DE2001509B2 - Hohlzylindrischer Filtereinsatz - Google Patents
Hohlzylindrischer FiltereinsatzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen hohlzylindrischen Filtereinsatz aus einer perforierten oder porösen zylindrisehen
Hülse mit einer faserigen oder unter Einlagerung von Fasermaterial aufgebrachten Wickelschicht aus lageweise
sich kreuzenden Fäden, die Durchtrittskanäle von radial nach außen zunehmenden rautenförmigen
Querschnitt bilden. Solche Filtereinsätze sind bekannt, wie beispielsweise die deutsche Offenlegungsscnrift
1 187 229 zeigt.
Bei Filtereinsätzen dieser Art war es allgemein üblich,
die Zahl der rautenförmigen Durclitrittskanäle je nach dem gewünschten Filterungsgrad größer oder
kleiner zu wählen. Das bedeutete in fertigungstechnischer Sicht einen erheblichen Nachteil insofern, als die
Fadenwickelmaschine jeweils dementsprechend umgestellt werden mußte, jede derartige Umstellung bedeu
tet aber einen Fertigungsausfall, und zwar insbeonsere deswegen, weil nach einer Umstellung — vor allem bei
sehr enger Wicklung — in der Regel noch eine Teslfcrtigung erforderlich ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hohlzylindrischen Filtereinsatz der be- -S5
kannten Art anzugeben, der so ausgestalte! ist, daß bei
seiner Herstellung unter gleichzeitiger Vergrößerung der Wirkungsbreitc und des Fillet durdisatzes eine
Testfertigung entfällt
Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung da &>
durch, daß unabhängig von dem gewünschten Filterungsgrad die Zahl der Durchtriftskanäle in jeder ihrer
radialen Erstreckungsebenen nur etwa 3,16 je Zentimeter des Hülsendurchmessers beträgt.
Oet erfindungsgemäßen Lösung stand ein eingewur- 6S
zeltes fachmännische* Vorurteil entgegen, weit es seither nicht nur als praktisch, sondern sogar als unabdingbar galt, bei der Wahl der Dichte, mit der die Fäden zur
Bildung der rautenförmigen Durchlässe gewickelt wurden, alsbald auch den gewünschten Fiiierungsgrad zu
berücksichtigen, cL h, die Zahl der Durchtrittskanäle bei
erhömen Anforderungen an den Filterungsgrad höher zu wählen. Es sind keine Vorbilder bekannt, von der
herkömmlichen Bauweise in der erfindungsgemäßen Art abzuweichen und die Zahl der Durchtrittskanäie -bezogen auf den Hülsendurchmesser — nicht nur unabhängig von dem gewünschten Filterungsgrad konstant
beizubehalten, sondern diese Zahl — wie man ohne weiteres erkennt — überdies auch ungewöhnlich klein
zu wählen.
Der durch die Erfindung gewährleistete technische
Fortschritt besteht bereits in der Lösung der genannten Aufgabe und ist insoweit offensichtlich. Hinzu kommt,
daß bei dem erfindungsgemäß verhältnismäßig großen mittleren Querschnitt der rautenförmigen Durchlaßkanäle
gerade bei hoher Filterungsfeinheit ά: c so nachteilige
Einfluß, den die Fäden — ohne zum eigentlichen Fütrationseffekt wesentlich beizutragen - auf den Filterdurchsat/
haben, erheblich geringer im ah b·;: den
bekannten Anordnungen. Einzelheiten bezüglich dieser Zusammenhänge ergeben sich aus der folgenden ms
Einzelne gehenden Beschreibung.
Um bei der erfindungsgemäß gleichbleibenden und
— bezogen auf den Hülsendurchmesser — verhälinismäßie
ungewöhnlich geringen Anzahl der aus den sich kreuzenden Fäden gebildeten Durchtrittskanäle gleichwohl
die Höhe des gewünschten Filterungsgrades einzusteiien, kann die Art und die Menge des durch Aufrauhen
des Fadenmaterials gewonnenen oder gesondert eingelegten Fasermaterials variiert werden.
Zweckmäßig nimmt dabei die Menge des Fasermuierials
nach außen hin ab.
Andererseits kann die Beladung mit Fascrmateria! so getroffen werden, daß einige der inneren Fadenlagen
kein Fasermaterial enthalten. Schließlich kann in besonderen Fällen auch die Einlagerung von Stützfasern
zweckmäßig sein.
Bei dem neuen Filtereinsatz ist der Durchsatz gegenüber seither bekannten bis auf das Sfachc und mehr
erhöht. Die mit einem genormten Testgerät bestimmte Lebensdauer ist um den Faktor 2 oder mehr verbessert.
Die Herstellungskosten des Filters sind stark verringert. Dabei ist der Filterungsgrad gegenüber gleichartigen
Filtern nicht verändert.
Der Filterungsgrad w;rd durch die zusätzliche Einfügung
von Fasermaterial von genügender mechanischer Schichtstärke bestimmt, welches dem jeweils gewünschten
Filterungsgrad angepaßt wird, oder es wird eine genügende Anzahl von Trägerfasern eingefügt,
wenn ein Gerüst aus aufgerauhten ! »den 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 natürlichen oder synthetischen Fasern oder Glas
oder Metall bestehen* Beispielsweise kann ein Faden
aus einer einzigen Faser von großem Durchmesser bestehen, öder er kann aus einer Vielzahl von gekräuselten Stapelfasern hergestellt sein, die versponnen oder
verzwirnt sind. Auch kann der Faden einen hohlzylindrischen oder einen beliebigen anderen Querschnitt
aufweisen, je nach den Reibungseigenschaften des Materials kann dieses Grate, Wulste oder andere Oberflächengestaltungen aufweisen, um seine Fähigkeit zu ver-Lsssern, die zusätzlich eingefügten Materialfasern festzuhalten. Die einzigen unbedingt nötigen physikall·
«hen Eigenschaften sind eine genügende Flexibilität und eine gewisse Reißfestigkeit, um das Aurspulen und
um genögend große QuerschnittsflSchen zu erreichen,
wahrend andererseits die verschiedenen Schichten des in die Bewicklung eingebrachten Filtermaterials einen
Abstand voneinander behalten sollen. Wenn es sich um natürliches Garn oder ein zur Aufraubung 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 sollen lediglich mechanische Verstärkungen für das Filtermaterial
bilden oder das Filtermaterial mechanisch Festhalten. Andererseits können aufgerauhte Fäden, die zur strukturellen
Bildung des Filters dienen, auch als Fasermaterial zur Erzielung einer Filterwirkung dienen, wenn
kein zusätzliches Fasermaterial verwendet wird, wenn aber die abstehenden Fasern durch Trägerfasern geschützt
werden.
Es sei hier jedoch bemerkt, daß unabhängig von der besonderen Arf lies verwendeten Materials und von
dessen besonderem physikalischem Aufbau das Garn oder Gespinst, welches den Körper des Tillers 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 .ersehenen Struktur gebraucht werden, sollten sie in den jeweils größten
möglichen Rautenformen aufgespult werden, wobei die Anzahl der Rauten in Umfangsriihtung niemals 3,1b cm
des Innendurchn^-sjers des Filtereinsatzes übersteigen
»oll. Es können bis herab zu 0,79 und sogar bis zu 0.39
Rauten je cm des Innendurchmesser1, gewählt werden,
solange es nur möglich ist, beispiel· veisc bei einem Filtereinsatz
mit einem Innendurchmesser von 25,4 mm 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 Differenzdrüc'Ken
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 Art, in der diese auf
gebracht wird und wie sie gestützt ist. Dementsprechend kann das Fasermatcrial 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 Erfcnuernisse nur Glas oder Melull 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 aufgebracht 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 größten Ausdehnung dieser
Durchtritte und bei einem Durchmesser zu überspannen, der um 6,3 mm größer ist als derjenige Durchmesser, bei welchem die erste Einfügung von Fasermaterial
erfolgt, jedoch sind auch Stapellängen des Fasermaterials, die gleich der Länge eines rautenförmigen Durch
tritts plus 5,7 mm messen, vom Standpunkt genügender Länge zufriedenstellend, obwohl dann bei der Herstellung mehrerer Filtereinsätze ein größerer Toleranzbereich hinsichtlich des Filterungsgrads hingenommen
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
ίο noch eingehender beschrieben wird.
Wenn die Rautengröße des von den Fäd^n gebildeten
Baugerüsts größer wird und die Stapellänge des zusätzlich eingebrachten Fasermaterials schließlich
nicht mehr genügt, die rautenförmigen Durchtritte zu überdecken, ragen e'nige der Fasern des Fasermaterials
freitragend aus dem Baugerüst heraus, wodurch ein t'iitereinsatz erhalten wird, dessen Filtereigenscnaften
über seine gesamte Tiefe ausnutzbar sind.
Obwohl es möglich wäre, das Fasermaterial von An-
Obwohl es möglich wäre, das Fasermaterial von An-
ΐο beginn des Aufspulens der Fäden ar ·■·' ^Anzubringen,
wird bei der Herstellung vorzugsweise derart vorgegangen,
daß die Lage von Fasermaterial erst mit der Beendigung der ersten vollständigen Schicht von Fäden
an aufgebracht wird. Besser noch ist es. wenn das Faserinaterial auf einem Durchmesser anfängt, der geringer
ist als der Durchmesser derjenigen Dichtungen, die üblicherweise verwendet werden, um die Fnden des
Filters in Betrieb abzuschließen. Beispielsweise 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 mm erforderlich ist, um noch innerhalb
einer Dichtung von geringstem Durchmesser eine ausreichende Filierschicht zu bilden, wird in diesem Fall
das Fasermaterial beginnend bei einem Durchmesser von 31,7 mm aufgebracht. Dieser Durchmesser sollte
jedoch möglichst groß gehalten werden, da so eine Flüssigkeitsschicht zwischen der tatsächlichen Filterschicht
und der durchlässigen Xernhülse geschaffen wird, die die Geschwindigkeits-Nebenwirkungen der
Strömung gering halten, die dadurch entstehen, daß die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung auf die Kernhülse
zunimmt, durch die die Flüssigkeit abgeführt wird.
Bei jenem Durchmesser ist die Weite der rautenförmigen Durchtritte noch relativ klein, und es existieren
Fasermaterialien, die bei einer mindestens 3,2 mm dikken Schicht die Strömung aushalten und unverletzt
bleiben, selbst wenn sie dabei einige Zeit Druckuntcrschieden
von bis zu 3,88 atü ausgesetzt werden.
Entsprechend den oben erläuterten strukturellen Notwendigkeiten wurde eine Reihe von Filtereinsätzen
mit 25.4 mm Innendurchmesser gewickelt, wobei jewei'>
acht rautenförmige Durchtritte am Umfang gebildet wurden und wobei Nominalwerte von 1 bis
350 (iFilterungsvermögen erzeugt wurden. Diese Filter zeigten keinen Hinweis auf einen Durchbruch. Hierzu
im Gegensatz erfordern die erwähnten älteren Filterein-;it/e
zwischen 8 und 39 rautenförmige Durchtritte am Umfang bei gleicher Abmessung, um das gleiche
Ergebnis zu erzielen, wobei jedoch Durchbrüche be*
reits bei Differenzdrücken von 1,2 und 3,88 atü erfolgten.
Die wesentlichen Kosten solcher mit rautenförmigen
6s Durchtrittevi gewickelter Filtereinsätze sind die Kosten
für die Fäden und die Herstellungskosten. Im allgemeiner, hängen sowohl die Bewicklungskosten wie auch
die Menge der Fäden praktisch direkt von der Anzahl
20 Ol
der gebildeten rautenförmigen Purchtritte ab, SinngemSB
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 verändert, sollte man erwarten, daß der Durchsetz bei gleichem Durckunterschied in entsprechender
Weis«: umgekehrt zunimmt Demgemäß müßte gegenüber
dem Filtereinsatz mit 39 rautenförmigen Durchtritten eine Erhöhung des Durchsatzes um einen Faktor
5 erreicht werden, wenn nicht der Durchsatz durch die Kernhüise behindert wird. Wie aus im folgenden noch
gezeigten Versuchsergebnissen hervorgeht, werden diese Verhältnisse jedoch nicht einmal bei einer Bewicklung
mit 27 rautenförmigen Durchtritten am Umfang erreicht. Aus den Versuchsergebiiissrn geht auch
hervor, daß die Lebensdauer der Filtereinsätze proportional zu dem Gewinn an freier Durchtrittsfläche zunimmt,
wenn ein Gerüst mit größeren rautenförmigen Durchtritten verwendet wird. Weiter können 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 Fasermaterial
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 Fasermaterial zur
Erzielung einer Filterwirkung dienen, dann werden zusätzliche Trägerfasern verwendet. In diesem Fall sollten
die Fasern des Fasermaterials mindestens etwas tnehr als die Hälfte der größten Weite eines rautenförmigen
Duvchtritts überdekcen. Die erwähnten Trägerfasern können auch verwendet werden, wenn Fasermaterial
aus kurzen Stapelfasern verwendet wird und wenr die Stapellänge durch die Verminderung der Dikke
des Fasermaterials nicht wesentlich geändert wird. Auch empfiehlt sich die Verwendung der Trägerfasern
bei einigen natürlichen Stapelfasern und dann, wenn die rautenförmigen Durchtritte bei sehr dickwandigen Filtereinsätzen
sehr groß werden. In allen solchen Faller
können Fasern oder Garne 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. Diese Trägerfasern sollen möglichst eine einzelne Faser von großer Stapellänge, hoher
Reißfestigkeit und großer Steifigkeit sein. Die Trägerfasern dienen als Auflagen für das eine Filterwirkung
erzeugende Fasermaterial, das andernfalls aus den das Baugerüst bildenden Fäden frei herausragen
würde und im Bereich des Mittelpunkts der rautenförmigen Durchtritte jeweils nicnt unterstützt wäre. Diese
Trägerfasern bilden Tragesti tkturen an den Mittelpunkten,
die zwischen etwa 1,43 Wim und 143 mm variieren und die ein Durchhängen des Fasermaterials
verhindern, das Fasermaterial örtlich fixieren und auch eiiin mechanische Verbindung der Schichten des Fasermaterials
verhindern, wodurch präzisere und besser reproduzierbare Filterungsgrade erreicht werden. Da die
Trägerfasern von relativ kleinem Durchmesser sind, stellen sie praktisch kein Hindernis für die Strömung
dar und können die offene Durchtrittsfläche der ohnehin großen rautenförmigen Durchtritte um nur einen
unerheblichen Bruchteil verringern.
Zusätzlich können Bindemittel oder Adhäsiva, soweit diese bei dem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Filtereinsatzes
beständig sind, durch Aufsprühen oder durch Auftragen mit Walzen auf das eine Filterwirkung
erzeugende Fasermateriai aufgebracht werden, um dieses zu verstärken und damit die Filterschicht zu fixieren.
Werden thermoplastische Materialien verwendet, so können Walzen mit glatten oder gemusterten Mantelflächen
verwendet werden, um die einzelnen Fasern des Fasermaterials miteinander zu verschweißen und
um eine Verbindung mit den tragenden Fäden oder Stützfasern, soweit diese vorgesehen sind, zu erzielen.
Claims (5)
1. Hohlzylmdriscber Filtereinsatz aus einer perforierten'oder porösen zylindrischen Hülse mit einer
faserigen oder unter Einlagerung von Fasermaterial aufgebrachten Wickelschicht am lagenwejse sich
kreuzenden Fäden, die Durchtrittskanäle von radial nach außen zunehmenden rautenförmigen Querschnitt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von dem gewünschten Filterungsgrad die Zahl der Durchtrittskanäle in jeder ihrer
radialen Erstreckungsebenen nur etwa 3.16 je Zentimeter des Hülsendurchmessers beträgt
2. Hohlzyündrischer Filtereinsatz nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhe des gewünschten Filterungsgrades !ediglich durch die Art
und die Menge des durch Aufrauhen des Fadenmaterials gewonnenen oder gesondert eingelagerten
Fasermaterials Rechnung getragen ist. 2C
3. Hohlzyündrischer Filtereinsatz nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Fasermaterials nach außen hin abnimmt
4. Hohlzyündrischer Filtereinsatz nach Anspruch
2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß einige der ^5
inneren Fadenlagen kein Fasermaterial enthalten.
5. Hohlzyündrischer Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Einia
gerung von Stützfasern.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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