DE19704465A1

DE19704465A1 - Filtrationseinheit mit einem plissierten Filterelement

Info

Publication number: DE19704465A1
Application number: DE19704465A
Authority: DE
Inventors: Andreas Graus; Michael Schuetzler
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-13
Also published as: DE29801883U1; FR2758999A1; FR2758999B1; US5885455A

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtrationseinheit mit einem plissierten Filterelement zur Filtration von Fluiden, die äußerst kompakt aufgebaut ist.

Sie ist anwendbar für Filtrationsaufgaben im Bereich der Biotechnologie, der Gentechnik, der Pharmazie, der Chemie, der Getränke- und Lebensmittelindustrie sowie des Umweltschutzes. Die Filtrationseinheit ist aufgrund ihrer Kompaktheit, des günstigen Verhältnisses ihrer Filterfläche zum Gehäusevolumen und ihres geringen Totvolumens besonders geeignet als Disposable für Laboratorien, aber auch für Arbeiten zur Maßstabsvergrößerung (scale-up) und bei Bestückung mit Membranadsorbern zur Gewinnung von Wertstoffen.

Kompakte Filtrationseinheiten mit plissierten Filterelementen sind zum Beispiel aus der CH-PS 568 761 oder der DE-PS 24 44 224 C3 bekannt. So beschreibt die CH-PS 568 761 eine derartige als Blutfilter zu verwendende kompakte Filtrationseinheit, die aus einem rechteckigen mehrteiligen Gehäuse mit koaxialen Fluidanschlüssen besteht, die durch ein mehrlagiges plissiertes Filterelement so voneinander getrennt sind, das ein zu filtrierendes Fluid nur durch das Filterelement vom Fluideinlaß zum Fluidauslaß gelangen kann. Das plissierte Filterelement ist mit jedem der beiden Enden der auslaufenden Faltenkanten zwischen speziell ausgebildeten Wandbereichen der oberen und unteren Gehäusehälfte eingeklemmt und mit ihnen verschweißt und mit den beiden Stirnseiten durch eine Verbundmasse mit je einem seitlichen Verschluß verschlossen. Entsprechende fluiddichte Verbindungen bestehen zwischen den vier Bauteilen des Gehäuses. Die DE-PS 24 44 224 C3 offenbart eine Filtrationseinheit mit einem plissierten Filterelement, die aus 5 fluchtenden plattenförmigen Bauelementen zusammengesetzt ist. Das plissierte Filterelement ist auf der Filtratseite durch einen porösen Träger abgestützt, der über Rippen verfügt, die in die Plissierfalten hineinragen. Das plissierte Filterelement wird von einem Ausschnitt des zentralen plattenförmigen Bauelements als Membranträger aufgenommen, mit dem es an seinen Rändern fluiddicht verklebt ist.

Nachteilig ist die große Anzahl von Bauelementen und von Bereichen, in denen die einzelnen Bauelemente der Filtrationseinheit fluiddicht miteinander verbunden sind. Neben dem hohen technologischen Aufwand zur Herstellung solcher Filtrationseinheiten stellen die Verbindungen vor allem erhebliche Fehlerquellen für Leckagen dar, die häufig zu vorzeitigen Ausfällen der Filtrationseinheiten während des Gebrauchs führen können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Filtrationseinheiten an- und abströmseitig über ein relativ großes Totvolumen verfügen, das zwischen den Falten des plissierten Filterelements und zwischen dem Filterelement und den Gehäuseteilen ausgebildet ist. Das ist für die Filtration von gefährlichen Fluiden, oder von Fluiden, die hochveredelte Wertstoffe enthalten, ungünstig. Außerdem können die plissierten Filterelemente durch Pulsationen der Fluide oder durch Rückspülungen zerstört werden, da sie entweder über keine oder nur einseitig über eine Filterunterstützung verfügen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Filtrationseinheit für Fluide mit einem plissierten Filterelement zu schaffen, die gegenüber Druckstößen und Rückspülungen robust ist, nur aus wenigen Bauteilen besteht und über ein geringes Totvolumen verfügt.

Die Aufgabe wird durch eine Filtrationseinheit für Fluide mit einem mindestens einlagigen, plissierten Filterelement gelöst, welches in einem rechteckigen Gehäuse aus nur zwei Kunststoffgehäuseteilen mit ein- und auslaßseitigen Fluidanschlüssen angeordnet ist, wobei die offenen Falten und die Stegrücken der einen Seite des plissierten Filterelements der Einlaßseite und die offenen Falten und Stegrücken der anderen Seite des plissierten Filterelements der Auslaßseite zugewandt sind. Auf ihrer dem plissierten Filterelement zugewandten Seite verfügen die beiden Kunststoffgehäuseteile über eine peripher umlaufende Klemmfläche, zwischen die die Stirnseiten und die Enden der auslaufenden Faltenkanten des plissierten Filterelements eingeklemmt sind. Die peripher umlaufende Klemmfläche erstreckt sich auf den Randbereich der Kunststoffgehäuseteile bis auf eine Breite von etwa 0,1 bis etwa 2 cm, vorzugsweise 0,3 bis 1 cm. Durch eine Kunststoffumspritzung an ihrer Peripherie werden die beiden Kunststoffgehäuseteile unter fluiddichter Einfassung des plissierten Filterelements zu dem Gehäuse leckdicht verbunden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das plissierte Filterelement geringfügig größer als die Kunststoffgehäuseteile, so daß es an den Rändern etwa bis zu 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 0,5 mm übersteht. Dieser Überstand wird leckdicht von der Kunststoffumspritzung integriert. Die beiden Kunststoffgehäuseteile tragen außerdem auf ihrer dem plissierten Filterelement zugewandten Seite Rippen, die beidseitig in die Plissierfalten des Filterelements eindringen. Dadurch wirken sie zum einen als beidseitige Filterunterstützung und zum anderen verhindern sie die Ausbildung eines Totvolumens zwischen den Plissierfalten.

Vorzugsweise sind die Rippen so ausgeprägt, daß sie die Plissierfalten ausfüllen. Ihre Form kann beliebig sein. Für eine optimale Filterfläche und Schonung der Filtermaterialien sollten sie jedoch vorzugsweise dreieckig bis trapezförmig sein mit abgerundeten Kanten und einem Anstieg der Flächen von ungefähr 20 bis 70°, vorzugsweise 30 bis 40°.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die peripher umlaufenden Klemmflächen erhaben ausgebildet mit einer Höhe von ungefähr zwischen 0,01 bis 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 bis 0,2 mm. Die Erhabenheit der Klemmflächen bewirkt einlaß- und auslaßseitig eine Spaltbildung zwischen dem Filtermaterial und den Rippen. Dabei entspricht die Spalthöhe etwa der Höhe der Erhabenheit. Für die Gewährleistung eines extrem geringen Totvolumens wird das plissierte Filterelement einlaß- oder auslaßseitig oder beidseitig mit einem kompreßsiblen, flächigen, plissierten Material belegt, daß gleichzeitig eine Vorfilter- und drainierende Funktion übernimmt. Als flächiges Material kann zum Beispiel ein Mikrofaservlies verwendet werden. Zur besseren Ausbildung von Strömungskanälen für das zu filtrierende Fluid und das zu sammelnde Filtrat können die Rippen auf den beiden Kunststoffgehäuseteilen unterbrochen ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Filtrationseinheit und

Fig. 2 in Explosionsdarstellung die beiden Kunststoffgehäuseteile und das plissierte Filterelement der erfindungsgemäßen Filtrationseinheit.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, besteht die Filtrationseinheit i aus den beiden Kunststoffgehäuseteilen 2 und 3 mit je einem Fluidanschluß 4 und 5 und dem plissierten Filterelement 6. Wird die Filtrationseinheit 1 von oben nach unten betrieben, bildet 4 den einlaßseitigen und 5 den auslaßseitigen Fluidanschluß. Wird die Filtrationseinheit 1 in umgekehrter Richtung betrieben, bildet 5 den einlaßseitigen und 4 den auslaßseitigen Fluidanschluß. Die offenen Falten 7 und Stegrucken 8 der einen Seite des plissierten Filterelements 6 sind der Einlaßseite und die offenen Falten 7' und Stegrücken 8' der anderen Seite des plissierten Filterelements 6 sind der Auslaßseite zugewandt. Die Kunststoffgehäuseteile 2, 3 tragen auf ihrer dem plissierten Filterelement 6 zugewandten Seite Rippen 9, 9' die in ihrer Größe und Form vorzugsweise den Plissierfalten 7, 7' angepaßt sind. Aus materialökonomischen Gründen besitzen die Kunststoffgehäuseteile 2, 3 eine plissierartige Kontur, wodurch die Rippen ausgebildet werden. Auf ihrer dem plissierten Filterelement 6 zugewandten Seite verfügen die beiden Kunststoffgehäuseteile 2, 3 über eine peripher umlaufende Klemmfläche 10, zwischen die die Stirnseiten (nicht dargestellt) und die Enden 11 der auslaufenden Faltenkanten des plissierten Filterelements 6 eingeklemmt sind. Durch eine Kunststoffumspritzung 12 an ihrer Peripherie sind die beiden Kunststoffgehäuseteile 1, 2 unter fluiddichter Einfassung des plissierten Filterelements 6 zu dem Gehäuse leckdicht mit einander verbunden.

Claims

1. Filtrationseinheit (1) für Fluide mit einem mindestens einlagigen, plissierten Filterelement (6), welches in einem rechteckigen Gehäuse aus zwei Kunststoffgehäuseteilen (2, 3) mit ein- und auslaßseitigen Fluidanschlüssen (4, 5) angeordnet ist, wobei die offenen Falten (7) und die Stegrucken (8) der einen Seite des plissierten Filterelements (6) der Einlaßseite und die offenen Falten (7') und Stegrücken (8') der anderen Seite des plissierten Filterelements (6) der Auslaßseite zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kunststoffgehäuseteile (2, 3) durch eine Kunststoffumspritzung (12) an ihrer Peripherie fluiddicht zu dem Gehäuse verbunden sind und auf ihrer dem plissierten Filterelement (6) zugewandten Seite in die Plissierfalten (7, 7') des Filterelements (6) eindringende Rippen (9, 9') tragen und über eine peripher umlaufende Klemmfläche (10) verfügen, zwischen die die Stirnseiten und die Enden der auslaufenden Faltenkanten (11) des plissierten Filterelements (6) eingeklemmt sind.

2. Filtrationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (10) erhaben ausgebildet ist.

3. Filtrationseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhabenheit der Klemmfläche (10) zwischen 0,01 und 1 mm beträgt.

4. Filtrationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (9, 9') die Plissierfalten (7, 7') des Filterelements (6) ausfüllen.

5. Filtrationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (9, 9') zur Ausbildung von Strömungskanälen für das zu filtrierende Fluid und für das Filtrat unterbrochen sind.

6. Filtrationseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das plissierte Filterelement an den Rändern der beiden Kunststoffgehäuseteile etwa bis zu 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 0,5 mm übersteht und die Kunststoffumspritzung diesen Überstand fluiddicht integriert.