DE10058251A1 - Verfahren zum Verbinden eines Filtermediums mit einem Grundkörper - Google Patents
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Abstract
Zum Verbinden einer aus einer aktiven Schicht (3) und einem Stützgewebe (2) gebildeten Filtermedium (1) mit einem Grundkörper (4) aus Kunststoff wird das Filtermedium (1) durch Andrückmittel auf den Grundkörper (4) gepresst. Anschließend wird mittels eines die aktive Schicht (3) durchdringenden Laserstrahls (9) der Grundkörper (4) angeschmolzen, so dass durch ein Eindringen von flüssigem Kunststoff des Grundkörpers (6) in das Stützgewebe (2) die Verbindung des Filtermediums (1) mit dem Grundkörper (4) erfolgt. Als Andrückmittel wird eine auf das Filtermedium (1) plan aufliegende transparente Platte (7) benutzt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer
aus einer aktiven Schicht und einem Stützgewebe gebilde
ten Filtermedium mit einem Grundkörper aus Kunststoff.
Die in der Ultrafiltration verwendeten Filtermedien be
stehen üblicherweise aus Polyethylen oder Polypropylen
und einem die notwendige Festigkeit gewährleistenden
Grundkörper aus Kunststoff, auf dem das Filtermedium mit
der Seite ihres Stützgewebes meist durch Kleben aufge
bracht ist. Die gebräuchliche Klebetechnik hat jedoch den
Nachteil, dass das Filtermedium durch die Klebeverbindung
Festigkeits- und Temperaturbeschränkungen unterliegt.
Ferner ist die Methode des Verklebens fertigungstechnisch
aufwendig und bedingt die Entwicklung spezieller Kleb
stoffe.
Es wurde auch schon versucht, das Filtermedium durch
thermische oder Ultraschallverfahren mit dem Grundkörper
zu verschweißen. Das führte jedoch häufig zu einer Be
schädigung des Filtermediums, da sein Stützgewebe nur mit
seinen einzelnen Fasern auf dem Grundkörper aufliegt und
diese Fasern thermisch überbeansprucht wurden, weil sie
eine weit geringere Masse haben als der Grundkörper.
Vergleichbare Probleme sind jedem Schweißer bekannt, wenn
es notwendig ist, ein dünnwandiges Bauteil durch Schwei
ßen mit einem dickwandigen Bauteil zu verbinden, weil
dann die Wärme in dem dickwandigen Bauteil rascher ab
fließt als in dem dünnwandigen Bauteil und dadurch das
dünnwandige Bauteil übermäßig erhitzt wird, wodurch es
leicht zu Löchern im Bereich der Schweißnaht in dem dünn
wandigen Bauteil kommt.
Zum Verbinden von gleichartigen Kunststoffen mit einem
transparenten und Laserlicht absorbierenden Partner ist
es auch bekannt, die Kunststoffe vor dem Verschweißen
mittels einer transparenten Platte fest aufeinander zu
drücken und dann mittels Laserlicht durch die transpa
rente Platte hindurch die zum Schweißen erforderliche
thermische Energie in die beiden Kunststoffe einzubrin
gen, so dass beide Kunststoffe im aufeinander liegenden
Bereich schmelzen und dadurch eine Schweißverbindung zu
stande kommt. Zum Verschweißen eines Filtermediums mit
der Seite seines Stützgewebes mit einem Grundkörper wurde
dieses als Durchscheintechnik bekannte Schweißverfahren
jedoch bislang nicht eingesetzt, da das Problem der ther
mischen Überbelastung des Stützgewebes aufgrund seiner im
Vergleich zu dem Grundkörper geringeren Masse dadurch
nicht beseitigt würde.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren
zum Verbinden eines Filtermediums der eingangs genannten
Art mit einem Grundkörper zu entwickeln, welches rasch
und einfach durchzuführen ist und bei dem die Gefahr ei
ner Beschädigung des Filtermediums möglichst gering und
die Festigkeit der Verbindung möglichst hoch ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, dass
das Filtermedium durch Andrückmittel auf den Grundkörper
gepresst wird und anschließend mittels eines das Filter
medium durchdringenden Laserstrahls der Grundkörper ange
schmolzen wird, so dass durch ein Eindringen von flüssi
gem Kunststoff des Grundkörpers in das Stützgewebe eine
formschlüssige Verbindung des Filtermediums mit dem
Grundkörper erfolgt.
Bei diesem Verfahren wird das Laserlicht dazu verwendet,
ein Filtermedium statt durch Schweißen dadurch mit einem
Grundkörper zu verbinden, dass flüssiges Material des
Grundkörpers in das Stützgewebe des Filtermediums ein
dringt und es dadurch zu einer mechanischen Vernetzung
oder zu einer Verankerung des Grundkörpers mit dem
Stützgewebe, also zu einer formschlüssigen Verbindung
kommt. Dabei ist es unerheblich, ob zugleich das Stütz
gewebe zumindest teilweise auch schmilzt und bei der
Verbindung zusätzlich auch Schweißeffekte hinzukommen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht das
Stützgewebe, sondern der wesentlich dickere Grundkörper
geschwächt, bei dem diese Schwächung keine Bedeutung hat.
Deshalb wird ein bisher bei Versuchen zur Verbindung ei
nes Filtermediums mit einem Grundkörper durch Schweißen
häufig zu beobachtendes Reißen des Filtermediums neben
der Schweißnaht vermieden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere
Filtermedien, welche aus mehreren Lagen aufgebaut sind,
und asymmetrische Filtermedien, beispielsweise Ultrafil
trationsmedien, ideal zu verschweißen, da die aktive
Schicht des Filtermediums an der Oberfläche des Filterme
diums nicht beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil des
erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei ihm
der zur Erhaltung der Lagerfähigkeit im Filtermedium
durch Tränken eingebrachte Glyceringehalt nicht stört. Es
ist deshalb nicht wie beispielsweise beim Ultraschall
schweißen erforderlich, vor der Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens den Glyceringehalt abzusenken,
was zu einer Herabsetzung der Lagerfähigkeit des Endpro
duktes führen würde.
Als Andrückmittel könnten Rollen dienen, welche sich un
mittelbar vor und hinter der Eindringstelle des Laser
lichtes über das Filtermedium bewegen. Einen besonders
gleichmäßigen Fügedruck erhält man jedoch, wenn gemäß ei
ner Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens als
Andrückmittel eine auf das Filtermedium plan aufliegende
transparente Platte benutzt wird.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung be
steht darin, dass als Werkstoff für den Grundkörper ein
Kunststoff mit Laserlicht in Wärme umwandelnde Stoffe wie
Ruß oder Farbpigmente gewählt wird. Hierdurch lässt sich
besonders zuverlässig sicherstellen, dass durch den La
serstrahl primär das Material des Grundkörpers geschmol
zen wird, so dass der Effekt des Vernetzens und Veran
kerns anstelle einer Schweißverbindung besonders planmä
ßig und gezielt eintritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt verschiedene Abwand
lungen zu. Zur weiteren Verdeutlichung seines Grundprin
zips wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen.
Die Zeichnung zeigt im Schnitt ein Filtermedium 1, welche
aus einem Stützgewebe 2 und einer aktiven Schicht 3 be
steht. Dieses Filtermedium 1 liegt mit ihrem Stützgewebe
2 auf einem Grundkörper 4 auf, der sich seinerseits auf
einer Auflage 5 abstützt. Der Grundkörper 4 besteht aus
einem Kunststoff, welcher Partikel 6 in Form von Ruß oder
Farbpigmente enthält. Eine transparente Platte 7, die
beispielsweise aus Glas bestehen kann, drückt von oben
her auf die aktive Schicht 3 und drückt damit das
Filtermedium 1 mit seinem Stützgewebe 2 und dem Grundkör
per 4 auf die Auflage 5.
Oberhalb der transparenten Platte 7 ist eine Laserlicht
quelle 8 vorgesehen, bei der es sich um einen Diodenlaser
mit einer Wellenlänge zwischen 700 und 1000 nm handeln
kann. Diese Laserlichtquelle 8 sendet einen Laserstrahl 9
aus, der sowohl die Platte 7 als auch das Filtermedium 1
durchdringt, ohne dass dabei das Laserlicht in Wärme um
gewandelt wird. Diese Lichtabsorption und damit die Wär
meerzeugung erfolgt erst in dem Grundkörper 4, dessen dem
Stützgewebe 2 zugewandte Oberfläche dadurch aufschmilzt.
Das führt dazu, dass infolge des Druckes durch die Platte
7 und der thermischen Ausdehnung der Schmelze diese
Schmelze in das Stützgewebe 2 eindringt und dieses mit
dem Grundkörper 4 verankert.
1
Filtermedium
2
Stützgewebe
3
aktive Schicht
4
Grundkörper
5
Auflage
6
Partikel
7
Platte
8
Laserlichtquelle
9
Laserstrahl
Claims (3)
1. Verfahren zum Verbinden einer aus einer aktiven
Schicht und einem Stützgewebe gebildeten Filtermedium mit
einem Grundkörper aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet,
dass das Filtermedium durch Andrückmittel auf den
Grundkörper gepresst wird und anschließend mittels eines
das Filtermedium durchdringenden Laserstrahls der Grund
körpers angeschmolzen wird, so dass durch ein Eindringen
von flüssigem Kunststoff des Grundkörpers in das Stützge
webe eine formschlüssige Verbindung des Filtermediums mit
dem Grundkörper erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass als Andrückmittel eine auf das Filtermedium plan
aufliegende transparenten Platte benutzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass als Werkstoff für den Grundkörper ein
Kunststoff mit Laserlicht in Wärme umwandelnde Stoffe wie
Ruß oder Farbpigmente gewählt wird.
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