DE2001509A1

DE2001509A1 - Filtereinsatz

Info

Publication number: DE2001509A1
Application number: DE19702001509
Authority: DE
Inventors: Sicard Marcel Clarence
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1969-05-19
Filing date: 1970-01-14
Publication date: 1970-11-26
Also published as: NL6916036A; DE2001509C3; DE2001509B2; BE744518A; GB1261820A; BR6913861D0; US3648846A; FR2046060A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Filter für Fluide, insbesondere für Flüssigkeiten* und insbesondere auf ein Filter mit einer Bewicklung aus einem rautenförmig aufgespulten Garn oder Gespinst und mit einer darin vorgesehenen Scheidewand, Gewebeschicht oder Faserschicht von Filtermaterial oder aber mit gerauhten Fäden aus Garn, Gespinst, Efcze oder dergleichen, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filters.

Filter der genannten Art sind in den USA in zwei prinzipiellen Bauwelsen bekannt. Sie werden im allgemeinen hergestellt, indem auf eine durchlässige, nämlich perforierte oder von Natur aus durchlässige, beispielsweise poröse, Kernhülse aus Metall oder einem anderen passenden Material ein textiles Material in Form eines Fadens, eines Gespinst, einer litze oder dergleichen unter Bildung von rautenförmigen Durchlässen so aufgespult wird, daß

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Ton der Kernhülse zur Hantelfläche durchlaufende Kanäle In des entstehenden Filter gebildet werden. Biese Kanäle haben eine pyramidenförmige Gestalt, d.h., die Burchtritte haben von der Mantelfläche zur Kernhülse hin zunehmend kleinere Weiten. Sementsprechend haben die zum Inneren des fertigen Filters hin liegenden rautenförmigen Surchtritte geringere Weiten.

Bei einem Verfahren zur Herstellung solcher Filter wird das Gespinst oder der Faden aus textilem Material gerauht, bevor er aufgespult wird. Dadurch, entstehen Fasern, die sich quer über die rautenförmigen Surchtritte legen. Jedoch sind die durch das Aufrauhen erzeugten, aus den Fäden oder dergleichen wegstehenden Einzelfasern im allgemeinen nur an einem Ende getragen, selbst wo die rautenförmigen Surchtritte nur geringe Weiten haben, insbesondere aber, wo deren Weite groß ist.

Weiter h i,_;t üie Sichte der durch Aufrauhen gewonnenen Fasern jeweils von derjenigen Materialmenge ab, die jeweils aufgerauht, beispielsweise umgekämmt werden kann. Hur die so erzeugten abstehenden Fasern tragen zur Filterwirkung bei, so daß die Sichte des Filtermaterials ebenfalls begrenzt ist. Auch sind hierbei die durch Aufrauhen gewonnenen Fasern von gleichem Material wie die jeweils verwendeten Fäden oder dergleichen. Sa die Menge, die durch Aufrauhen von den Fäden oder dergleichen zu gewinnenden Materials begrenzt ist, ist nicht nur die Sichte des gesamten Filters begrenzt, wie bereits erwähnt, sondern auch die. Anzahl der verfügbaren Materialien für die Fäden ist begrenzt. Siese Begrenzungen sind äusserst nachteilig.

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Die Nachteile dee filtere alt aufgerauhten Fäden sind jedenfalls teilweise dadurch überwunden worden, daß nan Filter geschaffen hat, bei denen daa Filtermittel getrennt von den Fäden, jedoch gleichseitig nit diesen aufgebracht wird, während die Fäden auf die stützende KernhUlse aufgespult werden. Dies erlaubt die Wahl eines weiteren Bereichs von Materialien, da die Fäden und das Filtermittel nicht gleichartig sein nüssen. Weiter können die Faserlängen des zusätzlich eingefügten Filtermittels beliebig variiert werden, eo daß A gewünschtenfalls längen vorgesehen werden, bei denen die Einseifasern über einen oder mehrere Durchtritte hinweglaufen.

Sowohl bei der Bauart der Filter mit aufgerauhten Fäden als auch bei derjenigen mit susätslich eingefügtem Filtermittel konnte bisher nicht erreicht werden, daß die Filter sur Verwendung bei stark variierenden Filterungsgraden verwendbar sind, ohne daß hiersu die Grosse der rautenförmigen Durchtritte sowie deren Ansahl in Umfangsriohtung um die Kernhttlse in starkem Maße geändert wurde.

Beispielsweise werden bei der Ausführungsform solcher Filter mit.auff«rauhten Fäden, wenn ein feiner Filterungegrad erwünscht ist, die rautenförmigen Durchtritte kleiner gemacht, so daß die von den Fäden abstehenden Fasern, in Bezug auf die Durohtrittsflache eine grössere Ansahl haben^eine diohtere Bedeckung der rautenförmigen Offnungen ergeben. Andererseits geht diese Bedeckung bei grosser werdenden öffnungen verloren, da die abstehenden Fasern nicht geeignet sind, eine grössere Fläche wirksam su überdecken. Werden Fäden aus einem

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gröberen Garn verwendet, dann ist es schwierig, diese in rautenförmiger Anordnung derart aufzuspulen, daß die Rauten klein genug sind, um einen feinen Filterungsgrad zu erreichen. Zusätzlich begrenzt auch die Unfähigkeit der durch Aufrauhen abstehenden Fasern, einen großen Teil der Fläche in einem rautenförmigen Durchtritt zu bedecken, die Größe eines Filters, das so hergestellt werden kann. Um ein wirksames Filter in· dieser Art herzustellen, ist daher eine relativ große Anzahl von rautenförmigen Durchtritten rund um die Kernhülse erforderlich, um eine Feinfiltrierung zu erreichen.

Dadurch wird andererseits ein Mehraufwand an Material erforderlich, das fester aufgewunden wird, wodurch die Kosten der Herstellung wesentlich erhöht und der erreichbare Durchsatz stark eingeschränkt wird. Bei denjenigen Filtern, bei denen eine Scheidewand oder eine Einlage verwendet wird, besteht das gleiche Problem; bei bisher in den U.S.A. hergestellten Filtereinsätzen mit rautenförmiger Bewicklung, die ein zusätzlich eingebrachtes Material oder eine Scheidewand enthalten, gehen die Versuche, den Filterungsgrad zu beeinflussen, einfach dahin, daß die Anzahl und die Größe der Rauten verändert wird. Dabei wird ebenso wie bei den Filtereinsätzen mit gerauhten Fäden im allgemeinen die Anzahl erhöht und die Größe verringert. Beispielsweise wird heutzutage ein typischer, für eine Teilchengröße von 1 fj bestimmter Filter mit 39 Rauten hergestellt, die am Umfang einer Kernhülse von einem Durchmesser von etwa 25 mm angeordnet sind, und zwar unabhängig davon, ob der Filter aus gerauhten tragenden Fäden oder mit zusätzlich eingefügtem Filtermaterial hergestellt ist. Ein typischer Filter für eine Teilchengröße von 3 u hat 27 so angeordnete Rauten, während ein Filter für eine Teilchengröße von

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10 u 19 Rauten und ein Filter für eine Teilchengröße von 20 u 15 Rauten aufweist. Alle filter verwenden in dieser Weise um so weniger Rauten, je grober der Filterungsgrad wird. _; ' ·

Zusätzlich zu den genannten Nachteilen wird bei der gegenwärtigen Herstellungspraxis auch versucht, eingeschichtete Windungen aufzubringen, wenn feine Filterungsgrade gewünscht werden, anstatt die Rauten, wie sonst üblich, offen zu lassen. Hierdurch wird die für den Durchfluss freie Querschnittsfläche weiter verengt, was sich in einer entsprechend verringerten Durchsatzmenge und in einer verringerten Lebensdauer des Filters äußert. ■--■■■"■

Dies wird deutlich bei dem bereits genannten Beispiel, wo 39 Rauten auf einer Kernhülse von einem Durchmesser von 25,4 mm vorgesehen sind. Dann haben die zwischen benachbarten Fäden gebildeten Rauten am 79,7 mm messenden Umfang der Kernhülse einen Abstand von Mitte zu Mitte von nur 2yQ4 mm. Es ist erkennbar, daß dann die Strömung durch die die Bewicklung darstellenden Fasern oder Fäden hindurchtreten muß, weil zwischen den Fäden keine oder nur sehr kleine Öffnungen bleiben.

Seither waren die Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung von Filtern der Meinung, daß eine große Anzahl von ^; Rauten einen die Filtereigensehaften ausgleichenden Effekt habe, um so den Filterungsgrad bei.der Herstellung konstant zu halten und gleichzeitig die Lebensdauer solcher Filter durch die Erzielung eines Hebenstromeffekts zu verlängern. Diese Meinung gründete sich darauf, daß -jede Schicht des Filtermaterials aus einer Schicht von unregelmäßig angeordneten Fasern beeteht, die sich über die rautenförmigen Durchtritte zwischen den Fäden erstreckt, wobei

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von Punkt zu Punkt dieser Schicht rund um den Umfang und in Richtung der Länge und Tiefe jeder Schicht stark unterschiedliche Dichten in den Schichten auftreten. Entspreohend dieser Meinun—g wurde angenommen, daß in dem Maß, wie in verschiedenen Tiefen des Filtereinsatzes einzelne rautenförmige Durchtritt durch Rückstände verstopft werden, die Strömung diese verstopften Durchtritte seitlich umgeht. Diese Umströmung erlaubt dann dem zu filternden Strömungsmittel, durch die von den Fäden gebildeten Wände der verstopften rautenförmigen Durchtritte hindurchzutreten in angrenzende Durchtritte, die noch nicht verstopft sind. Dies ist jedoch unzutreffend. Bei kleinen Durchtritten in großer Anzahl ebenso wie bei eingeschichteten Windung wird nur eine relativ kleine Durchtrittsfläche und eine geringe Lebensdauer erzielt. Ein weiterer Nachteil bereits in den U.S.A. hergestellter Filter mit rautenförmiger Bewicklung, in die zusätzliches Filtermaterial eingelagert ist, besteht darin, daß die Stärke des Stegs oder der Schicht des Filtermaterials, das jeweils über einem Durchtritt liegt, begrenzt ist. Viele der Filtereinsätze mit eingelagertem Filtermittel, die in den U.S.A. erhältlich sind, insbesondere die für die gröberen Filterungsgrade bestimmten, zeigen einen Durchbruch der Filterschicht bereits bei Drücken von 1,2 atü und weniger, so daß dann ungefiltertes Strömungsmittel durch den Filtereinsatz hindurchtritt. Aus dem gleichen Grund ist die Wanddicke bei den meisten derzeit in den U.S.A. erhältlichen Filtern, seien sie aus aufgerauhten Fäden oder mit zusätzlich eingelagertem Filtermittel hergestellt, auf relativ kleine Werte begrenzt. Ein solcher Filter hat beispielsweise einen Innendurchmesser von 25,4 mm und einen Außendurchmesser von 63,3 mm, so daß für die Wanddicke des ringförmigen Filtereinsatzes nur etwa 19 mm bleiben, da andernfalls die Größe der rauten-

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förmigen Durchtritte mit zunehmendem Durchmesser zu groß würde.

Filtereinsätze mit dickeren Wänden können daher seither nur durch gemischte Bewicklung erreicht werden* d. h. eine , Bewicklung, bei der die Schichten nach außen hin eine zunehmende Anzahl von rautenförmigen Durchtritten aufweisen, um in keiner Schicht eine kritische Größe der Durchtritte zu überschreiten. Als Ergebnis dieser stufenweisen Dichtewerte in der Tiefe des Filters von äußerst grob an der Mantelfläche bis äußerst fein am Innenumfang ist die Herstel- lung praktisch unmöglich, ohne aufwendige Veränderungen * vorzunehmen, sei es in der Art des Fadenmaterials, dem Ausmaß des Aufrauhens der Fäden in aufeinanderfolgenden Schichten oder in der Anzahl der rautenförmigen Durchtritte in verschiedenen Schichten. Eine derartige Konstruktion verursacht jedoch auch eine Reihe von Durchtritt ever engungen jedes Mal dort, wo die Anzahl der Durchtritte in Umfangene /t-ung geändert wird. Die erwähnten Nachteile, sei es einzeln oder in ihrem Zusammenwirken, machen es äußerst schwierig, genormte Serien derartiger Filter ohne lange und umständliche Versuchsarbeiten zu entwickeln, wobei jedes Mal die wirkungsvollste Anzahl von rautenförmigen Durchtritten und das d Ausmaß des Aufrauhens oder die Menge von einzufügendem Filtermaterial bestimmt werden müssen, um den gewünschten Filterungsgrad zu erreichen. Diese Schwierigkeiten sind um so größer, wenn verschiedene Materialien oder Konstruktionen mit verschiedenen Filtereigenschaften und verschiedenen textilen Eigenschaften verwendet werden. Unter diesen variierenden Faktoren sind die Garnzusammensetzung, die Stap-,ellönge der Fasern und ihr Titer, die statische Belastung, die Behandlung, die Bewicklungsweise und dergleichen zu beachten. Demgemäß sind

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alle solche Filter äußerst schwierig mit Genauigkeit zu reproduzieren, und die meisten hergestellten Filter haben weite Toleranzbereiche bezüglich des nominalen und absoluten Filterungsgrads, des Durch- / satzes und der Lebensdauer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu vermeiden.

'Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem hohlzylindrischen Filtereinsatz mit einer im wesentlichen radial durchsetzten Wand, die übereinanderliegende Schichten von Fäden oder dergleichen umfasst, wobei die Fäden einer Schicht in axialem Abstand voneinander verlaufen und sich die Fäden benachbarter Schichten jeweils kreuzen, so daß zumindest die Fäden benachbarter Schichten miteinander rautenfö.rmige Durchtritte bilden, dadurch gelöst, daß jeweils Durchtritte im Sinne der Bildung eines von der Innenseite zur Mantelfläche durchlaufenden Kanals von zur Hantelfläche hin zunehmendem Querschnitt übereinanderliegen, daß zwischen und/oder in den Schichten von Fäden ein die DurchtritiB tiberdeckendes und eine Filterwirkung erzeugendes Fasermaterial vorgesehen ist und daß unabhängig von dem gewünschten Filterungsgrad in Umfangsrichtung höchstens 3»16 Durchtritte je cm des Innendurchmessers vorhanden sind«

Bei dem neuen Filtereinsatz ist der Durchsatz gegenüber seither bekannten bis auf das 8-fache und mehr erhöht. Die mit einem genormten Testgerät bestimmte Lebensdauer ist um den Faktor 2 oder mehr verbessert. Die Herstellungskosten des Filtere sind stark verringert. Dabei ist der Filterungegrad gegenüber gleichartigen Piltern nicht verändert.

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Der Filterungsgrad wird durch die zusätzliche Einfügung von Fasermaterial von genügender mechanischer; Schicht- · stärke "bestimmt, welches dem jeweils gewünschten Filterurigsgrad angepasst wird, oder es wird eine genügende " Anzahl von Trägerfasern eingefügt, wenn ein Gerüst aus aufgerauhten Fäden ohne zusätzlich eingefügtes Fasermaterial verwendet wird. '

Diese Maßnahmen erlauben einen breiten Bereich bei der Wahl der tragenden Fäden, die für die rautenförmigen Durchtritte gebraucht werden. Sie können aus natürli- .(

chen oder synthetischen Fasern oder Glas oder Metall bestehen. Beispielsweise kann ein Faden aus einer- einzigen Faser von großem Durehmesser bestehen, oder er kann aus einer Vielzahl von gekräuselten Stapelfasern hergestellt sein, die versponnen oder verzwirnt sind. Auch kann der Faden einen hohl zylindrischen oder einen be- ".,·.. liebigen anderen Querschnitt aufweisen. Je nach den Reibungseigenschaften des Materials kann dieses Grate, Wulste oder andere Oberflächengestaltungen aufweisen, um seine Fähigkeit zu verbessern, die zusätzlich eingefügten Materialfasern festzuhalten. Die einzigen unbedingt nötigen physikalischen Eigenschaften sind eine genügende A Flexibilität und eine gewisse Reißfestigkeit, um das ™ Aufspulen und um genügend große Querschnittsflächen zu erreichen, während andererseits die verschiedenen; Schichten des in die Bewicklung eingebrachten Filter-· ■ materials einen Abstand voneinander behalten sollen» Wenn es sich um natürliches Garn oder ein zur Aufrauhung geeignetes synthetisches Garn handelt, kann diese Behandlung vorgenommen werden, jedoch haben die durch das Kämmen aus den Fäden hervorstehenden'Fasern bei. zusätzlich vorgesehenem Fasermaterial nicht die Aufgabe, als Filtermaterial zu dienen, sondern sollenlediglich me-

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chanische Verstärkungen für das Filtermaterial bilden oder das Filtermaterial mechanisch festhalten· Andererseits können aufgerauhte Fäden, die zur strukturellen Bildung des Filters dienen, auch als Faserinaterial zur Erzielung einer Filterwirkung dienen, wenn kein zusätzliches Fasermaterial verwendet wird, wenn aber die abstehenden Fasern durch Trägerfasern gestützt werden.

Es sei hier jedoch bemerkt, daß unabhängig von der be-Bonderen Art des verwendeten Materials und von dessen besonderer physikalischer Konstruktion das Garn oder Gespinst, welches den Körper des Filters bildet, nur ein Baugerüst darstellt, das praktisch nicht zu den Filterungseigenschaften des fertigen Filtereinsatzes beiträgt. Da sinngemäß die Fäden nur zur Bildung der mit rautenförmigen Durchtritten versehenen Struktur gebraucht werden, sollten sie in den jeweils größten möglichen Rautenformen aufgespult werden, wobei die Anzahl der Rauten in Umfangsrichtung niemals 3,16/cm des Innendurchmessers des Filteieinsatzes übersteigen soll. Es können bis herab zu 0,79 uud sogar bis zu 0,39 Rauten je cm des Innendurchmessers gewählt werden, solange es nur möglich 1st, beispielsweise bei einem Filtereinsatz mit einem Innendurchmesser von 25,4 ram noch eine Raute auf dem Umfang unterzubringen.

Auch das zusätzlich vorgesehene Fasermaterial kann bei der Wahl des Materials und seiner Eigenschaften weitgehend frei gewählt werden, wobei es allein nötig ist, daß es eine genügende mechanische Festigkeit aufweist, um den jeweils auftretenden Differenzdrticken zu widerstehen. Die mechanische Festigkeit der Faserschicht ist abhängig von deren radialer Stellung innerhalb des Filtereinsatzes, von der Faser-Reißfestigkeit und der Stapellänge, ebenso wie von der jeweils verwendeten Materialmenge und der

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Art, in der diese aufgebracht wird und wie sie gestützt ist. Dementsprechend kann das Fasermaterial selbst aus der Vielzahl, von erwähnten Materialien ausgewählt werden, die auch für den Gebrauch als tragende Fäden verwendbar sind, ausgenommen diejenigen Fälle, wo auf Grund spezieller Erfordernisse nur Glas oder Metall in Frage kommt. Weiter kann das Material auch von gleicher Materialbeschaffenheit wie die Trägerfasern oder aber von ihnen verschieden sein. Auch kann das Fasermaterial von einem aufgerauhten Garn gebildet sein. Obwohl es vorzugsweise in Form einer kontinuierlichen Bahn auf- A gebracht wird, kann es auch in Stapellänge zugeführt werden. Wenn Stapelfasern verwendet werden, sollten sie jedoch von genügender Länge sein, um den Mittenabstand zweier benachbarter rautenförmiger Durchtritte in Richtung der grüßten Auedehnung dieser Durchtritte und bei einem Durchmesser zu überspannen, der um 6,3 mm größer ist alβ derjenige Durchmesser, bei welchem die erste Einfügung von Fasensaterial erfolgt. Jedoch sind auch Stapellängen des Fasermaterials, die gleich der Länge eines rautenförmigen Durchtritts plus 5,7 mm messen, vom Standpunkt genügender Länge zufriedenstellend, obwohl dann bei der Herstellung mehrerer Filtereinsätze ein größerer Toleranzbereich hinsichtlich des Filterungs- ^j grade hingenonmen werden muß.

Der neue Filtereinsatz kann auch eine zur Mantelfläche hin abnehmende Dichte des Filtermaterials aufweisen. Dies wird durch Verringerung der Dicke des aufgebrachten Fasermaterials erreicht, wie im weiteren noch eingehender beschrieben wird.

Wenn die Rautengröße dee von den Fäden gebildeten Baugerüsts größer wird und die Stapellänge des zusätzlich

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eingebrachten Fasermaterials schließlich nicht mehr genügt, die rautenförmigen Durchtritte zu überdecken, ragen einige der Fasern des Fasermaterials freitragend aus dem Baugerüst heraus, wodurch ein Filtereinsatz erhalten wird, dessen Filtereigenschaften über seine gesamte Tiefe ausnutzbar sind.

Obwohl es möglich wäre, das Fasermaterial von Anbeginn des Aufspulens der Fäden an mit einzubringen, wird bei der Herstellung vorzugsweise derart vorgegangen, daß

ftk die Lage von Fasermaterial erst mit der Beendigung der ersten vollständigen Schicht von Fäden an aufgebracht wird. Besser noch ist es, wenn das Fasermaterial auf einem Durchmesser anfängt, der geringer ist als der Durchmesser derjenigen Dichtungen, die üblicherweise verwendet werden, um die Enden des Filters in Betrieb abzuschließen. Beispielswelse haben die im Durchmesser kleinsten Dichtungen, die üblicherweise auf einem genormten Filtereinsatz von 25,4 mm (1 Zoll) Innendurchmesser verwendet werden, einen Außendurchmesser von 38 mm. Da eine Mindesttiefe von etwa 3,2 mn erforderlich ist, um noch innerhalb einer Dichtung. ■ von geringstem Durchmesser eine ausreichende Filterschicht

W zu bilden, wird in diesem Fall das Fasermaterial beginnend bei einem Durchmesser von 31,7 mm aufgebracht. Dieser Durchmesser cclltc jedoch möglichst groß gehalten werden, da so eine Flüssigkeitsschicht zwischen der tatsächlichen Filterschicht und der durchlässigen Kernhülse geschaffen wird, die die Geschwindigkelts-Nebenwirkungen der Strömung gering halten, die dadurch ent- uüxen, das die Strömungegeschwindigkeit in Richtung auf die Kernhülse zunimmt, durch die die Flüssigkeit abgeführt vlrä. Bei jenem Durchmesser ist die Weite der rautenförmigen Durchtritte noch relativ klein,

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und es existieren Faeermaterialien, die iSÄi einer mindestens 3,2 ram dicken Schient die Strömung aushalten und unverletzt "bleiben, selbst wenn sie dabei einige Zeit

bis ' '

Druckunterschieden von/zu 3,88 atü ausgesetzt werden. '

Enispreohend den oben erläuterten strukturellen Notwendigkeiten wurde eine Reihe von Filtereinsätzen mit 25,4 mm Innendurchmesser gewiekelt, wobei jeweils acht rautenförmige Durchtritte am Umfang gebildet wurden und wobei Nominalwerte von 1 ρ bis 350 ψ Eilte- „ rungsvermögen erzeugt wurden, Diese filter zeigten kei- 'H nen Hinweis auf einen Durchbrach, Hierzu im Gegensatz erfordern die erwähnten älteren filtereinsätse zwischen 8 und 39 rautenförmige Durchtritte am Umfang bei gleicher Abmessung, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, wobei jedoch Durchbrüche bereits bei Differenzdrücken . ' von 1,2 atü und 3,88 atü erfolgten.

Die wesentlichen Kosten solcher mit rautenförmigen Durchtritten gewickelter Filtereinsätze sind-die Kosten für die fäden und die Herstellungskosten. Im allgemeinen hängen sowohl die Bewicklungskosten wie auch die Menge der Fäden praktisch direkt von der Anzahl der gebildeten J rautenförmigen Durchtritte ab. Sinngemäß sind bei dem neuen Filtereinsatz die Kosten gegenüber der Bewicklung. mit 39 rautenförmigen Durchtritten bei einem,Innendurchmesser von 25,4 mm um etwa 80 $ und gegenüber der Bewicklung mit 13 rautenförmigen Durchtritten bei gleicher Abmessung um etwa 40 $> verringert, da die neuen Filtereinsätze bei einem Durchmesser von 25,4 mm höchstens 8 rautenförmige Durchtritte am Umfang aufweisen, ■

Da weiter das Volumen des Filtereinsatzes, das von der Strömung abgeschlossen ist, sich etwa in gleicher Weise

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verändert, sollte man erwarten, daß der Durchsatz bei „ gleiohera Druckunterschied in entsprechender Weise umgekehrt zunimmt. Demgemäß müßte gegenüber dem Filtereinsatz mit 39 rautenförmigen Durohtritten eine Erhöhung des Durchsatzes um einen Faktor 5 erreicht werden, wenn nicht der Durchsatz durch die Kernhülse behindert wird. Wie aus im folgenden noch gezeigten Versuchsergebnissen hervorgeht, werden diese Verhältnisse jedoch nicht einmal bei einer Bewicklung mit 27 rautenförmigen Durohtritten am Uufang erreicht. Aus den Versuchsergebnissen geht ^ auch hervor, daß die Lebensdauer der Filtereinsätze W proportional zu dem Gewinn an freier Durchtrittsfläche zunimmt, wenn ein Gerüst mit größeren rautenförmigen Durohtritten verwendet wird. Weit * kiinnen noch größere Gewinne an lebensdauer erzielt werden, wenn das Aufbringen des Fasermaterials oder das Aufrauhen derart gesteuert, beispielsweise programmgesteuert, ist, daß die Geschwindigkeit des Aufbringens zunehmend verringert wird, indem mit wachsendem Durchmesser des Filtereinsatzes während der Bewicklung das Faseroiaterial so stark in seiner Dicke verringert wird, so daß eine gegenüber seitherigen Maßstäben übertrieben starke Abnahme der Dichte des Fasermaterials zur Mantelfläche hin erreicht wird.

Wenn die Konstruktion mit großen rautenförmigen Durchtritten und mit aufgerauhten Fäden als strukturbildenden Fäden derart verwendet wird, daß die von den Fäden wegstehenden Fasern als Fasermäterial zur Erzielung einer Filterwirkung dienen, dann werden zusätzliche Trägerfasern verwendet. In diesem Fall sollten die Fasern des Fasermäterialβ mindestens etwas mehr als die Hälfte der größten Weite eines rautenförmigen Durchtritts überdecken. Die erwähnten Trägerfasern können auch verwendet werden, wenn Fasermaterial aus kurzen Stapelfasern verwendet wird und wenn die Stapellänge durch die Verminderung der Dicke des Fasermaterials nicht wesent-

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lieh geändert wird· Auch empfiehlt sich die Verwendung der Trägerfasern bei einigen natürlichen Stapelfasern und dann, wenn die rautenförmigen Burchtritte bei sehr dickwandigen Filtereinsätzen sehr groß werden. In allen solchen Fällen können Fasern öder tarne verschiedensten Durchmessers, jedoch im allgemeinen mit einem !Durchmesser von weniger als 10 $ des Durchmessers des aufgespulten Garns, gleichzeitig mit dem Aufspulen der Fäden aufgebracht werden. Biese Srägerf&eern Bollen möglichst eine einzelne Faser von großer Stapellänge ₉ hoher EeiSfestigkeit und großer Steifigkeit sein_e Me Srägerfaaern die- gj neu als Auflagen für das eine HIterwirkung erzeugende Fasenaaterial, das andernfalls aus den das Baugerüst bildenden Fäden frei herausragen würde und im Bereich.des Mittelpunkts der rautenförmigen Burohtritte jeweils nicht unterstützt wäre. Bisse Trägerfaeern bilden Tragestruktüren an dsn Mittelpunkten, diezwischen etwa T₁43' mm und...14*5 mm variieren und die ein Itarchhängesi des Faseris&terials verhindern, das Fasensaterial örtlich fixieren und auch eine mechanische Verbindung der Schichten des Fasermaterisls verhindern, wodurch prä-Eiser® und besser reproduzierbare filterungegrade erreicht w&rden_e Ba die frägerfasern t&tt relativ klainem Surchmes- -»er Bind«, stellen sie praktisola kein Hindernis ftlr die ^ Strümtnsg dar und können dia offen® Burehtritt.eÜ&ohe .der .groSen raute®förmigifn Bursfotrii-te ^m nisr ©inen /Bruchteil

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plastische Materialien verwendet, so können Walzen mit glatten oder gemusterten Mantelflächen verwendet werden, um die einzelnen Fasern des Pasertnaterials miteinander zu verschweißen und um eine Verbindung mit den tragenden Fäden oder Stützfasern, soweit diese vorgesehen sind, zu erzielen.

Das Verfahren zur Herstellung des Filtereinsatzes ist seiner Natur nach relativ einfach. Das gewünschte Bewicklungsmuster von nicht mehr als 3,16 rautenförmigen Durchtritten je cm des Innendurchmessers des Filtereinsatzes kann auf einer beliebigen üblichen Bewicklungsmaachine ausgeführt werden. Das zusätzlich eingefügte Material und/oder dieses Material zusammen mit den Trägerfasern wird über ein übliches Zuggerüst für Textilien zugeführt und zwischen den von den Fäden gebildeten Windungen aufgebracht, nachdem es zwischen zwei motorisch angetriebenen Walzen hindurchgeführt worden ist, die vorzugsweise benachbart zu der Bewicklungsmaschine angeordnet sind. In dem Maß, wie der Auöendurchraesser des Filtereinsatzes wächst, wird die Dicke des eingefügten Faserraateriale vermindert, bis der Filtereinsatz vollendet ist. Dabei können auch mehrere Filtereinsätze gleichzeitig bewickelt werden. Verschiedene Dichten des Fasermaterials können einfach dadurch erreicht werden, daß dessen Zufuhr» geschwindigkeit verändert wird.

Obwohl bereits eine gewisse Verringerung der Dicke des Fasermaterialβ allein dadurch erfolgt, daß beim Fortschreiten der Bewicklung und des Einfügens des Fasermaterials der Filtereinsatz größer wird, wird do-ch vorzugsweise das Pasertaaterial vor seinem Aufbringen merklich verzogen cder gereckt, es sei denn, daß es eich bereits in einem gesogenen Zustand befindet. Im allgemeinen soll sich die Verringerung der Dicke stark verändern und dahin

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führen, daß das erzeugte Fasermaterial von Verringerter !Dicke eine dünne Fas era chi ent von großer Porosität bildet. Beispielsweise kann eine.kardierte Wiekelw&tte mit 656 Fädeti pro in linearer Länge und mit einer Breite von .12,7 mm verwendet wrden, deren Dicke in ein©m Verhältnis von etwa 8;1 vermindert wird, wodurch eine brauchbare FiXt er schicht erhalten wird, bevor diese aufgetragen wird. Beliebige andere Verhältnisse beim Verziehen des Fasermaterials werden in einfacher Weise dadurch erhalten, daß die Geschwindigkeiten der Walzen auf dem Zuggerüst verändert wird.

Verschiedene Reihen von Filtereinsätzen mit innerhalb einer·Reihe weitgehend gleichen Eigenschaften können erhalten werden, wenn eine konstante Bewicklungsgeschwindigkeit eingehalten wird, während die Zuführgeschwindigkeit des zusätzlichen Fasermaterials ,in einem Verhältnis von 15:1 verändert wird.

Zur Bestimmung der Reihen von Filtereinsätzen wurden mehrere Filtereinsätze hergestellt. Zunächst wurden mehrere Filtereinsätze mit höchster Geschwindigkeit der Zufuhr des Fasermaterials erzeugt, um den dichtesten Filtrationsgrad zu bestimmen, der erreicht wden konnte, und unter diesen Filtereinsätzen wurde einer als befriedigendausgewählt . Dann wurde eine Reihe von Filtern bei niedrigster Geschwindigkeit der Zufuhr des Fasermaterials hergestellt, um denjenigen Punkt zu bestimmen, bei dem die Fasermaterialschicht so dünn wurde, daß bei noch niedrigerer Geschwindigkeit unzulässig hohe Abweichungen in den Filterungsgraden auftraten. In-dem nun die Zuführgeschwindigkeit des Fasermaterials über diesen Punkt hinaus erhöht wurde, war es möglich, den gröbsten noch zulässigen Filterungsgrad zu bestimmen, der bei dem bestimmten verwendeten Faser-

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material nooh zulässig ist.

Indem nun der Filterungsgrad, der beiden ausgewählten ursprünglichen Filtereinsätze, ihr Durchsatz bei einem feststehenden Druckunterschied und ihre Lebensdauer bei einem genormten Vereohmutzungstest in Abhängigkeit von der Zuführgeschwindigkeit des Fasermaterials in einem Sohaublld aufgetragen wurde und indem entsprechende Punkte als Endpunkte in den Sohaubild durch eine gerade Strecke verbunden wurden, wurde ein Mittel erhalten, das es gtstattet, die jeweils nötige Zufuhrgeschwindigkeit des fasermaterials anzugeben» die zur Herstellung aller anderen Filtereinsätze alt bestimmten Filterungsgraden erforύ· rlich sind. Dabei werden der Durchsatz und die während der Lebensdauer aufgenommene Rückständen]enge erhöht, fallen jedoch weiterhin in den Bereich der anhand der beiden ursprünglichen filtereinsätze ermittelten Parameter«

Allgemeiner und im Hinblick auf das erhaltene Ergebnis ausgedrückt, besteht das neue Verfahren im wesentlichen darin, daß die Fäden aller Schichten in zumindest etwa radialer Richtung im Sinne der Bildung von der Innenseite zur Mantelfläche durchlaufender Kanäle übereinander aufgespult werden, wobei in tJmfangsriohtung höchstens 3 t 16 Kanäle je cm des Innendurchmessers gebildet werden.

Während der Bewicklung wird das Fasermaterial in gewünschter Menge auf den Fäden und zwischen deren Schichten aufgebraoht, so daß es eine auf den Fäden aufliegende filterfläche bildet. Wie bereits erwähnt, kann das Fesermaterial in seiner Dicke vermindert werden, bevor es während des Bewickeln^ zwischen die Fäden eingefügt wird. Weiter können die Fäden gewünsohtenfalls vor dem Bewickeln aufge-

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rauht werden, und auch das Fasermaterial kann Tor seinem Aufbringen aufgerauht werden.

In denjenigen Fällen, in denen es erwünscht,oder irorteilhaft ist, können die Trägerfaserifi eisgeftigt werden, indem sie einfa©h jsvsa&iaen mit den Fäden aufgespult werden»

Im allgemeinen wiM bei der Hersteilung der filtereinöätze mit der Btnführung des zusätzlichen. ?&®ermste.xlaXB nicht begonnen, '-bevor die Fäden rafliMteet während nefer'erer W&n*- dungen aufgespult worden einsU Bern liegt das Ziel zugrunde» eine Flilssigiceitssöhiclii* Evrisöfeen^ übt tatsächlichen Filterschicht und der durohläesig©m K©naiitilse zu schaffen» die die Geschwindigkeit s^Nebönwirkuagee. der Ströws&g verringert, wenn die Strgmungegeeehwindiglceit sich bis sisia Äsrchtritt diireh tie Perforationen oder dergleichen der Kürishülse steigert· " ■-■ - ■■■■""■ - '.'_'. ".;■'--' .-".."

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aller dieser Reihen irgendwelche TJmat ellung en erfordert, außer daß jeweils die Zufuhrgeschwindigkeit dee zusätzlich eingefügten Pasennaterials erhöht oder verringert wird.

Um die bei verschiedenen Ausführungen des neuen Filtereinsatzes erzielten Vorteile besser herauszustellen, werden im folgenden in einer Tabelle Vergleichs daten zusammengestellt. Bei der Gewinnung dieser Angaben wurden drei verschiedene Uypen von Filtereinsätzen verwendet» Alle Filtereinsätze waren sowohl in ihren Plden als auch in ihrem Faseraaterial aus handelsüblichen Polyamidfasern hergestellt. Der in der Tabelle jeweils als Ausführung 1 bezeichnete Filtereinsatz hatte bei einem Innendurchmesser von 25 _s* ann eine Bewicklung mit 27 rautenförmigen Durchlässen und wies zusätzlich eingelagertes Paeertuaterial auf. "Der als Aueführungsform 2 bezeichnete Filtersrasatz hat bei gleichem Innendurchmesser 27 rautenförmige Durchlässe aas Umfang und besteht aus aufgerauhten, aue ■ Polyamidfasern bestehenden Fäden, rährenä αer Filtereinsatz', der als Ausführungsbeispiel 3 ceseichne-i :«- . ,cesäE asr Erfindung alt 8 rautenförmigen l?urchtrit"^f-T. air; '^:'nf%ng «"ereejism ist und. ?ilterschichten VME: sir.ea? ^:--n- 7o·.- as..,;⁷ aes^eiieSiiei Fasertoaterial aufweist, '.'Xl "i ?'".' ■-·?· :-,- ..ι -r-".-. ^-:'-'ίΰ-rt, ·„'■ -H-5UT" sr en ?ilterungsgraden !■■.:'- * -c;,...-.. .·, ··. -[.■:, ■■'":■ -'CiIkL^iIe .-reseigtj wobei ledig-.!"''■" ■·:·?,: ■*;■<. .^: ^s-'¹*. i.n.:vwen 1 ^:μιο ^:, ^'-.B ji.naahl der rauten- ΐ€.?■': ga^i Oxz^.ng'ix:. :_n. 1.er *«>■; -je ijeer-asrt "wurde, wie dies :;v■;,·.■.■■■· ■::.«.;> ■;..·■..·.'.'. -."^r :'■'..,:■:,.k. zur 7--¹TiClOi^ rerschiedenartiger

■■ti« --rächtet wurde.

T A B E I L E

PiIterpatrone	Ausführung	2J* Rauten 27 Rauten 8 Rauten	Durchsatz (l/min) bei 0,141 atü
⁵F-	. 1· 2. 3.	13 Rauten 19 Rauten 8 Rauten	9,5 6,8 ■ 45,4
5 ρ	1. 2. 3.	13 Rauten 19 Rauten 8 Rauten	10,4 10,4 59
10 ρ	1. 2. 3.	13 Rauten 13 Rauten 8 Rauten	25 21,4 8i,6
25 ρ -	1. 2. 3.	34 68 74,8 -

Rückstand (S)	Bemerkungen
55. '■'.
25
50
4,0
19-35
60

ro

52	nominal 30
52
74

Filterpatrone	1.	Ausführung	Hauten	Sfo^UI attt	Rückstand te)	Bemerkungen	Durchbruch in allen Fällen zwischen 0,4 atü und 0,8 atü
50 ji	2..	13	Hauten	36,3	70	kein Durchbrach bei 3,88 atü	kein Durchbruch bei
	3,	1t	Hauten	68	55 - 90	Durchbruch bei 1,2 atü und 1,27 at*
	1.	8	Rauten	99,8	105	kein Durchbruch bei 3,88 atü
75 ρ	2.	13	Hauten	40,8	90	kein Durchbruch bei 3,88 atü
	3.	10	Hauten	59 - 104,2	70 - 99	Durchbruch bei 1,2 atü
	1.	8	Hauten	108,9	137	kein Durchbruch bei 3,88 atü J
100 ρ	2.	13	Rauten	45,4	136	ro
	3.	θ	Hauten	63,5 - 108,9
	8	122.5	580

5,88 atü

235,5 sw* .■■_.■"■- ".. .-■■■■■ . ."' . -■' ■ "-

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BAD ORIGINAL

Filtereinsätze den den Testresultaten zugrundeliegenden Druckunterschied von 1,41 atü nicht ertrugen.

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Claims

A N SP R tT G H E

Hohlzylindrischer Filtereinsatz mit einer im ■wesentlichen radial durchsetzten Wand, die übereinanderliegende Schichten von Fäden o. dgl. umfaßt, wobei die Fäden; einer Schicht in axialem Abstand . J; voneinander verlaufen und sich die Fäden benach- ™

barter Schichten jeweils Kreuzen, so daß zumindest die Fäden benachbarter Schichten miteinander rautenförmige Durchtritte bilden, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß jeweils Durchtritte im Sinne der Bildung eines von der Innenseite zur Mantelfläche durchlaufenden Kanals von zur Mantelfläche hin zunehmendem Querschnitt übereinanderliegen, daß zwischen und/oder in den Schichten von Fäden die Durchtritte überdeckendes und eine Filterwirkung erzeugendes Fasermaterial vorgesehen ist und daß unabhängig von dem gewünschten Filterungsgrad in Umfaηgsrichtung höchstens Λ 5,16 Durchtritte je cm des Innendurchmessers vorhanden sind.

2. Filtereinsatz nach Anspruch 1, d a d u r c h g e kenn ζ e i c h η e t, daß der Innendurchmesser etwa 25,4 mm beträgt, so daß in Umfangsrichtung höchstens 8 Durehtritte vorhanden sind.

5. Filtereinsatz nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Fasermaterial zusätzlich zn. den Fäden vorgesehen ist.

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4. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Fasermaterials eine ungeordnete Richtungsverteilung aufweisen.

5. Filtereinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial ein praktisch kontinuierlicher Strang von aus einzelnen Fasern bestehendem Material ist und daß die einzelnen Windungen dieses Strangs jeweils eine vorgegebene axiale Stellung zu den Fäden einnehmen.

6. Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial und die Fäden aus verschiedenen Materialien bestehen.

7. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aufgerauht sind.

8. Filtereinsatz nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß die von den Fäden abstehenden Fasern das Fasermaterial bei Druckbelastung stützen.

9. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aufgerauht, beispielsweise kardiertjist.

10. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial gepreßt ist.

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11. Filtereinsatz nach einem de* vorangehenden Ansprüche, d a d ur ch ge kenn ze i c h η e t, daß das Fasermeterial gestreckt ist.

12. Filtereinsatz nach Anspruch 10 oder 11, d a dar ch

gekennze i c h η et, daß die Menge des zwischen und/oder in aufeinanderfolgenden Schichten von Fäden je Flächeneinheit vorgesehenen Fasermaterials zur Mantelfläche hin abnimmt.

13. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r eh g e k en η ζ e i c hη e t, daß zumindest ein Teil der Durchtritte mit jeweils zumindest einer in Strömungsrichtung hinter dem Fasermaterial liegenden unfl dieses stützenden, Über mehrere Durchtritte derselben Schicht durchlaufendes, gegenüber den Fäden dünnen StÜtzfaser überspannt ist.

14. Filtereinsatz nach Anspruch 3 und 13, d a d u r eh g e k e η η ζ e i c h h et, daß das Fesermaterial zwischen den Schichten von Fäden angeordnet ist und von Stützfasern abgestützt ist,

1?. Filtereinsatz nach einen der vorangehenden Ansprüche, d a d U r c h ge k e η η ζ ei c h η e t, daß in'den ersten Schichten von Fäden kein zusätzliches Material vorhanden ist.

16. Filtereinsatz nach Anspruch 7 und 15, dad u r ch ge k e η η ζ eic h η e t, daß die von den Fäden abstehenden Fasern als einziges Fasermaterial zur Erzeugung einer Filterwirkung dienen und von den Stützfaaern gestützt sind. :\ ^

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17. Verfahren zur Herstellung eines Filtereinsatzes nach Anspruch 1, wobei Fäden ο. dgl. derart zu übereinanderliegenden Schichten aufgespult werden, daß die Fäden einer Schicht in axialem Abstand zueinander verlaufen und daß sich die Fäden benachbarter Schichten jeweils kreuzen, so daß zumindest die Fäden benachbar+er Schichten miteinander rautenförmige Durchtritte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aller Schichten in zumindest etwa radialer Richtung im Sinne der Bildung von der Innenseite zur Mantelfläche durchlaufender Kanäle übereinander aufgespult werden, wobei in Umfangsrichtung höchstens 3,16 Kanäle je cm des Innendurchmessers gebildet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17 zur Herstellung eines Filtereinsatzes nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufspulens der Fäden gleichzeitig auf den Fäden und zwischen den Schichten von Fäden das Fasermaterial derart aufgebracht wird, daß es in axialem Abstand von den Fäden zur Erzielung einer Filterwirkung dient.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Fasermaterials verringert wird, bevor es auf und zwischen den Schichten von Fäden aufgebracht wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da durch gekennzeichnet, deß die Fäden vor ihrem Aufspulen aufgerauht werden.

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21» Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, d B-d u r ch g e k e η η ζ e i· c h η e t, daß das Fasermaterial aufgerauht wird, bevor es auf und zwischen den Schichten von Fäden aufgebracht wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis-21- zur Herstellung eines Filtereinsatzes nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichne tj daß die Stützfasern auf und zwischen den Schichten der Fäden gleichzeitig mit dem Aufbringen des Fasermaterials unterhalb von diesem aufgebracht werden.

23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dad u r c h g e k e η η ζ e i c h η et, daß die Fäden zunächst während mehrerer Umdrehungen aufgespult werden und daß dann erst das Fasermaterial auf und zwischen den Schichten von Fäden aufgebracht wird.

24. Verfahren nach Anspruch 20 zur Herstellung eines Filtereinsatzes , _{Ac Λ Λ} ^ ' ■ ,

-./-■> nach Anspruch 16,. d- a durch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Aufspulen der Fäden eine Anzahl von Stützfasern auf und zwischen den Schichten von Fäden derart aufgebracht werden, daß sie die von den Fäden abstehenden Fasern stützen.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24 zur Herstellung genormter Serien von Filtereinsätzen nach Anspruch 1, wobei die untereinander verschiedenen Serien jeweils über einen weiten Bereich einen bestimmten Filterungsgrad aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte ί

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a) Fäden werden mit konstanter Geschwindigkeit \ in rautenförmiger Anordnung auf eine erste

durchlässige Kernhülse gespult, während gleichzeitig Fasermaterial mit derjenigen höchsten Geschwindigkeit auf und zwischen die Schichten von Fäden aufgebracht wird,die seine Materialeigenschaften noch zulassen, so daß ein größtmöglicher Filterungsgrad erreicht wird;

b) Fäden werden mit gleicher Geschwindigkeit wie α zuvor auf eine zweite durchlässige Kernhülse ™ gespult, während gleichzeitig Fasermaterial

mit derjenigen geringsten Geschwindigkeit auf und zwischen die Schichten von Fäden aufgebracht wird, mit der gerade noch ein gleichbleibender reproduzierbarer Filterungsgrad erreicht wird;

c) Durchsatz, Filterungsgrad und Lebensdauer-Test-

resultat werden an beiden erzeugten Filtereinsätzen bei einem bestimmten Druckunterschied gemessen und in Abhängigkeit von der jeweiligen Zufuhrgeschwindigkeit des Fasermaterials in einem Schaubild aufgetragen;

d) entsprechende Punkte werden als Endpunkte in dem Schaubild durch gerade Strecken verbunden;

e) auf den Strecken werden zwischen den Bndpunkten Zwischenpunkte gewählt, die extrapolierte, im Bereich der anhand der beiden erzeugten Filtereinsätze gewonnenen Werte liegende Werte darstellen;

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31 '.'■■ :

f) eine Reihe vonFiltereinsätzen wird jeweils mit der ursprünglichen konstanten Geschwindigkeit beim Aufspulen der Fäden und mit der einem Zwisohenpunkt in dem Schaubild entsprechenden Geschwindigkeit des Auftrags des Fasermaterials hergestellt.

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