skládaného filtru z nekonečného pásu filtračního materiálu (1).
Rylovací válce (10) kladou na pásu filtračního materiálu potřebné záhyby. Tkaný filtrační materiál (1) je pak předán s roztečí záhybů do ozubených hřebenů (2), které následně posouvají naskládaný filtrační materiál do rotačního zařízení (3) stanovující patřičnou rozteč. Filtrační pás materiálu podáván dál pomocí předávacího zařízení (12) je potom oddělen na řezačce (5) na kousky vhodných pro další zpracování. [8]
Obrázek 21 - Boční pohled provedení tohoto vynálezu [8]
Způsob výroby trvalých skladů a stroj skládacích nožů s odtahovým zařízením – patent US 7510518
Vynález vydaný společností Karl Rabofsky, který je popsán a zobrazen na obrázku 22, se týká způsobu výroby trvalých přehybů filtračního materiálu (4) a stroje se skládacími noži (1) pro výrobu stálých záhybů. Skládací stroj má alespoň dva skládací nože (2, 3), které konají rotační (R) a translační pohyb (T) vytvářející sklady procházejícího filtračního materiálu (4) a nože, které jsou umístěny jeden proti druhému
vzhledem k filtračnímu materiálu. Skládací kanál (14), který se pohybuje konstantní hnací silou, zasahuje ke skládacím nožům (2, 3) ve skládacím směru (F). Aby se snížily náklady spojené s přestavením stroje se skládacími noži (1) na jiný filtrační materiál, který má být skládaný, kde na konci materiálu, je k dispozici přenosové zařízení (7). Zařízení, které ve vyhazovacím režimu, na které je připojený doraz (24) s nastavitelnou výškou (H), vystupuje do projekční oblasti stálých skladů (26) ve skládacím kanálu (14) a ve skládacím směru (F). [9]
Zařízení pro skládání filtračního materiálu – patent US 6290635
Obrázek 23 znázorňuje zařízení a způsob pro výrobu „cik-cak“ skládaného filtračního elementu z filtračního materiálu (18) odvíjeného z návinu (19), který je dodáván přes podávacího ústrojí na lisovací jednotku (10). Pro definování přesně
Obrázek 22 - Boční pohled vynálezu se skládacími noži [9]
a lisovacím zařízením (23, 24). Lisovací jednotka je vybavena aktivním ultrazvukem a tím je zlepšena operace lisování. Tyto lisovací jednotky jsou přesně na určených místech
tak, aby poté záhyb mohl být vytvořen v oblasti (25). Aby bylo možné definovat mezery záhybů, jsou k dispozici dvě šroubovice (26 a 27), kterými prochází filtrační materiál.
Tyto šroubovice mají klesající stoupání tak, aby vzdálenost mezi záhyby byly zmenšovány ve směru šipky (28). Na pravém konci šneků je pás přenášen na dva dopravní pásy (29 a 30). Tyto dopravní pásy nesou pás filtračního materiálu k dalšímu zpracování.
[10]
Plisovací stroj určený pro výrobu filtrů – patent US4201119
Konkrétní stroj pro vytváření skladů filtračních materiálů byl vyvinut společností MSA Safety. Jedná se o konvenční plisovací stroj na výrobu filtrů, který má bočně pohyblivé nahrnovací planžety a vertikálně pohyblivou vysunovací planžety k sobě rovnoběžné a obvykle umístěny bočně nad stolem. S vertikálně pohyblivým jističem panelu mezi planžetami, jsou obvykle umístěny pod deskou stolu.
Vynález, který je znázorněn na obrázku 24, spočívá ve vysunutí spodních hran nahrnovacích planžet (4, 5) a vysunovacích planžet (3) s větším počtem podélně rozmístěných drážek (18 a 19) pro příjem vzhůru procházejících paralelně oddělených pásků (17) nad filtrační pás (16), rozkládající se podél stolu (1) pod těmito oběma planžetami (18, 19) a rovněž při poskytování horní hrany z vysunovací planžety (3) podélně rozmístěných drážek (13) pro příjem dolů směřujících paralelně oddělených pásků (15) pod filtrační pás (16), pokud je jistící planžeta (3) zdvižena, přičemž záhyby
Obrázek 23 - Schéma plisovacího zařízení filtračního materiálu [10]
filtračního pásu jsou odděleny oddělovacími pásky naskládaných mezi nimi. [11]
Metoda plisování – patent US2004162203 Na obrázku 25 je znázorněné schéma způsobu plisování, které má na svědomí společnost zabývající se filtračními prvky a zařízení, společnost Pall Corporation. Tento způsob zahrnuje filtrační materiál, kterým disponuje a na podpěrném povrchu a vytváří záhyby stlačením, resp. nahrnutím části filtračního materiálu mezi prvním a druhým plisovacím povrchem, kde alespoň jeden z povrchů plisování je zakřivená plocha nebo vybíhá v ostrém úhlu s ohledem na podpěrný povrch. Ve spodní části podpěrné desky umístěná lišta je vysunována pomocná lišta pro nadzvednutí skládaného
Obrázek 24 - Jednotlivé kroky tvorby skladů [11]
filtračního materiálu před jeho složením do konečného tvaru skladu. [12]
Způsob a zařízení pro výrobu filtračního materiálu – patent US6364978 Obrázek 26 ukazuje schéma způsobu a zařízení na výrobu skládaného filtračního materiálu se záhyby stanovených v těsné blízkosti. Tento způsob a zařízení je patentováno společností Moldex-Metric. Jedná se o termoplastický filtrační materiál zahřívaný po dobu vytváření záhybů, které se akumulují uvnitř chladící dráhy tak, že záhyby jsou stlačeny k sobě a zpevněny ochlazením s ohledem na jejich tvar. [13]
Plisovací stroj na výrobu filtrů – patent US3077148
Mechanismus navržený společností General Motors umožňuje vysokou rychlost výroby filtračních vložek. Obsahuje
automatický oddělovací mechanismus a je spojen s vytvrzovací pecí tak, že sled operací se provádí s minimálními nároky na čas a prostor.
Přístroj používá zubové skládací hlavy (viz obrázek 27) umístěné proti sobě, které skládají filtrační pás v kalibrovaných intervalech, aby se vytvořil skládaný produkt. Ozubená
kola udržují konstantní podávání kvůli Obrázek 27 - Zvětšený pohled na skládací hlavy plisovacího Obrázek 26 - Schéma zařízení na výrobu skládaného filtračního materiálu [13]
přilnavosti k filtračnímu pásu a zároveň poskytuje neozubenou boční stěnu pro upnutí pásu. [14]
Způsob výroby samonosného skládaného filtru – patent US2003089090 Tento vynález, uveden na obrázku 28, je zaměřen na způsob výroby samonosného skládaného filtru s posílenou strukturou, která odolává deformaci záhybů, a to zejména plně automatizovaným způsobem výroby skládaných filtrů na filtraci vzduchu. Tento způsob provedení zahrnuje tvorbu podélných záhybů ve filtračním médiu podél předního a zadního čela. Záhyby obsahují množinu složených hrotů šikmých bočních ploch obecně kolmo ke směru plisování. Alespoň jeden rovinný výztužný pás orientovány ve směru plisování je vázán k záhybu hrotů na čelní straně a alespoň jeden výztužný prvek je umístěn podél zadní strany filtračního média.
Obrázek 28 - Schématické znázornění provedení způsobu podle tohoto vynálezu [15]
Výztužný člen může být výztužný pás orientovaný ve směru plisování a vázán na zadní straně filtračního média před fází tvarování záhybů nebo rovinný výztužný pás může být případně vázán na složené sklady. Alternativně výztužné kolmo orientované pásky mohou být vázány ke směru plisování na zadní straně filtračního média před fází vytváření záhybů. V jiném provedení, výztužný člen je aplikován na zadní straně filtračního média poté, co byly vytvořeny záhyby. Výztužný prvek je umístěn podél
Způsob výroby formy filtru výfukových plynů – patent US2002162310
Nevytvrzená forma (10) k následnému zpracování výfukových plynů je filtr obsahující první a druhou vrstvu (12 a 14) z regenerovatelného filtračního materiálu, přičemž druhá vrstva filtračního materiálu je skládaná a s první vrstvou tvoří množinu axiálně průtočných kanálů (32, 80, 81), které mají boční tvary příčného řezu se dvěma sousedními úhly (34 a 36, 56 a 58). Každý úhel je větší než 45 ° a menší než 75 °, které mají stěnové segmenty (18 a 20, 68 a 70) o tloušťce menší než 0,8 mm, poréznost větší než 80% a výška prodloužení (b) mezi složenými hroty je menší než 10 mm. K dispozici jsou tvářecí zařízení (83, 84). [16]
Obrázek 29 - Schématické znázornění způsobu výroby filtrační vložky [16]
Způsob výroby skládaného filtru – patent EP1952873 Patent tohoto způsobu je podaný
společností Mann & Hummel, který zahrnuje zpevnění prostřednictvím skládací šablony, který má ohybové linie na filtračním pásu (2), který je vytvořen z filtračního materiálu.
Záhyby (3) jsou ohnuty skrze skládací šablony a část linií ohybu jsou měkčeny a tvoří spojovací vrstvu. Linie ohybu jsou vytvořeny svařováním filtračního materiálu, stejně jako měkčená spojovací tenká vrstva, pomocí infračerveného svařování nebo externího zdroje tepla. Filtrační pás je uveden do přehnutého tvaru a hrany skladů (5, 6) se
záhyby představují linie ohybu, ve kterých je spojovací povlak vytvořen svařováním. [17]
Zařízení pro skládání filtračního média a způsob výroby složeného klikatého filtračního prvku – patent DE102010011785
V tomto patentu podaného též společností Mann & Hummel, je popsáno zařízení (10) a způsob výroby klikatě skládaného filtračního prvku (13), zejména ze tkaného filtračního média (12) – viz obrázek 31.
Tkanina jako filtrační médium (12) je přiváděna prostřednictvím podávacích zařízení (18, 22) přes ultrazvukové razící jednotky (24). Razidlo, které je zásobené ohybovými liniemi, vytváří trvalé ryly do tohoto listového filtračního média (12).
Následně filtrační médium (12) podél ohybových linií je překlopeno do skládacího zařízení (42). Vrstvy (14, 16) z vícevrstvého filtračního média (12) v průběhu ražení jsou přivařeny podél ohybových linií. [18]
Obrázek 30 - Schématické znázornění zařízení pro tvorbu skladů a výsledný produkt ve hvězdicovém tvaru [17]
Obrázek 31 - Schéma zařízení podle vynálezu klikatě skládaného třívrstvého filtračního materiálu [18]
3 Praktická část
Na základě vyhotovení výše uvedené rešerše získané z patentů předních výrobců filtrů a filtračních zařízení byla vyhotovena řada možných variant, které by mohly být použity do výsledného sestavení stroje. Stroj s kontinuálním řešením rylování, tvorby skladů a následné fixace.
Práce spočívá v navržení zařízení pro vyhotovení polotovaru pro filtrační zařízení a uspořádání funkčního modelu zařízení určeného pro výrobu fixovaných skladů filtračních vložek s oddělenou funkcí tvorby rylování a fixačního ústrojí. Cílem práce je zkrátit dobu tvorby jednoho skladu na co nejmenší čas, aby bylo docílené největší výtěžnosti a tím došlo k zefektivnění výroby po ekonomické stránce.
3.1 Koncepce konstrukčního uspořádání stroje
Uspořádání stroje závisí na ekonomičnosti výroby a efektivní využitelnosti všech modulů stroje. Na základě těchto aspektů se může uspořádání dělit dle těchto oblastí:
1. Dle způsobu výroby skládaných filtračních polotovarů a) Kontinuální výroba
b) Diskontinuální výroba 2. Dle procesů výroby
a) Kompletní výroba
b) Rozdělení procesu rylování a skládání
Pro názornost na obrázku 32 je k dispozici blokové schéma jednotlivých operací a zařízení, potřebných k výrobě složeného filtračního polotovaru neboli složence, znázorňující výrobní linku.
Obrázek 32 - Blokové schéma kompletního sestavení stroje
3.1.1 Stručný popis jednotlivých fází plisovací výrobní linky
Pro přehled a pochopení jednotlivých fází potřebné k realizaci tvorby filtračního polotovaru jsou v této kapitole stručně popsány výše uvedené operace.
1) Návin
V tomto konkrétním případě návin je plošně navinutý materiál na cívce (viz obrázek 33), která je volně uložena s dostatečnou vůlí na hřídeli. V jiném případě je pevně uložena na rotační hřídeli. Tohoto způsobu je využíváno zejména u návinů velkých rozměrů a hmotností. Návin slouží pro snadné odvíjení a následnou dodávku materiálu.
Obrázek 33 - Ukázka jednoho z možných návinů
2) Podávací zařízení
Ve své podstatě se jedná o odtahové válce (obrázek 34), které odvíjejí filtrační médium z návinu a podávají materiál k dalšímu zpracování. Pro realizaci podávání materiálu jsou válce opatřeny výstupky nebo speciálním protiskluzovým materiálem, jako
Ve své podstatě se jedná o odtahové válce (obrázek 34), které odvíjejí filtrační médium z návinu a podávají materiál k dalšímu zpracování. Pro realizaci podávání materiálu jsou válce opatřeny výstupky nebo speciálním protiskluzovým materiálem, jako