-
Die
Erfindung betrifft ein Einsatzelement für eine Labornutsche gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
-
Für die Durchführung von
Filtrationsarbeiten in Labors sind sogenannte Labornutschen bekannt, die
im wesentlichen aus einem Gehäuseoberteil,
einem an dessen unterem Ende angeordneten Funktionsteil, beispielsweise
einem Filter und einem Gehäuseunterteil
bestehen, wobei die beiden Gehäuseteile
mittels eines Klemmbügelverschlusses
druckfest und fluiddicht zusammengehalten werden. Dabei ist der
Filter bzw das Funktionsteil in einem aufwändigen Verfahren in ein Gehäuseteil
eingeschmolzen und kann daher nur zusammen mit dem Gehäuseoberteil
ausgetauscht werden. Da die funktionstechnischen Anforderungen an
die Filter, insbesondere an deren Durchlassverhalten sehr unterschiedlich
sind, bedarf es zur Durchführung
unterschiedlicher Filtrationsarbeiten der Benutzung und somit auch
der Bevorratung einer großen
Anzahl von Labornutschen.
-
Labornutschen
mit eingeschmolzenem Filterkörper
sind auch insoweit nachteilig, als bei dem ohnehin aufwändigen Einschmelzvorgang
aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen
Materialien insbesondere im eigentlichen Einschmelzbereich in den
Materialien Spannungen entstehen, die beim Benutzen der Labornutsche,
insbesondere beim Einfüllen
hochgradig erhitzter Flüssigkeiten,
beispielseweise heiß gesättigter Lösungen beim
Umkristallisieren, zu Spannungsbrüchen führen können und damit eine große Unfallgefahr
darstellen. Um diese Gefahr zu minimieren, werden von einzelnen
Herstellern solcher Labornutschen diesen entsprechende "Einfüll-Hinweise" beigegeben.
-
Durch
die
DE 33 07 519 C2 wurde
eine Filtervorrichtung mit einem austauschbaren Filter bekannt, wobei
die beiden Gehäuseteile
mit Hilfe von Permanentmagneten zusammen gehalten werden. Der eigentliche
Filterkörper
wird dabei von einer auf einem Tragsieb aufliegenden Filter scheibe
gebildet, die zwischen die beiden Gehäuseteile eingelegt wird. An den
beiden einander gegenüberliegenden
Enden der Gehäuseteile
sind diese flanschartig ausgebildet und mit Ringnuten versehen,
in die achsial polarisierte ringförmige Dauermagnete eingelegt
sind. Um diese gegen Korrosion zu schützen, sind die Dauermagnete
weitestgehend in Kunststoff eingebettet.
-
Eine
hierzu ähnliche
Filtervorrichtung ist in der
DE 38 72 070 T2 gezeigt, deren Aufbau im
wesentlichen der Filtervorrichtung gemäß
DE 33 07 519 C2 entspricht.
Hier ist das Filterelement aus einem festen Material, das in trockenem
Zustand in poröser Form
erhalten wurde, durch Gefrieren, Gefriertrocknung und anschließende Verdichtung
hergestellt und wird zwischen zwei gitterartigen Platten aufgenommen,
die ihrerseits an Auflagefächen
eines topfartig ausgebildeten Trägers
anliegen. Der Träger
ist zwischen flanschartigen Enden der Zuführ- und der Abflußleitung
angeordnet und ist nach außen
durch O-Ringe abgedichtet, die in Einstiche eingelegt sind, die
in die Mantelfächen
von zylindrischen Ansätzen der
Flansche der beiden Leitungen eingearbeitet sind. Durch diese Anordnung
sind die beiden Leitungen zusammen mit dem zwischen ihnen angeordneten
Träger
zwar nach außen
fluiddicht, jedoch kann einerseits das zu zu filternde Medium unter
Umgehung des Filterelementes von der Zuleitung in die Abflußleitung
gelangen und andererseits liegen die als Dichtungen wirkenden O-Ringe
im mediendurchflossenen Bereich und sind daher der Aggresivität des Mediums
ausgesetzt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde eine Filtereinrichtung für Labornutschen
zu schaffen, die ohne Eingriff in den eigentlichen Aufbau der Labornutsche
ein leichtes Austauschen des Filters gestattet, dabei aber gleichzeitig
Gewähr
für eine
druckfeste und fluiddichte Verbindung der beiden Gehäuseteile
der Labornurtsche bietet.
-
Diese
Aufgabe wird für
gattungsgemäße Labornutschen
durch ein Einsatzelement mit einem zur Aufnahme eines Filterkörpers dienenden
Träger
gelöst,
der zumindest eine ringförmig
ausgebildete Auflagefläche
für den
Filterkörper,
sowie zwischen seinen stirnseitigen Enden zwei in achsialem Abstand zueinander
angeordnete Dichtlippen aufweist, zwischen denen eine elastische
Gegenlage für
diese angeordnet ist.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird
zunächst
der Vorteil erreicht, daß der
Filterkörper
zusammen mit dem Einsatzelement ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen
der Labornutsche leicht entnommen und durch ein anderers Einsatzelement
mit einem anderen Filterkörper
ersetzt werden kann. Der Wechsel des Filterkörpers kann sowohl zu Reinigungszwecken
als auch dann vorgenommen werden, wenn ein Filterkörper mit
anderer Porosität
eingesetzt werden soll. Durch den Wegfall des Einschmelzens des
Filters in das Gehäuseteil
entstehen zwischen diesen Teilen keinerlei Wärmespannungen, sodaß auch die
Gefahr von Spannungsbrüchen
ausgeschlossen ist. Hierdurch entfallen auch die seitherigen Beschränkungen
beim Einfüllen
von hochgradig erhitztem Filtriergut in die Labornutsche, z. B. heiß gesättigten
Lösungen
beim Umkristallisieren, die beim Abkühlen schon auf der Nutsche
kristallisieren und den Filterkörper
verstopfen.
-
Durch
die Maßnahme,
an dem Filterkörper zwei
im Abstand zueinander angeordnete Dichtlippen vorzusehen und zwischen
diesen eine elastische Gegenlage anzuordnen, wird sowohl ein gleichmäßiges Anliegen
der Dichtlippen an den Dichtflächen
der Flansche als auch eine Begrenzung der Schließkraft des Klemmbügelverschlusses
erreicht, sodaß selbst dann,
wenn die Gehäuseteile
aus relativ dünnem Glas
bestehen, die Bruchgefahr der Gehäuseteile ausgeschlossen, zumindest
aber erheblich vermindert ist.
-
Eine
in konstruktiver Hinsicht einfache Lösung wird dadurch erreicht,
daß die
Gegenlage von einem O-Ring gebildet ist, dessen Elastizität größer als
die Elastizität
der Dichtlippen ist.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Träger aus
einem warmverformbaren Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten,
vorzugsweise aus einem PTFE-Werkstoff. Bei derartigen Werkstoffen
genügt
eine Erwärmung
des Trägers
auf einen Bereich von etwa 150 bis 250 Grad, um den gegenüber einer
Durchgangsbohrung ein Übermaß aufweisenden
Filterkörper
in den Träger
des Einsatzelemen tes einzuführen
und einzuschrumpfen, um hierdurch einen fluiddichten Sitz des Filterkörpers im
Träger
zu gewährleisten.
-
Ein
sicherer Sitz des Filterkörpers
im Träger ist
dann gewährleistet,
wenn dieser im Bereich seiner der ersten Auflagefläche für den Filterkörper entfernten
Stirnseite eine zweite ringförmige
Auflagefläche für den Filterkörper aufweist.
-
Zur
Durchführung
von unmittelbar aufeinander folgenden mehrstufigen Filtriervorgängen ist
es vorteilhaft, wenn der Träger
mehrere Filterkörper
aufweist und innerhalb des Trägers
für jeden
Filterkörper mindestens
eine Auflagefläche
vorgesehen ist.
-
Sofern
die Anordnung mehrerer Filterkörper in
einem einzigen Träger
für umfangreiche
mehrstufige Filtrationen nicht ausreichend ist, ist es vorteilhaft, mehrere
Einzelelemente in Filtrationsrichtung einander nachzuordnen, wobei
die Porosität
und/oder die wirksame Fläche
der Filterkörper
innerhalb eines Trägers
und/oder innerhalb der Einsatzelemente unterschiedlich sein kann.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht daher
ein Baukastensystem zu realisieren, das praktisch allen Anforderungen
unterschiedlicher Filtrationen gerecht wird. So können die
Einsatzelemente einen oder mehrere innerhalb des jeweiligen Einsatzelementes
in gegenseitigem Abstand angeordnete Filterkörper aufweisen, und es können mehrere
Einsatzelemente zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, wobei die Filterkörper einer
jeden Baueinheit gleiche oder unterschiedliche Porositäten und/oder gleiche
oder unterschiedliche Wirkflächen
aufweisen können.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der
nachfolgenden Beschreibung eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles.
-
Es
zeigt:
-
1: eine Schnittdarstellung
des Einsatzelementes;
-
2: den Verbindungsbereich
der beiden Gehäuseteile
einer Labornutsche mit in diese eingesetztem Einsatzelement;
-
3: eine vergrößerte Darstellung
des Bereiches "A" der 1;
-
4 : eine Schnittdarstellung
durch das Einsatzelement mit eingesetztem Filterkörper;
-
5: eine Schnittdarstellung
durch das Einsatzelement entsprechchend 4 mit mehreren eingesetztem Filterkörpern;
-
Das
Einsatzelement weist einen ringförmig ausgebildeten
Träger 1 auf,
der aus einem warmverformbaren PTFE-Werkstoff, beispielsweise aus
dem unter der Marke "Teflon" bekannten Werkstoff
hergestellt ist und zur Aufnahme eines Filterkörpers 2 dient. Bei
dem Filterkörper 2 kann
es sich um Glasfilterplatten, Lochplatten, Glasplatten, Katalysatorplatten
oder ähnlichem
Funktionsteilen handeln, die vorzugsweise für Laborarbeiten vorgesehen
sind, sowie um sogenannte Glockenböden für Destillationskolonnen.
-
Im
Bereich seiner beiden Stirnseiten ist der Träger 1 mit je einem
ringförmigen
Ansatz 3,4 versehen, der entweder zylinderförmig oder
kegelförmig ausgebildet
ist. Bei in die beiden, für
Laborgeräte
im allgemeinen aus Glas hergestellten Gehäuseteile 5,6 eingesetztem
Träger 1 ragen
die beiden ringförmigen Ansätze 3,4 in
die beiden Gehäuseteile 5,6,
sodaß deren
radiale Relativlage vorgegeben und damit auch gesichert ist.
-
Wie
aus 2 hervorgeht, sind
beim gezeigten Ausführungsbeispiel
die beiden Gehäuseteile 5,6 im
Bereich ihrer einander zugekehrten Enden flanschartig geformt und
mit Dichtflächen 8,9 versehen. Die
so gebildeten Flansche 11, 12 können in
an sich bekannter Weise kegelstumpfförmige Übergangsbereiche aufweisen,
sodaß die
beiden Gehäuseteile 5,6 in
an sich bekannter Weise mittels eines Klemmbügelverschlusses 10 druckfest
und fluiddicht miteinander verbindbar sind. Die Ausbildung der Flansche 11, 12 kann
dabei so gestaltet sein, daß die
Außenränder der
beiden Gehäuseteile 5,6 ringförmig umspannt sind
und in der Schließ stellung
des Klemmbügelverschlusses 10 gegeneinander
gedrückt
werden.
-
Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die beiden Gehäuseteile 5,6 zwar
Teile einer an sich bekannten Labornutsche 7, jedoch ist die
Anwendung der Erfindung nicht auf Labornutschen beschränkt. Die
beiden Gehäuseteile 5,6 können auch
die Enden von miteinander verbundenen Filtrationsleitungen sein,
zwischen denen ein Filterkörper 2 angeordnet
ist.
-
Wie
aus den 1 und 2 hervorgeht, sind an dem
Träger 1 zwei
umlaufende Dichtlippen 13, 14 ausgebildet, die
in achsialem Abstand zueinander angeordnet sind und einen größerern Außendurchmesser
als der übrige
Teil des Trägers 1 aufweisen. Die
Außenseiten
der beiden Dichtlippen 13, 14 liegen bei in die
Gehäuseteile 5,6 eingeführtem Träger 1 an den
Dichtflächen 8,9 der
Flansche 11, 12 durch die Spannkraft des Klemmbügelverschlusses
kraftschlüssig
an und dichten die beiden Gehäuseteile 5,6 nach
außen
ab.
-
Um
eine möglichst
gleichmäßige Dichtwirkung
bei relativ geringer Druckkraft zu erzielen, ist zwischen den beiden
Dichtlippen 13, 14 eine Gegenlage 15 vorgesehen,
die von einem O-Ring 16 gebildet ist. Die Gegenlage 15 besteht
aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem elastomeren
Werkstoff, dessen Elastizität
größer als
die Elastizität
der Dichtlippen 13, 14 ist. Hierdurch wird sowohl
ein gleichmäßiges Anliegen
der Dichtlippen 13, 14 an den Dichtflächen 8,9 der
Flansche 11, 12, als auch eine Begrenzung der
Schließkraft
des Klemmbügelverschlusses 10 erreicht,
sodaß selbst
dann, wenn die Gehäuseteile 5,6 aus
relativ dünnem
Glas bestehen, die Bruchgefahr der Gehäuseteile 5,6 ausgeschlossen,
zumindest aber erheblich vermindert ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn
der Innendurchmesser des O-Ringes 16 im entspannten Zustand
etwas kleiner als der Außendurchmesser
des Trägers im
Bereich zwischen den Dichtlippen 13,14 ist, sodaß der O-Ring den Träger 1 mit
Vorspannung umgreift.
-
Um
den Träger 1 zusammen
mit dem von ihm aufgenommenen Filterkörper 2 leicht austauschen
zu können,
sind der Träger 1 und
der Filterkörper 2 fest
miteinander verbunden.
-
Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Verbindung zwischen dem Träger 1 und
dem Filterkörper 2 durch
Einpressen oder "Einschrumpfen" des Filterkörpers in
den Träger 1 erreicht.
-
Der
Träger 1 weist
hierzu eine Durchgangsöffnung 17 auf,
deren Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser des Filterkörpers 2 ist.
Im mittleren Bereich 18 des Träger 1 ist die Durchgangsöffnung 17 um
einen bestimmten Betrag erweitert. Hierdurch werden am Träger 1 eine
erste Auflagefläche 19 und eine
zweite Auflagefläche 21 gebildet,
deren achsialer Abstand der Dicke des Filterkörpers 2 entspricht. Um
den Filterkörper 2,
dessen Außendurchmesser etwas
größer als
der Durchmesser der Durchgangsöffnung 17 ist,
wird der Träger 1 auf
einen Bereich von etwa 150 bis 250 Grad erwärmt und dehnt sich hierdurch
aus, wodurch sich auch die Durchgangsöffnung 17 entsprechend
dem Ausdehnungskoeffizienten des PTFE Werkstoffes erweitert, sodaß sich der Filterkörper 2 durch
die Durchgangsöffnung 17 hindurch
in den erweiterten Bereich 18 der Durchgangsöffnung 17 einführen und
sich dabei sehr genau auf den beiden Auflageflächen 19,21 des
Trägers 1 positionieren
läßt.
-
Beim
Erkalten des Trägers 1 versucht
dieser seine ursprüngliche
Form wieder zu erreichen und schrumpft auf dem Filterkörper 2 fest.
Die Erfindung macht sich hierbei die Tatsache zu Nutze, daß PTFE-Werkstoffe
ein sehr wiederholgenaues Ausdehnungs- bzw Schrumpfungsverhalten
aufweisen, und der Träger 1 sich
daher druckfest und fluiddicht auf den Filterkörper 2 aufschrumpft.
-
Wird
das so gebildete Einsatzelement in die beiden Gehäuseteile 5,6 eingesetzt
und der Klemmbügelverschluß geschlossen,
so legen sich die beiden Dichtlippen 13, 14 dichtend
auf die Dichtflächen 8,9 der
Gehäuseteile 5,6 und
werden durch die Kraft des Klemmbügelverschlusses in Eingriff
mit diesen gehalten, wobei die Gegenlage 15 einerseits
bei Abweichungen der Planparllelität zwischen den Dichtlippen 13, 14 und
den Dichtflächen 8,9 einen
gewissen Ausgleich ermöglicht
und anderer-seits die vom Klemmbügelverschluß auf die
Gehäuseteile 5,6 wirkende
Anpresskraft durch die Elastizität
der Gegenlage 15 bzw des O-Ringes 16 begrenzt
wird.
-
Soll
der Filterkörper
dem Einsatzelement entnommen und durch einen funktionstechnisch
anderen Filterkörper
ersetzt weren, so ist es nur erforderlich, das Einsatzelement für kurze
Zeit in einem Labor-Trockenschrank auf den vorerwähnten Temperaturbereich
zu erwärmen
und den Filterkörper
dann dem Einsatzelement bzw dem Träger zu entnehmen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung können innerhalb eines Trägers 1 mehrere Filterkörper 2 gleicher
oder unterschiedlicher Porosität
und/oder gleicher und/oder unterschiedlich großer Wirkfläche angeordnet werden. Hierfür ist es
lediglich erforderlich, in dem jeweiligen Träger 1 eine entsprechende
Anzahl von ersten Auflageflächen 19 und
gegebenenfalls entsprechenden zweiten Auflageflächen 21 vorzusehen,
wie dies in 5 dargestellt
ist.
-
Sofern
mit einem nach den vorstehenden Kriterien aufgebauten Baukastensystem
nicht alle Anforderungen erfüllt
werden können,
kann dieses System insoweit noch erweitert werden, als mehrerere
Einsatzelemente in Filtrationsrichtung nacheinander angeordnet werden,
wobei die die Porosität und/oder
die Größe der Wirkfläche der
einzelnen Filterkörper 2 ebenfalls
beliebig variiert werden kann.
-
Voraussetzung
hierfür
ist lediglich, daß die
in die beiden Gehäuseteile 5,6 ragenden
ringförmigen Ansätze 3,4 des
Trägers 1 den
dem Innendurchmesser des entsprechenden Gehäuseteiles 5,6 bzw
dem Innendurchmesser der entsprechenden Leitung angepaßten Außendurchmesser
aufweisen.