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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Membranfilterelements.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Formteil zum Durchführen des Verfahrens.
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Üblicherweise
besteht das Membranfilterelement aus einem Membranfolienabschnitt
und einem Rahmenelement. Dabei ist der Membranfolienabschnitt an
einer Stirnseite des Rahmenelements befestigt. Die Befestigung des
Membranfolienabschnitts erfolgt beispielsweise durch Kleben, Ultraschallbehandlung
oder Wärmebehandlung.
Die Wärmebehandlung
kann sowohl durch Konvektionswärme
als auch durch Strahlungswärme
erfolgen.
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Die
Herstellung des Membranfilterelements kann auch durch Hinterspritzen
einer Membranfolie erfolgen. Dabei wird das Rahmenelement mittels
eines geeigneten Spritzgussverfahrens auf die Membranfolie aufgespritzt.
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Um
die einwandfreie Funktionsfähigkeit
des Membranfilterelements zu gewährleisten,
soll der Membranfolienabschnitt hinreichend gespannt sein, dass
er sich stets entlang einer Ebene erstreckt. Dies ist bei den herkömmlich hergestellten
Membranfilterelementen nicht möglich.
Bei den bekannten Membranfilterelementen treten Unebenheiten, Wellen
oder gar Falten in dem Membranfolienabschnitt auf. Dadurch wird
die Funktionsfähigkeit
des Membranfilterelements beeinträchtigt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Membranfilterelements
anzugeben, durch das der Membranfolienabschnitt mit hinreichender
Spannung an dem Rahmenelement befestigt ist.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen eines Membranfiltexelements, das einen Membranfolienabschnitt
und ein Rahmenelement umfasst, weist die folgenden Schritte auf:
- – Halten
einer Membranfolie an wenigstens zwei voneinander beabstandeten
Punkten, so dass die Membranfolie sich im wesentlichen in einer
Ebene erstreckt,
- – Anordnen
des Rahmenelements und eines Formteils gegenüberliegend auf beiden Seiten
der Membranfolie, wobei eine Stirnseite des Rahmenelements und eine
Vertiefung des Formteils der Membranfolie zugewandt sind,
- – Zusammenführen des
Rahmenelements und des Formteils, so dass die Stirnseite des Rahmenelements
in die Vertiefung eindringt und der Membranfolienabschnitt über die
Stirnseite des Rahmenelements gespannt wird,
- – Befestigen
der Membranfolie an der Stirnseite des Rahmenelements, und
- – Abtrennen
des Teils der Membranfolie, der sich außerhalb der Stirnseite des
Rahmenelements befindet.
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Der
Kern der Erfindung liegt darin, dass durch das Eindringen des Rahmenelements
mit dem Membranfolienabschnitt in die Vertiefung des Formteils,
wobei die Membranfolie außerhalb
des Formteils gehalten wird, die Membranfolie mit einer mechanischen
Spannung beaufschlagt ist. Somit ist die Membranfolie während des
Befestigens am Rahmenelement mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt.
Dies hat zur Folge, dass nach dem Befestigen der Membranfolienabschnitt
sich stets in einer Ebene erstreckt. Es tritt keine Wellenbildung
im Membranfolienabschnitt auf.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass beim Zusammenführen des Rahmenelements und
des Formteils der Endbereich des Rahmenelements und der Membranfolienabschnitt
bis zu einem Anschlag in die Vertiefung eindringt. Dies bewirkt,
dass der Membranfolienabschnitt in dem gespannten Zustand fixiert wird.
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Weiterhin
erfolgt das Befestigen des Membranfolienabschnitts an der Stirnseite
des Rahmenelements. Dadurch verbleibt der Membranfolienabschnitt
dauerhaft im gespannten Zustand.
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Außerdem ist
vorgesehen, dass die Haltekraft zum Halten der Membranfolie einstellbar
ist. Damit lässt
sich die Spannkraft des Membranfolienabschnitts an die Verwendung
des Membranfilterelements und an die Materialeigenschaften der Membranfolie
anpassen.
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Beispielsweise
erfolgt das Befestigen des Membranfolienabschnitts durch Wärmezufuhr.
Dies lässt
sich beispielsweise mit einem oder mehreren elektrischen Heizelementen
durchführen.
Die benötigte
Schweißzeit
beträgt
etwa 0,3 Sekunden. Die Heizelemente können in dem Formteil integriert
sein.
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Alternativ
kann das Befestigen des Membranfolienabschnitts auch durch Wärmestrahlung
erfolgen. Dazu kann ein IR-Strahler verwendet werden.
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Außerdem kann
das Befestigen des Membranfolienabschnitts auch durch Ultraschallbehandlung
oder durch Kleben erfolgen.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch den Gegenstand
gemäß Patentanspruch
9 gelöst.
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Das
Verfahren zum Herstellen eines Membranfilterelements, das einen
Membranfolienabschnitt, ein Rahmenelement und ein Innenelement umfasst, weist
die folgenden Schritte auf:
- – Bereitstellen
eines Membranfilterelements, bei dem an einer Stirnseite des Rahmenelements
der Membranfolienabschnitt angebracht ist,
- – Bereitstellen
eines Innenelements, das die gleiche Kontur wie das Rahmenelement
aufweist und dessen Außenabmessungen
geringfügig
kleiner als die Innenabmessungen des Rahmenelements sind, und
- – Einführen des
Innenelements in das Rahmenelement, so dass der Membranfolienabschnitt
gespannt wird.
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Mit
diesem Verfahren kann ein bereits fertiges Membranfilterelement
bearbeitet werden, so dass der Membranfolienabschnitt nachträglich gespannt
wird. Bei dem zu bearbeitenden Membranfilterelement kann insbesondere
ein herkömmliches Membranfilterelement
verwendet werden. Ebenso kann ein Membranfilterelement verwendet
werden, das gemäß dem obigen
Verfahren mit einer verhältnismäßig niedrigen
Haltekraft hergestellt ist.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass das Innenelement am Rahmenelement befestigt
wird. Auf diese Weise lässt
sich das Innenelement sicher befestigen.
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Beispielsweise
wird das Innenelement in das Rahmenelement von der selben Seite
eingeführt,
an der der Membranfolienabschnitt angebracht ist.
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Alternativ
kann das Innenelement in das Rahmenelement von derjenigen Seite
eingeführt werden,
die dem Membranfolienabschnitt gegenüberliegt.
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Schließlich betrifft
die Erfindung auch ein Formteil zum Durchführen des eingangs beschriebenen
Verfahrens. Das Formteil weist eine Vertiefung auf, die zumindest
abschnittsweise komplementär
zu demjenigen Endbereich des Rahmenelements ausgebildet ist, der
der Membranfolie zugewandt ist. Die Vertiefung bewirkt den gespannten
Zustand des Membranfolienabschnitts.
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Weiterhin
kann das Formteil wenigstens ein Heizelement aufweisen. Vorzugsweise
ist das Heizelement oder sind die Heizelemente an denjenigen Stellen
des Formteils angeordnet, die mit der Stirnseite des Rahmenelements
zusammengeführt
werden. Damit lässt
sich gleichzeitig der Membranfolienabschnitt spannen und am Rahmenelement
befestigen. Das Heizelement kann auch als separate Einrichtung ausgebildet
sein und insbesondere dem Formteil zugeordnet sein.
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Beispielsweise
ist das Heizelement als elektrisches Heizelement oder als IR-Wärmestrahler ausgebildet.
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Ebenso
kann das Formteil wenigstens einen Ultraschallsender zum Befestigen
des Membranfolienabschnitts aufweisen. Der Ultraschallsender kann auch
separat ausgebildet und dem Formteil zugeordnet sein.
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Schließlich kann
das Formteil wenigstens eine Klebeeinrichtung zum Befestigen des
Membranfolienabschnitts aufweisen. Die Klebeeinrichtung kann auch
separat ausgebildet und dem Formteil zugeordnet sein Weiterhin betrifft
die Erfindung ein Membranfilterelement, das durch das oben beschriebene
Verfahren hergestellt ist.
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Außerdem betrifft
die Erfindung ein Membranfilterelement, das mit dem oben beschriebenen Formteil
hergestellt ist.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Rahmenelements und einer Membranfolie
vor dem Zusammenfügen
gemäß einer
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
schematische Schnittansicht des Rahmenelements und der Membranfolie
während dem
Zusammenfügen
gemäß der ersten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Membranfilterelements, das gemäß der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist,
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4 eine
schematische Schnittansicht eines Membranfilterelements, das gemäß einer
zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist, und
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5 eine
schematische Schnittansicht eines Membranfilterelements, das gemäß einer
dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist.
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In 1 ist
eine schematische Schnittansicht eines Rahmenelements und einer
Membranfolie vor dem Zusammenfügen
gemäß einer
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Die Membranfolie 20 wird an wenigstens zwei
Haltepunkten 24 und 26 mit einer geeigneten Haltevorrichtung
gehalten. Als Haltevorrichtung kann beispielsweise ein Rahmen verwendet werden.
Ebenso kann die Membranfolie 20 zwischen Rollen und/oder
Walzen eingespannt sein, so dass die Haltevorrichtung von den Rollen
und/oder Walzen gebildet wird. Die an den Haltepunkten 24 und 26 beaufschlagte
Haltekraft ist einstellbar.
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An
einer Seite der Membranfolie 20 ist ein Rahmenelement 10 angeordnet.
An der dem Rahmenelement 10 gegenüberliegenden Seite der Membranfolie 20 ist
ein Formteil 14 angeordnet. Das Rahmenelement 10 ist
bei dieser konkreten Ausführungsform
als Kreisring ausgebildet. Der Kreisring ist um eine Symmetrieachse 28,
die in der Zeichnungsebene liegt, rotationssymmetrisch ausgebildet.
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Das
Rahmenelement 10 kann beispielsweise auch ein Dreieckrahmen,
Rechteckrahmen oder Vieleckrahmen sein. Das Rahmenelement 10 kann im
Prinzip eine beliebige Form innehaben, wobei eine Stirnseite des
Rahmenelements 10 sich in einer Ebene erstreckt. Das Rahmenelement 10 weist
bei diesem Beispiel einen fünfeckigen
Querschnitt auf. Die der Membranfolie 20 zugewandte Außenseite
des Rahmenelements 10 ist angesenkt. Das Rahmenelement 10 wird üblicherweise
durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Die Membranfolie 20 ist
beispielsweise eine handelsübliche
feinporige Folie, die für Membranfilter
vorgesehen ist.
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Das
Formteil 14 ist beispielsweise aus einem Werkzeugstahl
hergestellt. Das Formteil 14 weist eine Vertiefung 16 auf,
die in etwa komplementär
zu demjenigen Endbereich des Rahmenelements 10 ausgebildet
ist, der der Membranfolie 20 zugewandt ist. Das Formteil 14 weist
eine Ausnehmung 18 auf, deren Kontur in etwa dem inneren
freien Bereich des Rahmenelements 10 entspricht. Weiterhin
ist in dem Formteil 14 ein Heizelement 22 integriert,
das der zugewandten Stirnseite des Rahmenelements 10 zugeordnet
ist.
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2 zeigt
eine schematische Schnittansicht des Rahmenelements 10 und
der Membranfolie 20 in einem zusammengeführten Zustand
gemäß der ersten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Endbereich des Rahmenelements 10 dringt in die Vertiefung 16 des
Formteils 14 ein.
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Dabei
wurde das Rahmenelement 10 entlang der Symmetrieachse 28 verschoben.
Die Membranfolie 20, die sich zwischen dem Rahmenelement 10 und
dem Formteil 14 befindet, wird dadurch gedehnt und gespannt.
Das Heizelement 22 bewirkt, dass die Membranfolie 20 an
der Stirnseite des Rahmenelements 10 durch die Wärmezufuhr
befestigt wird.
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Der
Teil der Membranfolie 20, der sich außerhalb der Stirnseite des
Rahmenelements 10 befindet, wird anschließend abgetrennt,
so dass ein Membranfolienabschnitt 12 an der Stirnseite
des Rahmenelements 10 verbleibt. Der Membranfolienabschnitt 12 befindet
sich in einem gespannten Zustand und erstreckt sich entlang einer
Ebene parallel zur Stirnseite des Rahmenelements 10.
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Das
Zusammenführen
des Rahmenelements 10 und des Formteils kann sowohl in
horizontaler als auch in vertikaler Richtung erfolgen. Es sei an
dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich um Relativbewegungen
zwischen der Membranfolie 20, dem Rahmenelement 10 und
dem Formteil 14 handelt. Es ist für das erfindungsgemäße Verfahren
im Prinzip unerheblich, ob die Membranfolie 20, das Rahmenelement 10 oder
das Formteil 14 stationär festgehalten
und die beiden jeweils anderen Gegenstände bewegt werden. Entscheidend
für das
Verfahren ist, wie sich die Membranfolie 20, das Rahmenelement 10 und
das Formteil 14 relativ zueinander bewegen.
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In 3 ist
eine schematische Schnittansicht eines Membranfilterelements dargestellt,
das gemäß der ersten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist. 3 verdeutlicht die Anordnung
des Membranfolienabschnitts 12 an der Stirnseite des Rahmenelements 10.
Da die Membranfolie 20 während des Befestigens an dem Rahmenelement 10 einer
mechanischer Spannung ausgesetzt war, befindet sich auch der Membranfolienabschnitt 12 des
Membranfilterelements in einem gespannten Zustand. Dies hat zur
Folge, dass der Membranfolienabschnitt 12 keine Unebenheiten
aufweist.
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4 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Membranfilterelements, das
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist. Das Membranfilterelement weist das Rahmenelement 10, den
Membranfolienabschnitt 12 und ein Innenelement 30 auf.
Der Membranfolienabschnitt 12 ist an der Stirnseite des
Rahmenelements 10 befestigt. Das Innenelement 30 befindet
sich innerhalb des Rahmenelements 10. Die Außenseite
des Innenelements 30 hat die gleiche Form wie die Innenseite
des Rahmenelements 10. Die Außenabmessungen des Innenelements 30 sind geringfügig kleiner
als die Innenabmessungen des Rahmenelements 10.
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Als
Ausgangsprodukt wird ein Membranfilterelement verwendet, bei dem
der Membranfolienabschnitt 12 an der Stirnseite des Rahmenelements 10 befestigt
ist. Als Ausgangsprodukt kann beispielsweise ein herkömmliches
Membranfilterelement verwendet werden. Weiterhin kann als Ausgangsprodukt auch
ein solches Membranfilterelement verwendet werden, das gemäß der ersten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist, wobei die Haltekraft an den Haltepunkten 24 und 26 verhältnismäßig niedrig
eingestellt ist.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Innenelement 30 in das Rahmenelement 10 eingeführt, so
dass der bereits befestigte Membranfolienabschnitt 12 nachträglich gespannt
wird. Dabei wird das Innenelement 30 in das Rahmenelement 10 von
der Seite eingeführt,
an der der Membranfolienabschnitt 12 befestigt ist. Der
Membranfolienabschnitt 12 wird somit in das Rahmenelement 10 hineingedrückt. Auch
auf diese Weise lässt
sich ein Membranfilterelement mit einem gespannten Membranfolienabschnitt 12 herstellen.
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In 5 ist
eine schematische Schnittansicht eines Membranfilterelements dargestellt,
das gemäß einer
dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt ist. Das Membranfilterelement gemäß 5 unterscheidet
von dem Membranfilterelement gemäß 4 dadurch, dass
das Innenelement 30 aus der entgegengesetzten Richtung
in das Rahmenelement 10 eingeführt wird. Der Membranfolienabschnitt 12 wird
somit aus dem Rahmenelement 10 herausgedrückt. Auch
mit dieser Methode lässt
sich ein Membranfilterelement mit einem gespannten Membranfolienabschnitt 12 auf
einfache Weise herstellen.
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- 10
- Rahmenelement
- 12
- Membranfolienabschnitt
- 14
- Formteil
- 16
- Vertiefung
- 18
- Ausnehmung
- 20
- Membranfolie
- 22
- Heizelement
- 24
- erster
Haltepunkt
- 26
- zweiter
Haltepunkt
- 28
- Symmetrieachse
- 30
- Innenelement