DE2255989C3

DE2255989C3 - Rohrleitungsaggregat und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2255989C3
Application number: DE2255989A
Authority: DE
Inventors: Alexander O. Brodie; Clarke Harold Fountain Valley Lewis; John Lloyd Richardson
Original assignee: Oxy Metal Industries Corp Warren Mich (vsta)
Current assignee: Oxy Metal Industries Corp Warren Mich (vsta)
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1972-11-15
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2255989B2; JPS4880480A; AU472650B2; JPS5213193B2; ES406117A1; DE2255989A1; US3891556A; IL40079A0; AU4751672A; GB1414496A; CA998002A; FR2160374B1; IL40079A; IT973464B; FR2160374A1; ZA724127B; NL7214429A; SE390257B

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrleitungsaggregat zur Verwendung als Membran in Ultrafiltrations- oder Umgekehrte-Osmose-Systemen, bestehend aus einem dünnen, zerbrechlichen, halbdurchlässigen Membran-

ij rohr, das mit einer wenigstens eine Fasergeflechischicht aufweisenden Verstärkungsumhüllung zur Abstützung gegenüber erhöhten hydraulischen Innendrukken versehen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rohraggregats.

ίο Die Verwendung von durchlässigen Rohren für Filtrationszwecke in Fiüssigkeits-Reinigungssystemen ist bekannt; es ist üblich, derartige Rohre aus verschiedenen Werkstoffen, darunter Zelluloseazetat, im Gießverfahren herzustellen. Derartige Rohre werden üblicherweise als Membranrohr bezeichnet; um optimale Durchlässigkeit zu erzielen, werden ciie Rohre mit äußerst dünnen Wandstärken von häufig beispielsweise nur etwa 0,1 bis 0,25 mm ausgebildet. Da die zu reinigende Flüssigkeit unter Druck durch die Wandungen des Rohrs gepre3i werden muß. ist eine Halterung bzw. Abstützung des Rohrs gegen den Druck erforderlich, um ein Zubruchgehen oder ein Reißen des Rohrs zu vermeiden. Bisher bestand diese Abstützung bzw. Halterung aus starren oder halbstarren Rohren größerer mechanischer Festigkeit, als sie das Membranrohr besitzt, die mit Perforationen bzw. Rippen zum Durchtritt der Produktflüssigkeit (d. h. der Flüssigkeit nach der Filtration) versehen sind.
Dieses Verfahren ist zufriedenstellend — wenngleich kostspielig — bei Membranrohren, die in geraden Längen verwendet werden und keinen nennenswerten radialen Verformungen unterliegen, wie sie beispielsweise bei spulenartig gewickelten Rohrleitungsaggregaten auftreten. Zur Erzielung einer derartigen gewickelten Ausbildung, wie sie beispielsweise in der Patentanmeldung P 22 34 289.8 der gleichen Anmelderin vom 12. Juli 1972 (mit Priorität vom 13. Juli 1971 aus der US-Anmeldung SeriaJ No. 1 62 247) beschrieben ist, sind andere Methoden vorzuziehen. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein neuartiges Verfahren mit Verstärkung der Membranrohre mittels Mehrjchicht-Verstärkungsgeflechten. Die einfache Beflechung von Rohren für Verstärkungszwecke ist bekannt; derartig beflochtene Rohre finden häufig für hydraulische Systeme, in denen eine gewisse Flexibilität erforderlich ist, Anwendung.

Für das Verfahren der Flüssigkeitstrennung durch umgekehrte Osmose ist diese einfache Verstärkungsbeflechtung jedoch nicht geeignet, da, in Abhängigkeit

te von der Zugspannung und dem Garnwinkel in dem erhaltenen Verstärkungsgeflecht diese einfache Verstärkung einer radialen Biegung des Rohrs in Längsrichtung, beispielsweise zur Herstellung einer Spulenwickelanordnung, einen Widerstand entgegcnsezt, was Verwerfungen und Knickbildungcn des Vcrstärkungsgcflechtgebildes und der inneren Membran infolge des »Verriegelungswinkels« des Verstärkungsgeflechts b/w. -gcwL'bcs zur Folge hat. Ausgebeulte bzw. ge-

knickte Flächenbereiche der Membran bilden Ansatzstellen für örtliche Fehlstellen der Membran. Wird das Geflecht locker geflochten bzw. gewebt, um Biegungen zu ermöglichen, so lösen sich die einzelnen Geflechtsgarne voneinander, wodurch das Membranrohr an den betreffenden Stellen ohne Unterstützung bleibt und daher bruch- bzw. reiOgefährdet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei Anwendungen beispielsweise in herkömmlichen Hydrauliksystemen, wo das Verstärkungsgeflecht zwischen Kautschukrohren bzw. -schläuchen angeordnet ist, die einfache Verstärkungsbeflechtung annehmbar und ausreichend ist, da die Hydraulikschlauchleitungen selbst vor dem Beflechten eine beträchtliche mechanische Festigkeit und zugleich auch Flexibilität besitzen.

Aus der USA.-Patentschrift 35 47 272 ist ein Verstärkungsfasergeflecht zur Abstützung von Membranrohren für Ultrafiltrations-Anlagen bzw. Anlagen zur Umgekehrten-Osmose bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch das Verstärkungsfasergeflecht nicht unmittelbar auf das abzustützerde Membranrohr aufgeflochten, sondern das als lockeres Geflecht vorgeflochtene Verstärkungsrohr zunächst in gestauchtem und damit einen größeren Durchmesser aufweisenden Zustand auf einen gesonderten Dorn aufgeschoben, sodann durch Längsstreckung mit entsprechender Durchmesserverringerung straff sitzend auf diesen Dorn aufgeschrumpft, worauf sodann in dieser engsitzend aufgeschrumpften Lage auf dem Dorn die Fasern des Geflechts in ihrer gegenseitigen Lage durch einen Kunstharzkleber fixiert werden; der Kunstharzkleber läuft infolge der Oberflächenspannung im wesentlichen an den Überkreuzungsstellen der Geilechtfasern zusammen und fixiert diese nach der Aushärtung in ihrer der aufgeschrumpften Stellung auf dem Dorn entsprechenden Winkellage. Das so erhaltene Verstärkungsgebilde stellt somit ein starres, selbsttragendes, in seiner Form dem Dorn angepaßtes Rohr dar. Zur Verwendung als Verstärkungsumhüllung für Membranrohre muß dieses aus einer oder gegebenenfalls auch mehreren Lagen bestehende starre Flechtgebilde erst von dem für die Herstellung verwendeten Dorn abgelöst werden, worauf sodann erst dieses Verstärkungsumhüllungsrohr auf das Membranrohr auf- bzw. das Membranrohr in dieses Verstärkungsumhüllungsroh- eingeschoben werden kann. Diese bekannte Verstärkungsanordnung ist somit nicht nur in der Herstellung kompliziert und aufwendig und gestattet jeweils nur die Herstellung begrenzter Schußlängen in einem Arbeitsgang; vor allem ist die bekannte Verstärkungsanordnung auf geradlinige Rohrleitungsschüsse beschränkt und eignet sich beispielsweise nicht für zu kompakten Aggregaten, beispielsweise in Wickelspulenform gebogene Rohrleitungen.

Durch die Erfindung soll daher ein Rohrleitungsaggregat der eingangs genannten Art geschaffen werden, das in einfacher Weise im kontinuierlichen Verfahren in beliebiger Länge herstellbar ist, und zwar unter den für derartige äußerst dünne, mechanisch zerbrechliche Ultrafiltrations- bzw. Osmose-Membranen erforderlichen Bedingungen, und bei dem einerseits eine zuverlässige, beschädigungsfreie Abstützung der zerbrechlichen Membran bei den hohen Betriebsinnendrucken im Ultrafiltrations- bzw. Osmose-Betrieb gewährleistet ist und andere, seits das mit der Verstärkungsumhüllung beflochtene Rohr zu raumsparenden Konfigurationen verformt, beispielsweise zu einem Spulenwickel mit verhältnismäßig kleinem Krümmungsradius gebogen werden kann, derart, daß große Längen des Membranrchrs mit einem entsprechend hohen Produkvdurchsatz in einem Rohrleitungsaggregat geringen Raumbedarfs untergebracht werden kann.

Zu diesem Zweck ist bei einem Rohrleitungsaggregat der eingangs genannten Art gemäß der Erfindurg vorgesehen, daß die Fasern der Fasergefiechtschichi der Verstärkungsumhüllung bei Beaufschlagung des Rohraggregats mit dem für den Filtrations- bzw. Osmose- Betrieb erforderlichen hohen Betriebsinnendruck eine einem vorgegebenen Verriegelungswinkel bezüglich der Achse des Membranrohrs entsprechende Lage einnehmen, in welcher sie das Membranrohr sowohl in axialer wie in radialer Richtung abmessungsstabil ge-

is genüber dem hohen Innendruck fixieren, während sie bei Beaufschlagung des Rohraggregats mit einem niedrigeren Innendruck eine Biegung des Membranrohrs um verhältnismäßig kleine Krümmungsradien ohne stellenweise Beeinträchtigung der Abstützung des

Membranrohrs zulassen.

Bei dem erfindungsgemäßen Rohrleitungsaggregat kann die Verstärkungsfasergeflechtschicht bei der Herstellung kontinuierlich auf das durchlaufende Membranrohr unmittelbar aufgebracht werden; durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird gewährleistet, daß einerseits in dem mit einem sehr hohen Innendruck beaufschlagten Betriebszustand die Geflechtfasern eine dem sogenannten Verriegejungswinkel entsprechende gegenseitige Lage einnehmen, in welcher sie eine voll ständige, störungsfreie Abstützung des zerbrechlichen Membranrohrs und gleichzeitig praktisch eine starre, abmessungsstabile Fixierung des Rohrleitungsaggregats bewirken; bei Beaufschlagung mit einem niedrigeren Innendruck als dem Betriebsdruck, d. h. also insbe- sondere im Verlauf der Herstellung, läßt das Verstärkungsgeflecht jedoch noch eine Verformung des Membranrohrs, beispielsweise eine Krümmung um verhältnismäßig kleine Krümmungsradien zur Herstellung von Wickelaggregaten, zu, wobei auch in diesem mit gerin gerem Innendruck beaufschlagten Verformungssta dium eine zuverlässige ganzflächige Abstützung des Membranrohrs gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Rohrleitungsaggregat ist kontinuierlich in beliebigen Längen herstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Verstärkungsumhüllung zwischen dem Membranrohr und der erstgenannten Fasergeflechtschicht eine weitere oder Fasergeflechtschicht niedrigerer Denierzahl aufweist, deren Fasern mit der Achse des Membranrohrs einen Winkel größer als der genannte Verriegelungswinkel bilden und der zusätzlichen Abstützung des Membranroh rs im Zustand bei Beaufschlagung mit einem niedrigeren Innendruck dienen; diese zusätzliche Innen- schicht, die aus Fasern bzw. Fasergarn niedriger Denierzahl als die erste ersterwähnte Geflechtschicht und mit einem Verflechtwinkel hergestellt ist, der größer als der erwähnte Verriegelungswinkel ist, gewährleistet insbesondere bei den Beaufschlagungszuständen mit geringerem inneren Druck, also insbesondere bei der Formgebungsbehandlung, eine gerade in diesem Stadium besonders wichtige Feinabstützung gegen Knickbildüngen u. dgl.

Nach eir?r weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung

^ft5 der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Verstärkungsumhüllung eine weitere äußere Fasergeflechtschicht aufweist, deren Fasern im Zustand der Beaufschlagung des Rohrleitungsaggregats mit dem hohen

Betriebsinnendruck eine dem vorgegebenen Ve^rriegelungswinkel bezüglich der Membranrohrachsc entsprechenden Lage einnehmen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rohrleitungsaggregatcs; nach diesem kontinuierlich durchführbaren Verfahren ist vorgesehen, daß man das halbdurchlässige Membranrohr durch eine Hülse hindurch zuführt, daD man die als Verstärkung auf das halbdurchlässige Membranrohr aufzuflechtenden Fasern auf der Hülse zusammenflicht, daß man auf das Membranrohr auf der Abzugsseite eine axiale Zugspannung in Richtung auf den beflochtenen Teil ausübt und aufrechterhält und daß man in periodischen Abständen mittels eines oszillierenden Teils das F^:asergeflecht von der Hülse ab- und auf das flexible Membranrohr aufschiebt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser Ζ€Ϊ£ ι

F i g. I in vereinfachter Form eine Mehrschichtenverstärkung für ein Membranrphr, wobei das innere Geflecht 3 aus feinerem Garn niedriger Denierzahl als die Außenschichten besteht,

F i g. 2 die Definition des Garnwinkels in dem Geflecht sowie die Definition der Anzahl von Überkreu- *5 zungsstellen pro Längeneinheit,

F i g. 3 das Beflechten eines Membranrohrs, wobei ein oszillierender hohler Konusdorn das fertige Geflecht von einer sich verjüngend ausgebildeten Hülse herab in eine vorgegebene Winkelkonfiguration und nut vorgegebener Zugspannung auf das Membranrohr aufschiebt.

F i g. 4 in schematischer Darstellung ein Mehrschichten-Halterungs- und Abstützgeflechl mit speziellen Winkelangaben für eine minimale Elongation des Membranrohrs unter Druckbeaufschlagung, für die weiter unten angegebenen speziellen Garne,

F i g. 5 in schematischer Darstellung das Gesamtsystem zum Beflechten des Membranrohrs und zur Aufbringung einer Zugspannung auf die Verstärkungsge- flecht/Membrananordnung sowie zu deren Eintauchen in eine Flüssiekeit. um die erforHprlirhpn FlprMu/inlr<>l und den Paßsitz zwischen jeder Geflechtschicht und der darunter liegenden Rohrmembran bzw. darunter befindlichen Schicht zu gewährleisten.

Die Beflechtung eines Membranrohrs als solche wird mit verfügbaren Maschinen vorgenommen. Die Beflechtung erfolgt am besten in der horizontalen Stellung des Membranrohrs. Außerdem ist für angemessene Schmierung der Maschinenteile ohne Gefahr des Ausleckens des Schmiermittels auf das Produkt zu sorgen. Im Fall von Membranrohren aus Zelluloseazetat hat es sich als unbedingt erforderlich erwiesen, das Membranrohr vor dem Beflechten in Wasser eingetaucht zu halten und nach dem Beflechten das Rohr mit der Beflechtung kontinuierlich in feuchtem Zustand zu halten. Demgemäß wird das Rohr in geeignete mit Wasser gefüllte Tröge 6, 7 in Fig.5 eingebracht, aus diesen herausgeführt und wieder zurückgeführt, derart, daß die Membran nach dem Durchlauf durch die *° Flechtmaschine stets in feuchtem Zustand gehalten wird.

Die Beflechtung in einer oder in mehreren Schichten kann in axialer Richtung durch Kettfaden verstärkt werden, oder die Beflechtung kann unter einem Winkel ^6s gleich oder nahezu gleich dem sogenannten »Verriegelungs«-Winkel erfolgen, der bei Berechnung für eine Einschichtbeflechtung 54°44' beträgt Die Beflechtung kann alternativ auch unter anderen Winkeln, die siel nach dem Gleichgewichtszustand verschiedener milein ander zusammenwirkender Schichten bestimmen, erfol gen. Für eine typische dreischichtige Kombination vor Winkeln wird auf K ig. 4 verwiesen. Hinsichtlich de: Verfahrens der Messung der Anzahl von Überkreu zungsstellen pro Längeneinheit wird auf F i g. 2 vcrwje sen. wo 9a die »Ganghöhe«, 96 eine »Linie« entlang dem Umfang des bcflochtenen Rohrs und 8 einer »Überkreuzungsabstand« bedeuten. Was die Anwen dung von Kettfaden anlangt, so hai sich ergeben, dal. Kettfaden das beflochlene GcbiUe weniger biegsan machen, was wiederum eine unerwünschte Knickung oder Ausbeulung der Rohrwandung in Fallen, wn dai mit der Verstärkung beflochtene Rohr gewickelt odei gebogen werden soll, zur Folge haben könnte. Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Flechthalterunj bzw. -abstützung kommt eine ganze Reihe von Werk Muffen in Fi age. Beispielsweise kann Fibergiasgarn mi oder ohne Überzug verwendet werden. A¹S Überzugs materialien eignen sich beispielsweise Vinyl, Chloro prenpolymerisat-, Butyl-, Acryl-Werkstoffe. RFL (Re sorcinol-Formaldehyd-Latex), Polytetrafluoräthylen so wie jedes anderweitige elastomere oder polymere Ma terial. das die Scheuerempfindlichkeil des Fiberglas garns herabzusetzen vermag. Die genannten Stoffe können entweder zum Imprägnieren des Fiberglasgarns (zur Verringerung von Scheuerverschleiß zwischen einzelnen Fäden) oder auch zum Überziehen zur Herabsetzung von Scheuerverschleiß zwischen ganzen Fadenbündeln verwendet werden. Als anderweitige Werkstoffe für das Garn kommen in Frage Polyester Polyamide, Kunstseide, Baumwolle und Leinen. Auch beliebige andere hochfeste Garnwerkstoffe, ja sogar Draht könnten, falls erwünscht, verwendet werden vorausgesetzt, daß die Drahtschicht in der geeigneten Weise von der Membran isoliert ist, beispielsweise durch eine Polyestergarnumspinnung von hinreichend kleinem Durchmesser (kleine Denierzahl). Ein besonders bedeutsamer Vorteil der mehrschichtigen Ausführung des erfindungsgemäßen Halterungs- bzw. Verstär- luinptephilHpt heetpht darin HaB dip. Innprnrhirhi nrlpr -schichten aus Garn niedriger Denierzahl hergestelli sein können, um eine glattere Innenfläche, gegen welche die Membran anliegt, zu erzielen, während die Außenschichten aus schwerem Garn hoher Festigkeil hergestellt sein können, um den Hauptanteil des Druckaufnahmevermögens aufzubringen.

Die Innen- und Außen-Schichten können auch durch Weben hergestellt werden. Das Gewebe kann aul einem geeigneten Rundwebstuhl, beispielsweise vom Chernack-Typ hergestellt werden. Eine weitere Alternative ist die Herstellung der Schichten im Wirk- oder Strickverfahren.

Mit den genannten Vorrichtungen ist eine erhebliche Flexibilität erzielbar, derart, daß sich ein rohr- bzw schlauchförmiges Stützgebilde hoher Festigkeit mil glatter Innenfläche unter Verwendung eines oder mehrerer der angegebenen Werkstoffe herstellen läßt Die Maßhaltigkeit auch bei Anwendung hoher Drucke ist eine besonderer Vorteil der geflochtenen bzw. gewobenen Halterungs- bzw. Stützgebilde gemäß der Erfindung.

Im folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierbei wurde unter Verwendung eines Zelluloseazetatrohrs mit einem Durchmesser von etwa 63 bis 25,4 mm und einer Wandstärke von etwa 0,2 mm als semipermeable Membran eine

verstärkte semipermeable Rohranordnung mit äußerst günstigen Eigenschaften geschaffen, die Innendruckc von bis zu et<"'a 140 at auszuhalten vermag und ein hohes Rückhaltvermögen bezüglich Natriumchlorid aus verdünnten Lösungen aufweist. Dieses verstärkte Rohr kann bei Druckbeaufschlagung mit mäßig heißem Wasser vrn einen sehr kleinen Radius gebogen werden.

Wesentlich ist. daß dieses halbdurchlässige Zelluloseazetat Membranrohr nach seiner Herstellung im Gießverfahren ständig feucht gehalten wird. Die unmittelbar an der halbdurchlässigen Zelluloseazetat-Membrän anliegende Verstärkungsflcchtschicht ist aus einem unverzwirnten Dacron-Polyestergarn von 1100 Denier geflochten. Der Flechtvorgang erfolgt auf einer herkömmlichen Flechtmaschine, wobei jedes Garn aus zwei Einzelfasern von UOO Denier bestand. Die innere Verstärkungsschicht aus Garn niedriger Denierzahl wird in der Weise aufgebracht, daß die Fasern in der in Fig.4 veranschaulichten Weise unter einem Winkel von etwa 69° bezüglich der Achse der semipermeablen Rohrleitung verlaufen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß es in bestimmter Weise vorteilhaft ist, wenn die innere Schicht aus dem feinen Garn mit niedriger Denierzahl unter einem Winkel verflochten wird, der größer als der »Verriegelungs- bzw. Arretierungs«-Winkel ist. Es hat sich ergeben, daß diese Flechtart die Tendenz des Membranrohrs zur Verwerfung oder Verknickung beim anschließenden Wickeln oder Biegen in eine Radir 'konfiguration weitestgehend verringert.

Wie im einzelnen aus F i g. 3 ersichtlich, dient eine Hülse I als Halterung bzw. Abstützung zur Aufbringung der für den Flecht-, Web- oder Wirk- bzw. Strickvorgang erforderlichen Garnspannung; außerdem dient <iie Hülse I auch als Führung für das Membranrohr 2. Das fertige Geflecht (oder anderweitige Garngebilde) ■ ird von dieser Hülse (die an ihrem vorderen Ende mit einer ganz geringfügigen Verjüngung ausgebildet ist), von einem oszillierenden Konus bzw. Kegel 4 (F i g. 3), der der Rückseite der Hülse angepaßt ist und mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit arbeitet, von der Hülse aDgeschoben. Uie Innenseite der Hülse palit dicht sitzend um die Außenseite der rohrförmigen Membran 2 und gewährleistet so eine gute Halterung der Membran bei deren Austritt aus der Hülse und beim Aufschieben der gewebten, geflochtenen oder gewirkten Verstärkungshalterung auf das Membranrohr. Die Wirkungsweise dieses oszillierenden hohlen Doms bzw. Konus ist selbstverständlich mit der Arbeitsweise der Flecht-, Web- bzw. Wirk- oder Strickmaschine synchronisiert, so Um bei der Herstellung des Schlauchs verschiedene Schichten des Flecht-, Web- bzw. Wirk-Schlauchgebil- des wie auch verschiedene Garnarten und Garngewichte verwenden zu können, sind auswechselbare Hülsen und auswechselbare Oszillations-Kegel vorgesehen. SS Die Innenflächen des oszillierenden Kegels 4 (F i g. 3) sind aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderen Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt, um Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Scheuerung zwischen der festen Hülse 1 und dem Konus 4 (F i g. 3) zu gewährleisten.

Die vorhergehende Beschreibung betrifft das Verfahren zur Aufbringung der ersten Flechtschicht 3 (ir i g- IX wobei ein Polyestergarn von 2200 Denier in Verbindung mit einer Zugspannung an dem Membran- *5 rohr von etwa 400 bis etwa SOO g angewandt werden kann. Die zweite und die dritte Schicht 5 bzw. 5a (Fig. 1) können im typischen Fall mit Polyestergam von 4400 Denier unter Ausübung einer Zugspannung auf das Rohr von etwa 850 bis etwa 964 g b/.w. etwa 1,76 bis etwa 1,87 kg aufgeflochten werden. Die für ein »verriegeltes« Mehrschirhtgeflecht erforderlichen Winkel sind in Γ i g. 4 dargestellt.

Eine derartige Kombination von Geflechten über einem Membranrohr von 2,54 cm Durchmesser ergibt eine glatte, nicht scheuernde Oberflache, gegen welche das Membranrohr sich unter Druck ausdehnend anlegt, wobei die übereinanderliegenden Geflechte einen inneren hydraulischen Betriebsdruck von mehr als 123,5 al auszuhallen vermögen; ein derartiger Druck wurde mehrfach bei Tests erreicht, bei minimaler resultierender Ausdehnung des Rohrdurchmessers oder F.longation der Rohrlänge.

Es ist auch erwünscht, durch die Anwendung der richtigen Garnspannung einen engen Paßsitz zwischen der ersten Verstärkungsschicht aus feinem Garn niedriger Denierzahl und dem Membranrohr aufrecht zu erhalten.

Zur Gewährleistung eines strammen Paßsitzes zwischen der Membran 2 und dem geflochtenen oder gewebten Halterungs- und Verstärkungsgebilde 3, 5, 5a (K i g. I) wird während des Flecht- oder Webvorgangs ein Zugsystem zur Aufbringung der vorgegebenen Zugspannung auf das fertige Erzeugnis bei seinem Austritt aus der Flecht- oder Webmaschine verwendet. Dieses Spannsystem ist insofern von besonderer Bedeutung, als es nicht nur einen strammen Paßsitz gewährleistet, sondern auch eine gewisse Kontrolle über die Geometrie des Geflechts. Je nach dem Gewicht und der Art des Garns und der Struktur des herzustellenden Halterungsgebildes kommen Zugspannungen im Bereich von nur etwa 56 g bis zu etwa 2,27 bis etwa 4,5 kg in Frage, um die jeweils geforderten Bedingungen zu gewährleisten. Strammer Paßsitz und genaue Kontrolle der Flechtgeometrie sind besonders bedeutsame Erfordernisse. Die Kontrolle über diese Faktoren ermöglicht eine Begrenzung der Dehnung in der Membran während der verbleibenden Herstellungsverfahrensschriu« sowie im späteren Betrieb. Die Aufbringung der Zugspannung kann automatisch enoigen, derart, liaG eine feste vorgegebene Zugspannung; durch Abziehen des fertigen Erzeugnisses aus dem Halterungsgebilde und der Membran von der Maschine mit einer von dem Ausstoß der Maschine abhängigen Geschwindigkeit gewährleistet wird. Das System eignet sich nicht nur zur Einstellung innerhalb eines weiten Bereichs von Zugspannungen, sondern auch innerhalb eines weiten Bereichs von Abzugsgeschwindigkeiten. Ein Beispiel eines derartigen automatischen Zugspannungssystems ist in F i g. 5 dargestellt Darin bedeutet 10 den Kopf der Flechtmaschine, des Rundwebstuhls bzw. der Wirkoder Strickmaschine; 11 ist das geflochtene Rohr mit der im Inneren befindlichen Membran und 12 das Zugspannungsgestell, das eine korrosionsbeständige Meßfeder (zur Messung der Zugspannung) enthält und zur Befestigung des Ziehkabels 13 an dem Membranrohr-/ Geflecht-Aggregat dient Das Membranrohr bzw. das mit dem Flechtaberzug versehene Membranrohr werden durch Herausführen aus bzw. Hineinführen in wässergefüllte Tröge 6 bzw. 7 feucht gehalten. Ein Verfahren zur automatischen Zugspannungsregelung arbeitet mit einem optisch-elektrischen System wie in F i g. 5; dieses weist tine Lächtqueüe !4* eines üchteSektri- schen Meßfühler 146, eine Gewichttiufhlngung 15, die auch zur Modulation des Lichtstrahls dient, Gewichte 16, die jeweils so gewählt sind, daß sie (Qr das betref-

fende Rollensystem die gewünschte Zugspannung ergeben, auf. Mit einem Motor 18 veränderlicher Drehzahl ist eine Aufwickeltrommel 17 für das Ziehkabel verbunden. Die Aufwickeltrommel ist ferner über eine Motorsteuerung 19 mit dem lichtelektrischen Fühler Hb verbunden, derart, daß die Motorsteuerung 19 den Ablauf des Abziehvorgangs mit konstanter Zugspannung gewährleistet. Als ^'ternatives System kann an Stelle der Teile 14 bis 18 ein System verwendet werden, das eine Kupplung mit veränderlicher Kupplungskraft mit einem Konstantdrehzahlmotor und einem Regler mit Rückführung zur Einstellung des jeweils richtigen Kupplungsschlupfes aufweist. Beide Systeme werden von der Steuerung der Flechtstation betätigt, um die erforderliche Koordination mit dem Flechtvorgang zu gewährleisten. Eine automatische Rückführung bzw. Rückstellung des Zugspannungsgesteiis und des Zugkabels gehört ebenfalls zu dem System.

Wahrend die nunmehr eine Schicht aus einer Verstärkungsgeflechtfaser niedriger Denierzahl tragende, halbdurchlässige Membran feuchtgehalten wird, werden zwei getrennte Schichten aus wesentlich schwereren Fasern über die zuerst geflochtene Schicht aufgeflochten. Ein unverzwirntes Dacronpolyestergarn von 4400 Denier hat ausgezeichnete Resultate ergeben. Dieses Verstärkungsfasergeflecht hoher Denierzahl wird in zwei ge'-cnnten Schichten aufgebracht, wobei jeweils jede Schicht mit der Achse der halbdurchlässigen Membran einen Winkel von etwa 50° bildet, wie in F i g. 4 gezeigt. Es sein betont, daß diese Schichten mit einem Winkel von etwa 50" aufgebracht werden, der kleiner als der »Verriegelungswinkel« von 54 V4⁰ ist, während die anfänglich aufgebrachte Schicht aus feinem Garn niedriger Denierzahl mit einem Winkel größer als der Verriegelungswinkel aufgeflochten wird.

Nach Beendigung der Arbeitsschritte zur Aufbringung der Verstärkungsgeflechte ist die Anordnung nunmehr bereit für den Aufwickelvorgang; dieser erfolgt unter Füllung mit heißem Druckwasser; daran schließt sich die Wärmebehandlung zur Herstellung der gewünschten Eigenschaften von Produktdurchsat/, und Salzrückhaltvermögen. Ein typisches Aufwickel- und Wärmebehandlungsverfahren ist in der bereits erwähn ten Patentanmeldung P 22 34 289.8 der gleichen Anmeiderin vom Ί2. j'uii i972 (mit Priorität vom Ί3. juii 1972 aus der US-Anmeldung Serial No. ! 62 247) beschrieben. Ein erfindungsgemäß verstärktes halbdurchlässiges Membranrohr von 25,4 mm Durchmesser wurde routinemäßig über längere Zeitdauern bei einem Betriebsdruck von 42 at verwendet und hat Testdrucken von mehr als 123,5 at standgehalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrleitungsaggregat zur Verwendung als Membran in Ultrafiltrations- oder Umgekehrte-Osmose-Systemen.. bestehend aus einem dünnen, zerbrechlichen, halbdurchlässigen Membranrohr, das mit einer wenigstens eine Fasergeflechtschicht aufweisenden Verstärkungsumhüllung zur Abstützung gegenüber erhöhten hydraulischen Innendrucken versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Fasergeflechtschicht (5) der Verstärkungsumhüllung bei Beaufschlagung des Rohraggregats mit dem für den Filtrations- bzw. Osmose-Betrieb erforderlichen hohen Betriebsinnendruck eine einem vorgegebenen Verriegelungswinkel bezüglich der Achse des Membranrohrs (2) entsprechende Lage einnehmen, in welcher sie das Membranrohr (2) sowohl in axialer wie in radialer Richtung abmessungsstabil gegenüber dem hohen Innendruck fixieren, während sie bei Beaufschlagung des Rohraggregats mit einem niedrigeren Innendruck eine Biegung des Membranrohrs (2) um verhältnismäßig kleine Krümmungsradien ohne stellenweise Beeinträchtigung der Abstützung des Membranrohres zulassen.

2. Rohrleitungsaggregat nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsumhüllung zwischen dem Membranrohr (2) und der erstgenannten Fasergeflechtschicht (5) eine weitere oder Faseijeilechtinnenschicht (3) niedrigerer Denierzahl aufweist, deren Fasern mit der Achse des Membranrohrs (2) einen Winkel größer als der genannte Verriegerungswinkel b'Wen und der zusätzlichen Abstützung des Membranrohrs im Zustand bei Beaufschlagung mit einem niedrigeren Innendruck dienen.

3. Rohrleitungsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsumhüllung eine weitere äußere Fasergeflechtschicht (5a) aufweist, deren Fasern im Zustand der Beaufschlagung des Rohrleitungsaggregats mit dem hohen Bitriebsinnendruck eine dem vorgegebenen Verriegelungswinkel bezüglich der Membranrohrachse entsprechende Lage einnehmen.

4. Rohrleitungsaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der erstgenannten Fasergeflechtschicht (5) höherer Denierzahl mit der Achse des Membranrohrs (2) einen Winkel von etwa 50° bilden und daß die Fasern der unmittelbar an dem Membranrohr (2) anliegenden Fasergcflechtinnenschicht (3) niedriger Denierzahl mit der Achse des Membranrohrs (2) einen Winkel von etwa 69° bilden.

5. Verfahren zur Herstellung eines Rohrleitungsaggregais nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche aus einem halbdurchlässigen Membranrohr mit einer wenigstens eine Fasergeflechtschicht aufweisenden Verstärkungsumhüllung, dadurch gekennzeichnet, da!3 man das halbdurchläv sige Membranrohr (2) durch eine Hülse (I) hindurch zuführt, daß man die als Verstärkung auf das halbdurchlässige Membranrohr aufzuflechtenden Fasern auf der Hülse zusammenflicht, daß man auf das Membranrohr auf der Abzugscitc eine axiale Zugspannung in Richtung auf den heflochtenen Teil ausübt und aufrechterhält und daß man in periodischen Abständen mittels eines oszillierenden Teils

(4) das Fasergeflecht von der Hülse (1) ab- und auf das flexible Membranrohr (2) aufschiebt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das halbdurchlässige Membranrohr (2) während des gesamten Herstellungsvorgangs in feuchtem Zustand gehalten wird.