DE19904244A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundfilters für die Flüssigkeitsfiltration - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundfilters für die Flüssigkeitsfiltration werden die Randbereiche zwischen jeweils zwei benachbarten Filterlagen unter Vermittlung einer aus einem thermoplastischen Polymer bestehenden Schicht durch Ultraschallschweißung fest aber lösbar miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundfilters für die Flüssigkeitsfiltra­ tion, bei dem die Filterlagen im Randbereich miteinander ver­ bunden werden.

Ziel der bekannten Flüssigkeitsfiltration mit Tiefenfilter­ schichten ist bei der Getränkeherstellung die Abtrennung von Trubteilchen aus der Flüssigkeit zur Erzeugung eines glanzhel­ len, klaren Filtrats. Hierbei werden die Trubstoffe auf und in der Tiefenfilterschicht zurückgehalten. Der auf der Tiefenfil­ terschicht abgelagerte Trub kann nur zu einem sehr geringen Teil oder überhaupt nicht von der Tiefenfilterschicht entfernt werden.

In der Pharmaindustrie sind Filtrationsverfahren gebräuchlich, die ein entgegengesetztes Filtrationsziel haben. Hierbei ist der durch die Filterschicht zurückgehaltene Trub ein Wert­ stoff, der nach der Filtration zurückgewonnen werden soll. Aufgrund dieser Anforderung wird zusätzlich ein Schutz- oder Filterblatt zusammen mit der Filterschicht in den Filterplat­ tenrahmen eingelegt, welches den Wertstoff zurückhält, so daß dieser leicht zurückgewonnen werden kann. Allerdings ist die Einlegung eines zusätzlichen Filterblattes arbeitsaufwendig und erfordert Handhabungsgeschick.

Es sind auch bereits Verbundfilter im Gebrauch, bei denen die Schutz- oder Filterblätter mit Tiefenfilterschichten durch Heften, Ritzen, Bördeln, Perforieren, Kleben oder Siegeln ver­ bunden sind, was die Handhabung erleichtert. Jedoch ist die Herstellung dieser bekannten Verbundfilter ebenfalls arbeits­ intensiv und führt u. U. zu einer Verringerung der effektiven Filterflächengröße. Die Verwendung von Klebern zur Herstellung von Verbundfiltern ist problematisch, weil bei Flüssigkeits­ filtrationen insbesondere in der Pharmaindustrie die unver­ meidbaren Kontakte zwischen der Flüssigkeit und den Klebern nachteilige Auswirkungen haben können und daher zu vermeiden sind.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs angegebenen Art werden die Komponenten des Verbundfilters durch eine thermi­ sche Randverschweißung zu einer festen Einheit verbunden. Die Komponenten dieses unter der Marke COMBRA P (Seitz-Filter- Werke) hergestellten Verbundfilters sind eine Tiefenfilter­ schicht, eine Filtermembran und ein monofiles Polyestergewebe. Nachteilig bei diesem Verfahren zur Herstellung eines Verbund­ filters können thermische Schädigungen der miteinander verbun­ denen Komponenten in randnahen Zonen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsver­ fahren der eingangs angegebenen Art bereitzustellen, welches eine auf einfache Weise herbeizuführende Verbindung auch sehr unterschiedlicher Filterlagen ohne die vorgenannten Nachteile ermöglicht. Die Erfindungsaufgabe erstreckt sich auch auf die Bereitstellung von insbesondere nach dem anzugebenden Herstel­ lungsverfahren in unterschiedlichen Zusammensetzungen für vielfältige Anwendungsmöglichkeiten herstellbare Verbundfil­ ter.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Herstellungsverfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für das Verbundfilter durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte oder zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. des Verbundfilters.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu einer fe­ sten Verbindung der einzelnen Filterlagen im Randbereich außerhalb der effektiven Filterfläche ohne Zuhilfenahme von Klebern und praktisch ohne Wärmezufuhr. Auf diese Weise lassen sich mindestens zwei Filterlagen gleicher oder unterschiedli­ cher Filtrieraufgabenzuordnung fest miteinander verbinden, beispielsweise Filterpapier/Filterschichten, Filterschich­ ten/Filterschichten, Filterschichten/Membran, Filterpa­ pier/Filterschichten/Membran. Die Parameter des Ultraschall­ schweißvorgangs, nämlich Frequenz, Amplitude, Schweißzeit und Schweißkraft (Pressung) lassen sich auf handelsüblichen Ultra­ schallschweißanlagen im hier erforderlichen Ausmaß variieren und auf die Materialeigenschaften und Oberflächenstrukturen der zu verbindenden Filterlagen einstellen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine feste aber lösbare Verbindung von mindestens zwei wirksamen Filter­ lagen, die zur Filtration oder Separation von Trubteilchen und Filtrat in einem Filtrationsvorgang einsetzbar sind. Durch Verwendung unterschiedlicher Filtertypen können in einem Fil­ trationsvorgang Vor-, Klär- und Endfiltration durchgeführt werden. Die einzelnen Lagen der erfindungsgemäß hergestellten Verbundfilter sind so fest miteinander verbunden, daß sie als Einheit in einem Arbeitsschritt in den Filterapparat eingelegt und auch daraus entnommen werden können. Nach dem Filtrations­ vorgang können die Filterlagen eines Verbundfilters für die Gewinnung des Filterrückstandes voneinander getrennt werden.

Die im Randbereich einzulegende Polymerschicht kann auf eine der Filterlagen aufkaschiert sein, vorzugsweise wird jedoch entsprechend Anspruch 2 ein mit der thermoplastischen Polymer­ schicht beschichtetes Vlies eingesetzt, das aus geeigneten Synthesefasern hergestellt ist. Gut geeignet ist der handels­ übliche Vliesstoff Typ FFM 2614 (Freudenberg).

Ein für die Ultraschallverschweißung der Filterlagen geeigne­ tes thermoplastisches Polymer kann entsprechend Anspruch 3 aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen und Polyhexamethylenadi­ pinamid ausgewählt werden.

Das erfindungsgemäße Verbundfilter ist entsprechend Anspruch 4 gekennzeichnet durch die Ultraschallverschweißung der Filter­ lagen unter Vermittlung eines thermoplastischen Polymers. Die­ ses kann nach Anspruch 5 schichtförmig zwischen die zu ver­ schweißenden Filterlagen vor dem Verschweißen eingebracht vor­ liegen, aber auch teilchen-, tropfen- und/oder faserförmig in eine oder mehrere der zu verschweißenden Filterlagen einge­ bracht sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden schematisch ausgeführ­ ten Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Ultraschallschweißvorrichtung mit zwei ein­ gelegten Filterlagen vor dem Ultraschallschweiß­ vorgang,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Verbundfilter und

Fig. 3 eine herkömmliche für die Einlegung eines Verbundfilters vorgesehene Filterplatte einer Fil­ terpresse.

In Fig. 1 sind beispielsweise zwischen den Amboß 1 und die Sonotrode 2 der abgebrochen dargestellten Ultraschallschweiß­ vorrichtung eine Tiefenfilterschicht 3 und eine flächenabmes­ sungsgleiche Filterpapierschicht 4 außenkantenbündig einge­ bracht. Zwischen die Schichten 3 und 4 ist ein mit einem ther­ moplastischen Polymer beschichteter Randstreifen aus einem Vlies 5 eingelegt. Durch vertikale Relativverlagerung von Am­ boß 1 und/oder Sonotrode 2 in Schließrichtung dieser Werkzeuge erfolgt eine Randpressung der beiden Filterlagen 3, 4 und dem zwischengelegten Vlies 5. Durch einen auf das Material der Filterschichten an der Schweißstelle abgestimmten Ultraschall- Schweißimpuls erfolgt die gewünschte Verschweißung, wobei das beschichtete Vlies 5 die Haftungsvermittlung zwischen den Fil­ terlagen 3 und 4 übernimmt. Bei einer Ultraschallfrequenz von 35320 Hz, einer Schweißkraft von 100 N mit einer Schweißzeit von 1,5 s wurden saubere und feste Schweißstellen erzielt. Nach dem Auffahren der Werkzeuge kann das fertige Verbundfil­ ter entnommen werden.

Fig. 2 veranschaulicht die Randzone 6 des Verbundfilters, in welcher die Verschweißung der einzelnen Filterlagen erfolgt. Wie ein Vergleich mit der Anpreß- und Dichtfläche 7 der in Fig. 3 dargestellten Filterplatte 8 zeigt, sind die Randzone 6 des Verbundfilters und die Anpreß- und Dichtfläche 7 der Fil­ terplatte 8 deckungsgleich, so daß beim Einlegen und Zufahren der Filterpresse die Randzone 6 des Verbundfilters zwischen den Anpreß- und Dichtflächen 7 benachbarter Filterplatten 8 liegt. Für den Filtriervorgang steht daher die volle effektive Filtrationsfläche des Verbundfilters zur Verfügung.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundfil­ ters für die Flüssigkeitsfiltration, bei dem die Filterlagen im Randbereich miteinander verbunden werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen jeweils zwei benachbarte Filterlagen in ihren zu verbindenden Bereichen außerhalb der effektiven Fil­ trationsfläche eine aus einem thermoplastischen Polymer beste­ hende Schicht eingelegt wird, worauf die Filterlagen mit ihren zu verbindenden Bereichen in den Spalt zwischen Sonotrode und Amboß einer Ultraschallschweißvorrichtung eingeführt werden, wonach die Filterlagen zwischen Sonotrode und Amboß gepreßt und durch Aktivierung der Sonotrode mit Ultraschallenergie unter Vermittlung der eingelegten Polymerschicht bzw. Poly­ merschichten miteinander ultraschallverschweißt und an­ schließend nach Aufhebung der Pressung aus dem Spalt zwischen Sonotrode und Amboß entnommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastische Polymerschicht ein mit einem thermo­ plastischen Polymer beschichtetes Vlies zwischen die Filterla­ gen eingelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer aus der Gruppe Polyethylen, Poly­ propylen und Polyhexamethylenadipinamid ausgewählt wird.

4. Aus mehreren Filterlagen bestehendes Verbundfilter für die Flüssigkeitsfiltration, bei dem die Filterlagen im Randbe­ reich miteinander verbunden sind, hergestellt insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterlagen unter Vermittlung eines thermoplastischen Polymers in ihren Randbereichen außerhalb der effektiven Filtrationsfläche miteinander ultraschallver­ schweißt sind.

5. Verbundfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer teilchen-, tropfen- und/oder faserförmig in den zu verschweißenden Filterlagen oder schichtförmig zwischen die zu verschweißenden Filterlagen vor dem Verschweißen eingebracht vorliegt.