DE2353610A1 - Endkappe mit mindestens einer umfangsnut, insbesondere zur abdeckung eines rohrfoermigen filterlements, verfahren zur herstellung einer solchen endkappe und verbindung der endkappe mit dem filterelement - Google Patents

Endkappe mit mindestens einer umfangsnut, insbesondere zur abdeckung eines rohrfoermigen filterlements, verfahren zur herstellung einer solchen endkappe und verbindung der endkappe mit dem filterelement

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Description

■ PATENTANWÄLTE
Dipl.-lng. P. W)RTH ·" Dr. V. SCHMIED-KQWARZIK DIpL-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD . Dr. D. GUDEL
281134 β FRANKFURT AM MAIN
287014 GH. ESCHENHEIMER STRASSE 38
24. Oktober 1973 Oase 2-188
PW/Si - -
PALL CORPORATION Glen Cove, New York, U.S.A.
Endkappe mit mindestens einer Umfangsnut, insbesondere zur Abdeckung eines rohrförmigen Filterelements, Verfahren zur Herstellung einer solchen Endkappe und Verbindung der Endkappe mit· dem Filterelement,
Die Erfindung betrifft eine Endkappe mit mindestens einer Umfangßnut, insbesondere zur Abdeckung von rohrförmigen Filterelementen, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Endkappe und die Verwendung der Endkappe als Endkappe eines Filterelements .
Rohrförmige Filterelemente, wie sie üblich verwendet werden, können einen Fluid-Strom von einer Seite der rohrförmigen FiI-tersehicht durch die Filterschicht hindurch zur anderen Seite leiten, wenn das Filtrat abgesaugt wird, §Q strömt das gesamte Medium zur Innenseite des Filterrohres, Solche rohrförmigen Filterelemente werden normalerweise durch Falten der Filterschicht oder -schichten in die Gestalt eines Rohres oder Zylinders, Umschlagen der entgegengesetzten Enden zu einem Saum längs der beiden Seiten des so zusammengebrachten Materials und Zusammenkleben mit einer Klebstoffschicht hergestellt.. Die offenen Enden des Rohres werden dann durch Endkappen ver-
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schlossen, die mit den Rohrenden mit einem geeigneten Klebstoff verklebt oder an Ort und Stelle geformt und geschweisst werden, und zwar gemäss einem Verfahren wie es z.B. in dem U5-Patent 3, 457,339 beschrieben ist.
Die Endkappen sind gewöhnlich mit Umfangsflanschen versehen, die mit ihrer Innenwand die Enden des Rohres oder Zylinders einfassen und dadurch das Rohr zwischen den Flanschen halten und eine sichere Abdichtung gewährleisten. Eine oder beide Endkappen sind mit Öffnungen versehen, wie zum Einpassen des Filterelementes in eine Filteranordnung erforderlich, und sie sind normalerweise auch mit einer oder mehreren Umfgngsnuten an ihrer Oberseite und/oder an ihrer äusseren Seitenwand versehen, wobei jede Umfangsnut ein Diehtelement oder einen Dichtring aufnehmen kann, der O- oder U-färmigen oder einen anders gestalteten Querschnitt hat, um einen dichten Sitz mit den Rohrverbindungsstücken des Strömungssystems oder einem Filterbecher oder einem anderen Teil der Filteranordnung zu gewährleisten.
Die Herstellung der Endkappen mit einer oder mehreren Umfangsnuten zur Aufnahme von Dichtungsringen bringt spezielle Schwierigkeiten mit sich, die hohe Herstellungskosten zur Folge haben,Die Schwierigkeiten werden erhöht und die Kosten vervielfacht, wenn die erforderlichen Umfangsnuten frei von Ritzen und Trennfugen sein sollen, was erforderlich ist, wenn das Dichtelement den Durchlass von Bakterien und anderen Mikroorganismen in Gassystemen verhindern soll. Endkappen mit Nuten
:in einer Form , · - -
ohne Ritzen oder Trennlinien/herzustellen,, ist nicht möglich, da das Teil nicht aus
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der Form herausnehmbar ist, wenn dies unternommen wird. Eine richtig gestaltete und sorgfältig gebaute Form hat ein Teil-mit einer kleinsten Ritze oder Trennfuge, die nicht mit blossem Auge unterschieden werden kann. Eine4 solche kleinste Ritze kann jedoch für ein Lecken ausreichen, wenn das nachgiebige Dichtglied montiert ist» Der Leckweg kann gross genug sein, um Bakterien, die eine Kleinheit von 0,2 Urn erreichen können, durchzulassen. Ferner ist ein Charakteristikum der Formpraxis, dass beim Gebrauch der Form Verschleiss auftritt, welcher das Auftreten von Ritzen oder Fugen erhöht. Häufig ist es erwünscht, zwei oder mehr Umfangsnuten für zwei Dichtungselemente vorzusehen, um eine bessere Sicherung gegen Lecken und Durchtreten von Mikroorganismen zu erreichen, was jedoch bloss die Schwierigkeiten und die Herstel!kosten erhöht.
Bei einer Endkappe gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass sie aus aneinander
bzw. je zwei wände anliegenden konzentrischen Teilen gebildet ist, von denen zwei/die Seiten/und eines
zugleich
dieser beider/den Grund je einer Umfangsnut bilden, dass die Gesamtanzahl der Teile mindestens gleich der Anzahl der Nuten plus eins ist und dass das äusserste Teil ein Ring isr.
wände Jede Umfangsnut erfordert mindestens zwei Teile, welche die Seiten/der Nut bilden und von denen eines den Grund der Nut bildet. Ein Teil kann jedoch je eine Seite und sogar die beiden Gründe der zwei Nuten bilden, so dass die Gesamtzahl der erforderlichen Teile gleich der Anzahl der gewünschten Nuten plus eins isf.Wenm .
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die Endkappe also eine Umfangsnut haben soll, werden zwei konzentrische Teile benötigt. Wenn zwei Umfangsnuten gewünscht sind, sind drei konzentrische Teile nötig; Die Teile sind konzentrisch zueinander, so dass sie dicht aneinander anliegend Ineinandergeschachtelt sind, um die zusammengesetzte Endkappe zu bilden.
Die Teile können in gewünschter Weise miteinander verbunden sein, z.B. durch einen Klebstoff, durch Schmelzschweissen, durch Kleben mit einem Lösungsmittel oder durch Spin- bzw. Presschweissen (spin welding).
Die konzentrischen Teile mit Ausnahme des innersten haben die Form eines Ringes. Das innerste Teil kann ebenfalls ein Ring oder eine Scheibe sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Höhe jedes Teiles, genommen mit den anderen Ring/oder der
Wand
Scheibe der zusammengesetzten Endkappe, in dem Aggregat der/stärke der zusammengesetzten Endkappe entspricht,dass Durchmesser und Breite jedes Teiles, genommen mit"
;;n
oder der Scheibe der zusammengesetztenEndkappe, in dem Aggregat
der lichten Breite und Weite der umschlossenen Fläche der zusammengesetzten Endkappe
eine entsprechen,dass eine äussere Oberfläche mindestens eines Ringes die/ äussere Oberfläche der zusammengesetzten Endkappe bildet, dass eine andere äussere Oberfläche jedes Ringes mit einem nach aussen gerichteten Umfangsvorsprung versehen ist, der eine Seitenwand
einer Umfangsnut bildet, und dass die Umfangsvorsprunge zweier aneinander anliegenwände
der Teile die beiden Seiten/der Nut bilden, wobei ein Bund benachbart dem Vorsprung an jedem Teil den Grund der zugehörigen Nut bildet.
Der Bund an einem Teil ist so angeordnet, dass er an dem Vorsprung des benachbarten Teiles anschlägt, so dass keine Fugen oder Trennlinien im Grund der Nut
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■-■'-■-■ · - 5 -
vorhanden sind und die Teile der zusammengesetzten Endkappe gemeinsam eine oder
wände
mehrere Umfangsnuten mit glatten Seitet/ und glattem Grund bilden urddie andere Endfläche mindestens eines der Teile die andere Endfläche der zusammengesetzten Endkappe bildet.
Die Endkappe wird gemäss der Erfindung bevorzugt als Endkappe eines Filterelementes verwendet. In diesem Anwendungsfall umfasst die ,Endkappe vorzugsweise mehrere aneinander anliegende konzentrische Teile, von denen jede die oben beschriebene Gestalt hat und die alle zur Bildung eines Stückes zusammengeheftet sind.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung werden Endkappen durch Zusammenheften mittels Kleben oder Schmelzschweissen von zwei oder mehr Teilen der beschriebenen Art gebildet, derart, dass die aneinander anliegenden Endflächen benachbarter Teile eine Endfläche der Endkappe bilden und die aneinander anliegenden Vorsprünge und Bundabschnitte der Teile eine oder mehrere Umfangsnuten an der Oberseite oder der Seitenwand der Endkappe bilden.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine zusammengesetzte Endkappe gemäss der Erfindung, nachdem ihre drei Teile, die alle ringförmig gestaltet sind, miteinander verklebt sind;
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Fig. 2 einen Schnitt durch die Endkappe nach Fig. 1 längs der Linie 2-2;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführung durch eine zusammengesetzte Endkappe gemäss der Erfindung, bei der die beiden äusseren Teile ringförmig und das innere Teil scheibenförmig gestaltet sind, so dass eine geschlossene Endkappe gebildet ist, die den Innenraum eines rohrförmigen Filterelementes an einem Ende begrenzt;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführung einer zusammengesetzten Endkappe, bei der die ringförmigen Teile zu einer Basis-Endkappe hinzugefügt sind, weiche mit dem Filterrohr im voraus verklebt ist;
Fig. 5 einen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführung einer zusammengesetzten Endkappe mit einem inneren Stürzteil, um das Kriechen der Kunststoffringe während der Wärmebehandlung zu unterbinden, wie sie z.B. zum Sterilisieren eines Elementes vor dem Gebrauch zum Entfernen von Bakterien oder sonstigen Organismen, wie Hefepilz angewendet wird;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine andere Ausführung einer zusammengesetzten Endkappe mit einem abgewandelten inneren Stützteil.
Die Endkappe gemäss den Fig. 1 und 2 umfasst, einen Aussenring 2, einen Innenring und einen Zwischenring 4. Alle Ringe bestehen aus einem thermoplastischen Harz#
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wie Polypropylen und sind miteinander an einem Ende A in einem geeigneten. Verfahren schmelzgeschweisst. Der Ring 2 hat eine Endwand 5 und einen Umfangsflansch 7. Der Ring 4 hat einen Endabschnitt 8, einen Bund 9 und einen Umfangsflansch 10. Der Ring 3 hat einen Endabschnitt U, einen Bund 12 und einen Urnfangsflansch 13, Die Umfangsflansche 10 und .13 der Ringe 4 und 3 bilden eine Umfangsnut 14, wobei der Bund 12 jeweils den Nutengrund bildet. Die Umfangsflanschen 10 und 7 der Ringe 4 und 2 bilden eine Umfangsnut 15, wobei der ,Bund 9 den Grund bildet. Jede Nut ist zur Aufnahme eines O-Ringes gestaltet. Diese Ringe sind strichpunktiert in Fig. 2 dargestellt. Der Flansch 7 des Ringes 2 hat zwei auskragende Abschnitte 16, 17. Die Innenwand 18 des Innenringes 3 bildet einen Kanal 20 durch die Endkappe. Die Endflächen 5, 8 und Tl, welche miteinander schmelzverscljweisst sind, bilden eine Endfläche der Endkappe, während die Endfläche 19 des Innenringes 3 die Oberfläche am anderen Ende B der Endkappe bildet.
Die Endkappe wird gewähnlich mit dem Filterrohr am Ende A verklebt, weil dies das Ende ist, wo die Ringenden miteinander verklebt sind; jedoch kann die Endkappe auch mit dem Rohr am Ende B verklebt werden. Die Ringe sind nicht bei den Nuten 14,15 verschmolzen oder verklebt, um ein Verwölben oder Verziehen der ebenen Seiten und Gründe dieser Nuten zu vermeiden. Der Kanal 20 ist kegelförmig, muss jedoch nicht notwendig diese Gestalt haben. Er kann auch zylindrisch sein oder nach aussen erweitert sein.
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Die drei Ringe, welche die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Endkappe bilden, können an der Seite A allein durch einen beliebigen Klebevorgang zusammengehalten sein, z.B. unter Verwendung eines Klebstoffes, durch Schmelzschweissen oder durch Kleben unter Zuhilfenahme eines Lösungsmittels. Wenn gewünscht, kann der Klebevorgang gleichzeitig mit dem Befestigen der Endkappe an einen Filterzylinder geschehen, was ebenso mithilfe eines Klebstoffes ausgeführt werden kann.
Um die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Struktur zu bilden, kann die zusammengesetzte Endkappe verklebt und das Filterelement an die Endkappe gleichzeitig durch Schmelzschweissen nur mit einer Seite an der Endkappe befestigt werden, wobei die im US-Patent 3,457,339 beschriebene Verfahrensweise angewendet werden kann. Die Fläche der zusammengesetzten Endkappe, an der die Fugen der Ringe an die
Oberfläche treten, z.B. am Ende A, wo die Oberflächen 5, 8, Π zusammenkommen, kann in flüssigen Zustand mit einer solchen Viskosität gebracht werden, dass das Material durch die Poren des Endes einer Filterschicht von deren einen Oberfläche zur anderen durchdringen kann. Während dieses Ende der Endkappe flüssig gemacht wird, kann das andere Ende der Endkappe auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials gekühlt werden, um den übrigen Teil der Endkappe in festem Zustand zu halten. Das Ende der Filterschicht wird dann in das verflüssigte Ende der Endkappe eingetaucht, so dass das verflüssigte thermoplastische Material durch die Poren des Filters von einer Oberfläche der Filterschicht zur anderen hindurchdringt. Gleichzeitig fHessen die verflüssigten Enden der Ringe 2, 3 , 4 ebenfalls
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235 36 1..Π.
zusammen und verschmelzen. Nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials der Endkappe steht eine zusammenhängende dichte Matrix des Endkappenmaterials in den Poren des Filtermaterials an der Überschneidung oder Überlappung der Filterschicht mit'der Endkappe, wodurch die Filterschicht mit der Endkappe dicht verklebt wird und gleichzeitig die drei Ringe der zusammengesetzten Endkappe zu einem Stück verbunden werden, jedoch nur in dem verflüssigten Abschnitt. Der Rest der aneinanderanllegenden Abschnitte der Ringe wird nicht verklebt und braucht dies auch nicht, da eine Öffnung zwischen ihnen jeweils an einem toten Ende oder an einem Sacklochende an dem verschmolzenen Abschnitt endet. Da jeweils das Ende des Ringes mit den Vorsprüngen, welche die Umfangsnuten der Endkappe bilden, nicht weich gemacht oder geschmolzen wird, besteht keine Möglichkeit einer Verformung oder einer Bildung von Ritzen oder Trennfugen oder anderen Unrege I mässigke ilen in diesem Abschnitt. Daher kann jeder Teil der zusammengesetzten Endkappe zu der gewünschten Gestalt der Umfangsnut geformt werden, ohne dass die Gefahr der Verformung der Nut oder der Endkappe beim Verkleben der Teile zur Bildung der zusammengesetzten Endkappe besteht.
Die in Fig. 3 gezeigte Endkappe ist ähnlich wie diejenige in den Fig. ] und 2 gezeigte Endkappe ausgebildet, und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Fall ist das innerste Teil 21 nicht ein echter Ring, sondern hat die Gestalt einer tiefgezogenen Scheibe mit einem flachen Ende 22 ohne einen Kanal oder eine Öffnung. Infolgedessen schliesst die Endkappe in diesem Fall das Innere des Filters von einer Kommunikation mit der äusseren Umgebung
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ab ausser über den Filter oder die andere Endkappe des Zylinders, welche durchbohrt sein kann und somit die Gestalt nach Fig. 1 und 2 hat.
Es ist möglich und in vielen kommerziellen Anwendungen äusserst praktisch, den Filterzylinder mit standardisierten Basisendkappen im voraus zu versehen und dann diese Basisendkappen, die selbst als Basisring dienen können, mit den übrigen Ringen zu versehen, die notwendig sind, um die gewünschte Anzahl der Umfangsnuten an der Endkappe zu erreichen. Die-übrigen Ringe können ebenso im voraus gruppen- oder satzweise verbunden sein, um standardisierte Endkappenformen mit den Basisendkappen nach Wunsch zusammenzufügen und zu verkleben. Dieses Vorgehen mi~ nimalisiert die Lagerhaltung, indem eine grosse Auswahl von Endkappen ausgehend von wenigen Grundrenten mit den Filterelementen verbunden werden kann. Eine solche Struktur ist in Fig. 4 dargestellt.
In diesem Fall hat das Filterelement 25 Rohrgestalt mit einem inneren, bei 24 perforierten Meta]Ikern mit offenen Enden, die. von Kappen 26, 27 abgedeckt sind, von denen die Kappe 27 abgeschlossen und die Kappe 26 mit einer~zentralehi Öffnung versehen ist. "■ ~ ;■ ; - · : '·
Die zusammengesetzte Endkappe 26, die im einzelnen in Fig. 5'zu seheit ist, hat einen rostfreien Stahlring 50 zwischen dem Innenring 3 und dem Zwischenring 4.; Der Stahlring ist hinter beidien Nuten 14, 15 angeordnet "und5 sorgt -'für deren innere Abstützung. Der Stahlring ist durch die Klebeverbindung zwischen den Ringen am Ende A, das mit der Endkappe 26 verklebt ist, fest an seinem Platz gehalten. 4 098 19/0830
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Der Ring 1 hat einen Umfangsflansch 16, Ring 4 hat einen Umfangsflansch 10 und Ring 12 hat einen Umfangsflansch 13/ wobei diese Umfangsflanschen zwischen sich die Nuten 14 und 15 bilden. Alle drei Ringe sind an ihren Enden um ihre zentralen Öffnungen herum mit der Endkappe 26 verklebt. Der Satz aus den drei Ringen kann im voraus zusammengeklebt sein und dann mit der Endkappe 26 verklebt werden ader'alle drei Ringe und die Endkappe können gleichzeitig miteinander verklebt werden.
Die Innenseiten der Endkappen 26 , 27 sind mit Flanschen 38, 39 versehen und mit dem Filterrohr 25 mittels eines geeigneten Klebstoffes bei 40 oder nach dem Verfahren gemäss US-Patent 3,457,339 verklebt.
Während thermoplastische Harze besonders geeignet als Material . für die Ringe der zusammengesetzten Endkappen sind, zeigen sie manchmal die Neigung zum Kriechen .oder mangelnder Masshaltigkeit bei Temperaturen, die sich der Erweichungstemperatur nähern, insbesondere unter der Pressung, wel.che die in die Umfangsnuten eingesetzten Dichtringe ausüben. Solche Änderungen der Abmessungen können durch eine innere Abstützung in Gestalt eines Ringes aus Metall oder einem nichtthermoplastischen Kunststoff in der zusammengesetzten Endkappe vermindert oder verhütet werden. Das Stützteil kann am inneren Umfang der Endkappe oder zwischen deren Ringen angeordnet sein.
Die zusammengesetzte Endkappe nach Fig. 6 hat einen rostfreien Stahlring 51 am inneren Umfang des innersten Ringes 3, wobei der Stahlring mit dem inneren
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ORlGiWALiWSPECTED
Umfang mittels eines Klebstoffes verbunden ist. Der Stahlring erstreckt sich über die ganze Länge des Kanals 20 und sorgt für eine innere Abstützung hinter den Nuten 14, 15 und über dem Flansch 7,
Der innerste Ring kann natürlich mit einer Öffnung jeder Größe nach Wunsch versehen sein, und die verschiedenen Ringe können so stark und breit wie gewünscht gestaltet werden, entsprechend der Stärke und Breite einer Endkappe, wie sie zum Abschliessen des Endes eines rohrförmigen Filferelemenres erforderlich ist. Dies ist gewöhnlich vom Durchmesser und der Tiefe der Riffelungen und Wellungen des rohrförmigen Filterelementes begrenzt, das in die Endkappe eingebettet werden soll, weil sämtliche Wellungen einschliesslich Berg und Tal vollständig im Endkappenmaterial verklebt oder eingebettet sein müssen.
Durch entsprechende Gestaltung der Kontur und Konfiguration der Einzelteile ist es möglich, Endkappen für jede Art von rohrförmigen Filterelementen in jeder Gestalt bereitzustellen. Die Teile werden so ausgewählt, dass sie in zusammengesetztem Zustand eine Endkappe mit der gewünschten Anzahl von Umfangsnuten bilden, die an die Gestalt des abzudeckenden rohrförmigen Filterelementes angepasst ist. Normalerweise haben die Filterelemente zylindrische, gewellte Gestalt. Die Endkappen können { edoch auch so ausgebildet werden, dass sie mit Rohreiementen jeden beliebigen Querschnitts verbunden werden können, einschliesslich glatten, gefalteten, gewundenen und gewellten, dreieckigen, quadratischen, rechteckigen, elliptischen und vieleckigen Filterrohrquerschnitten. Die Grosse und Gestalt der Windungen im Fall eines ge-
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wellten Elements sind unwesentlich, ebenso das thermoplastische Material, aus dem das Filterelement und die Endkappen hergestellt sind.
Die Erfindung ist anwendbar auf Filterelemente, die aus beliebigem Filtermaterial hergestellt sind. Wenn das Material eine ungenügende Steifigkeit hat, so dass es nicht selbsttragend ist, -so kann das Rohr dadurch selbsttragend gemacht werden, dass ihm ein mittlerer Kern oder Träger, z.B. eine Feder oder Rohr aus starrem Metall- oder Kunststoffmaterial einverleibt wird, z.B. ein gelochter Metallkern oder eine Feder der üblichen Art. In diesem Fall ist es erwünscht, dass eine innere tragende Versteifung über eine Länge vorgesehen ist, die im wesentlichen der des rohrförmigen Filterelementes gleich ist, so dass die innere Versteifung bzw. der Kern und die Kanten des Filterelements im wesentlichen in einer Ebene mit der Endkappe bzw. mit deren Stirnende liegen, wenn sie mit dieser verklebt werden. Die zusammengesetzte Endkappe kann mit solchen erhöhten oder vertieften Teilen in den Oberflächen der verschiedenen Teile versehen sein, dass in dem zusammengesetzten Stück den Anforderungen an die Form an den Enden des Filterversteifungsglieds, ferner den Falten oder Windungen des Filterrohrs entsprochen wird, und dies nach Massgabe der Erfordernisse des Filteraggregats, bei dem das Filterelement Verwendung finden soll..
In dieser Weise ist die Erfindung bei Filterelementen anwendbar, die aus einem beliebigen porösen Folienmaterial mit Poren bestehen, die sich von Oberfläche zu Oberfläche erstrecken. Eine oder mehrere Lagen der gleichen oder unterschiedlichen Porosität können verwendet werden, wobei diese dicht nebeneinander angebracht oder sogar zusammengeklebt sein, oder auch in Abstand voneinander angebracht sein können. Papier, das gewünschtenfalls· mit Kunstharz imprägniert sein kann, ist.ein bevorzugtes Grundmaterial, da es ein wirkungsvolles, vielseitiges und billiges für Flüssigkeit oder Gas durchlässiges Filtermedium darstellt. Jedoch ist die Erfindung auch anwendbar auf Papierarten und sol-
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cliesFoIienrnaferial, das aus allen Arten von Fasern einschliessMch nicht nur Zellulosefasern sondern auch Fasern aus synthetischen Harzen und Fasern aus anderen Zellulosederivafen, einschliessMch beispielsweise Fasern aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid, Zellulose-Azetat, ZeIIulose'Azefaf-Propronat , Viskose-Kunstseide (rayon), Polyacrylnitril, Polymere von Terephtafsäure und Äthylenglycol, Polyamide und Proteinfasern verschiedener Sorten wie Zein und Alginate,Gläser, Asbeste, Kaliumtitanat, Mineroiwolle, Polystyrol, Gummi, Kasein, Hanf, Jute, Leinen, Baumwolle, Seide,. Wolle und Mohair bestehen kann. Ausser - Papieren sind ferner Textilgewebe und gewebte und ungewebte Faserschichten aller Arten wie Filze, Matten o. dgl. aus Fasermaferialien der oben angegebenen Art zweckmässig.
Das Fifferschichtmarerial, aus welchem die Filterelemente bei der Erfindung hergestellt sind, kann, falls erwünscht, mit einem synthetischen Harz oder Zellulosederivaten imprägniert sein, um die Festigkeit und den Widerstand gegen Verschleiss durch das zu filternde Fluid zu erhöhen. Die Imprägnierungsmittel können flussige Form haben und fähig zur Verfestigung durch Polymerisieren, Verketten o. dgl. sein. Sie können ferner feste Form haben und auf die Unterlage aus einer Lösung In einem tnerfen Lösungsmittel oder als Schmelze aufgebracht werden. Repräsentative Imprägnterungsharze umfassen Phenol-Formaldehyd-Harze, Harnstofformaldehyd-Harze, Melaminformaldehyd-Harze, Polyester-Harze und Polyepoxid-Harze.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere auf mikroporöse Filterelemente anwendbar. Mikroporöse Filterelemente haben defimtionsgemäss eine Durchschnittporengrösse von weniger als etwa5 IAm und vorzugsweise eine Durchschnittsporengrösse von weniger als 0,5 ihm. Es gibt keine effektive untere Grenze der Porengrösse der mikroporösen Filter ausser dem übermässigen Druck, der zum Hindurchleiten von Wasser durch den Filter notwendig wird, und einer unzweckmässig geringen Durchflussmenge sowie einem schnellen Verstopfen. Es wurde festgestellt, dass bei praktischen Anwendungen mikroporöse Filter mit einer Durchschnittsporengrösse von bis herab zu 0,02Jj-m und sogar noch weniger gemäss der Erfindung mit einer Endkappe versehen werden können.
Die Tiefe oder Dickeder mikroporösen Faserfilter ist nicht kritisch. Ein starker Filter arbeitet wirksam, sollte jedoch nicht einen zu grossen Druckabfall verursachen .
Ein bevorzugter mikroporöser Filter wird aus einem porösen Grundmaterial wie Papier mit verholtnismässig grossen Poren hergestellt, wobei darin oder an der Oberfläche ein vereinzeltes Material in einem Ausmass abgelagert ist, um den Durchschnittsdurchmesser der Poren auf weniger als Tu,m zu verringern, während das Lückenoder Porenvolumen in dem mikroporösen Bereich oberhalb von 75% gehalten wird, wie in den US-Patenten 3,238,056; 3,246,707;3,353,682;3,407,252;3,573,158
fein
und 3,591,010 beschrieben ist. Das/zer.te±lfce Material, das z.B. von Fasern oder
feinstrukturierten Körnern gebildet sein kann, bildet eine Suspension in einem Fluid
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und wird daraus auf der Oberfläche des porösen Grundmaterials abgetragen. Das
/zerteilte Material kann von einer Art und Grosse oder von zwei oder mehr Arten und Grossen sein, die alle in dem Fluid-System suspendiert sind. Die gewünschte Verringerung des Porendurchmessers des Grundmaterials wird durch Verändern der Grosse und der Menge des abgelagerten vereinzelten Materials erhalten, wobei unterschiedliche Grossen an verschiedenen Punkten gemischt werden können, wenn erwünscht. Ein besonders bevorzugter mikroporöser Filter ist von der im US-Patent 3,246,767 beschriebenen Art, der ein poröses Grundmaterial mit darauf aufgebrachter und anhaftender mikroporöser Schicht umfasst, die ein Fasermaterial enthält, von dem ein Faseranteil aus dem porösen Grundmaterial unter einem Winkel von mehr als 30 herausragt. Die mikroporöse Schicht hat eine Durchschnittsporengrösse von weniger als 1 M,m und ein Porenvolumen von mindestens 75 %. Der Faserabstand und die Faserwinkellage bezüglich dem Grundmaterial über die gesamte mikroporöse Schicht werden durch Querschnittsuntersuchung bei ausreichender Vergrösserung mittels eines gewöhnlichen Mikroskops oder eines Elektronenmikroskops festgestellt. Die Winkellage der Fasern ist entscheidend massgebend für das grosse Porenvolumen und die geringe Porengrösse, die charakteristisch für diese mikroskopischen Filter ist.
Die konzentrischen Teile können Endkappen jeder gewünschten Gestalt bilden, wie sie für die jeweiligen Filterrohre und Filieranordnungen erforderlich sind. Gewöhnlich wird mindestens eine der Endkappen mit einer Öffnung zur Abgabe von gefiltertem Fluid aus dem Filter oder zum Einlass von ungefiltertem Fluid in das Filterinnere versehen. In vielen Fällen können beide Endkappen Öffnungen aufweisen, Insbesondere wenn mehrere Filterelemente zur Bildung eines langen Rohres miteinander verbunden sind.
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Die Teile sind konzentrisch, um ihre ineinander geschachtelte Anordnung zueinander und zu einem rohrförmigen Filterelement zu ermöglichen. Die verschiedenen Teile einer zusammengesetzten Endkappe sollten so gestaltet sein, dass sie eng aneinander!iegend ineinandergeschachtelt" sind, obwohl dies nicht wichtig ist, um das Ineinanderschachteln und Zusammenheften zu einem Stück zu erleichtern. Zwischenräume zwischen benachbarten Teilen können durch Schmelzkleben oder - schweiss en beseitigt oder mit Klebstoff ausgefüllt werden. Wenn die Teile dicht ineinanderpassend ineinandergesteckt sind, kann das aus ihnen zusammengesetzte Stück sogar vor dem Verkleben als Einheit gehandhabt werden.
Die Teile können miteinander verklebt werden, um ein Stück zu bilden, und zwar vor oder nach dem Verkleben mit einem rohrförmigen Filterelement..
Die Teile können aus jedem in die gewünschte Gestalt giessbqren oder formbaren Material bestehen. Es können formbare oder giessbare Metalle wie niedrig- und hochschrnelzencje Legierungen verwendet werden, z.B. Blei Mnd Blejjegierungen, wje Blei— Antimon, Bjei-Antimon-, EHei-Ζΐη.η- und Blei-Kqdmjum-Legierungen, Mqgnesiumle*- gierungen, wie Mqgnesium-M.qngqn- und Mjagnesiuri^ÄlM.minrum-Legierungen und Zi nk-Kupfer-Legierun9.env^ ■ -
Z^eckmässig-sind ferner in der Wärme aushärtende und thermöpIasHsche Hqrze. In der Wärme qujhiJrfßn^ Harz? können In pingfn ^wisehenstadiMm der Pojymerjsierung :-" Yerwendet wnü In ejner\ äwsgehörtetgrj Zusfgnq1 während der Verkleberts äje:p: Teile Bildung; um En<4Ksgps gebracht wurden. Beigpigl
ORJGINALINSPECTED
Hamstoff-Formaldehyd-Harze, Polyester-Harze, Epoxy-Harze und Kumaron-Inden-Harze. Wenn die Teile nach dem Formen ausgehärtet sind, können sie mittels eines Klebstoffes verbunden werden.
Thermoplastische Harze sind besonders geeignet, weil sie verflüssigt und so miteinander gemäss dem Verfahren nach US-Patent 3,457,339 verklebt werden können. Wie bei Kunststoffen bekannt, haben die meisten thermoplastischen Materialien einen grossen Temperaturbereich, in dem sie erweicht werden können. Erst nach dem Erwärmen des thermoplastischen Materials auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes wird das Material flüssig. Demgemäss können die Teile zum Formen der Endkappe aus jedem flüssigen oder zum Beispiel durch Heizen über den maximalen Erweichungspunkt verflüssigbaren thermoplastischen Harz hergestellt werden. Wenn ein ultrafeines Filtermaterial, d.h. ein Filtermaterial mit einer Durchschnittsporengrösse kleiner als 5iAm verwendet wird, wird vorteilhaft ein thermoplastisches Material für die Endkappe genommen, das eine geringe Viskosität, vorzugsweise weniger als 50 Zentipoises, hat, um zu gewährleisten, dass das Harz durch die Poren des Filtermaterials hindurchdringen und somit eine Abdichtung schaffen kann» Das Harz für die Endkappen kann ausschliesslich oder mit üblichen Füllstoffen und/oder Pigmenten und/oder in Lösi ig in einem geeigneten Lösungsmittel verwendet werden. Typische Harze sind mit ihrem Rrweichungsbereich und ihrer Verflüssigungstemperatur in der folgenden Tabelle angegeben. Die Verflüssigungstemperatur der angegebenen Harze verändert sich mit dem Molekulargewicht der Harze,und der Erwerchungsbereieh für jedes Harz gilt für die verbreiteste Form des betreffenden Harzes,
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TABELLE
Name
Erweichungspunkt Verflüssigungspunkt
Polyäthylen
Polypropylen
Polyisobutylen
Polystyrol
Polyamid (Nylon)
Zelluloseazetat
Äthylzellulose
Zelluloseazetatbutyrat
Copolymere von Vinylchlorid und Vinylazetat
Polyvinylchlorid
Polyvinyl iden(Saran)
Vinyl idenchlorid
- Vinyl chlorid(90-100)
- Copolymer(Saran)
Polyvinylbutyral
Po I y tri f i uorch loräthyl en
(KeI-F)
Polymethylmethacrylat
Synthetische Gummis,
wie Hartgummi
etwa 105 C 141 - 160°C
88 - 110°C 232 - 251 °C 46 - 1100C 99 - 132°C 60 - 1210C
60 - 66 C
121 - 177°C
(variiert mit Plastifizierer)
38 - 163°C 110 - 138°C
60 - 70 C
174 - 300°C
abhängig vom Molekulargewicht
60 - 110°C
66 - 88°C über 110 bis 115°C über 160°C über 179°C Über 110°C über 25T°C Uberll0°C über 133°C über 121°C
über 66 C. über 149°C
über 163 C über 138°C
über 70 C
abhängig vom Molekulargewicht
über 110°C
über 88°C
Zusätzlich zu den angegebenen Materialien können andere thermoplastische Materiafen wie Lignin-Sulfonat-Harze, Terpen-Harze und dergleichen verwendet werden. Die Bezeichnung "thermoplastisch" wird also in dieser Beschreibung unter Bezugnahme sowohl
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auf thermoplastische Harze als auch derartige Harze in flüssigem Zustand der Polymerisation verwendet, die weiter zu einem festen Polymer polimerisieren können .
Wie gesagt, ist die Erfindung für Filterelemente aus jeglichem Filtermaterial und für Endkappen aus jeglichem thermoplastischen Material anwendbar. Wenn jedoch das Material für die Endkappe mit dem Filtermaterial übereinstimmt, ist die zwischen der Endkappe und den Rändern des Filters gebildete Dichtung besonders gut.
Da niemals zwei Materialien genau die gleiche chemische Resistenz gegenüber allen zu filternden Medien haben, hat sich als wünschenswert erwiesen, heissgesiegelte Filtermaterialien, innere Kernstützen und Endkappen aus im wesentlichen dem gleichen thermoplastischen Material unter korrodierenden Bedingungen zu verwenden, oder wenn die Verschmutzung des Filtermaterials, des Kerns und/oder der Endkappe durch das zu filternde Medium ein Problem darstellt. Wenn z.B. ein korrodierendes Fluid gefiltert wird, können das innere Stützteil oder der Kern, das Filtermaterial und die Endkappe gänzlich aus thermoplastischen Harzen, wie Polyäthylen oder Polypropylen oder aus einem der oben angegebenen thermoplastischen Materialien bestehen, und das Filtermaterial kann heiss gesiegelt sein. Ein gänzlich aus einem Material bestehendes Filterelement ist widerstandsfähig gegen den Angriff einer grossen Anzahl von Reaktionsmitteln und es ist deshalb vielseitiger verwendbar als ein Filterr element mit einer zweiten Materialkomponente, welche den Anwendungsbereich einschränkt.
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Das rohrförmiger mit Endkappen abgedeckte Element umfasst gemäss dieser Ausführung der Erfindung in Kombination ein Filterschichtmaterial, das in geschlossener Konfiguration geformt ist und mindestens ein offenes Ende aufweist, wobei die Endkappe aus einem thermoplastischen Harz geformt ist und das offene Ende der Filterschicht in die zusammengesetzte Endkappe bis zu einer Tiefe von 10 bis 90% der Endkappenstärke derart eingebettet ist, dass das thermoplastische Endkappenmaterial das Material der Filterschicht von der einen Stirnfläche zur anderen Stirnfläche durchsetzt und dadurch einen zusammenhängenden dichten Verbund aus Filtermaterial und thermoplastischem Harz an der Verbindungsstelle zwischen der Endkappe und der Filterschicht bildet, wodurch eine Abdichtung gewährleistet ist.
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Claims (1)

  1. 235361Q
    ML
    24. Oktober 1973 Pall Corporation
    PW/Si Case 2-188
    Patent- bzw. SchutzansOrüche
    ( 1.\Endkappe mit mindestens einer-Umfangsnut, zur Abdeckung von ^—'rohrförmigen Filterelementen, dadurch gekennzeichnet , "dass sie" von aneinander anliegenden konzentrischen Teilen (2, 3> 4) gebildet ist, von denen zwei bzw. je zwei die Seitenwände und eines dieser beiden zugleich den Grund je einer Umfangsnut (9, 12) bilden, dass die Gesamtanzähl der Teile mindestens gleich der Anzahl der Nuten plus eins ist und dass das äusserste Teil ein Ring (2) ist.
    2. Endkappe nach Anspruch 1, dadurch. g;ek.e.nnze i chn e t , dass sie zwei konzentrische Teile besitzt,
    3· Endkappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicb net, dass sie zwei Umfangsnuten (14, 15) und drei konzentrische Teile (2, 3, 4) besitzt. .- ■ -
    4. Endkappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Teile eng aneinanderanliegend ineinandergeschachtelt sind.
    5. Endkappe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , dass die Teile mittels eines Klebstoffs miteinander verklebt sind. ■ ■ ·----
    6. Endkappe nach einem der Ansprüche 1 - 4, d a d u r c h ' "g: e kennzeichnet , dass die- Teile miteinander durch Schmelzen verschweisst sind.
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    7. Endkappe nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurchgekennzeichnet , dass die Teile unter Zuhilfenahme eines Lösungsmittels miteinander verklebt sind.
    8. Endkappe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch g e kennze lehnet, dass die Teile durch Preßschweissen miteinander verbunden sind.
    9. Endkappe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , dass das innerste Teil ein Ring (3) ist. ,
    10. Endkappe nach· einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet , dass das innerste Teil eine Scheibe (22) aufweist.
    11. Endkappe nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzei chn e t durch ein inneres Stütz- oder Versteifungsteil (50, 51) solcher Steifigkeit, dass es die Masshaltigkeit der aneinanderanliegenden konzentrischen Teile. (2, 3» 4) verbessert.
    12. Endkappe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil ein Metallring (50, 51) ist, ·
    13· Endkappe nach Anspruch 11 oder 12, da d u r c h g e -
    kennzeichnet , dass das Stützteil (50) zwischen
    aneinander ailiegenden k©nzentrischen Teilen (3, 4) angeordnet ist.
    14. -Endkappe nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet , dass das Stützteil (51) am inneren Umfang des am weitesten- innen gelegenen ringförmigen Teiles angeordnet ist.
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    15· Endkappe nach einem der Ansprüche 1 -14, dadurch gekennzeichnet , dass die Höhe jedes Teiles (2, 3» 4), gemessen an der mit den anderen Ringen^der Scheibe zusammengesetzten Endkappe, in dem Aggregat der Wandstärke · der zusammengesetzten Endkappe entspricht, dass Durchmesser und Breite jedes Teiles, gemessen an der mit den anderen Ringen oder der Scheibe der zusammengesetzten Endkappe, in dem Aggregat der Breite und der lichten Weite der umschlossenen Fläche der zusammengesetzten Endkappe entsprechen, dass eine äussere Oberfläche mindestens eines Ringes die eine äussere Oberfläche der zusammengesetzten Endkappe bildet, dass eine andere äussere Oberfläche jedes der Ringe (2, 4, 3) mit einem nach aussen gerichteten Umfangsvorsprung (7, 10,13) versehen ist, der je eine Seitenwand einer Umfangsnut (15 bzw. 14) bildet, und dass die Umfangsvorsprünge (7, 10, 13) zweier aneinander anliegender Teile (2 und 4, 4 und 3) die beiden Seitenwände der Nut (15 bzw. 14) bilden, wobei an jedem Teil ein dem Vorsprung benachbarter Bund (9 bzw. 12) den Grund der zugehörigen Nut bildet und der Bund an dem Vorsprung des nächsten benachbarten Teils anliegt, so dass keine Fugen oder Trennlinien im Grund der Nut vorhanden sind und die Teile der zusammengesetzten Endkappe gemeinsam eine oder mehrere Umfangsnuten (9» 12) mit glatten Seitenwänden und glattem Grund bilden und die andere: Endfläche mindestens eines der Teile die andere Endfläche der zusammengesetzten Endkappe bildet.
    16. Verfahren zum Herstellen einer Endkappe nach einem der Ansprüche 1 -15, dadurch gekennzeichnet , dass- die Teile der Endkappe zu einem Stück miteinander verklebt oder verschweisst werden.
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    17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η -
    ζ ei c h η e t , dass ein offenes Ende, eines rohrförmigen Elementes gleichzeitig mit dem Verkleben oder Verschweissen der Teile der Endkappe zu einem Stück mit dieser verbunden
    wird. -_.-".-· ■,■·"·.„■.
    18. Verfahren nach Anspruch 1-6, ,d a d u r c h ge k,e η η -
    ζ e i c h net.., dass ein offenes Ende; eines rohrförmigen^ Elementes mit der einen Seite der. zusammengesetzten Endkappe zur gleichen Zeit verbunden wird, wenn diese Seite zum Zusammenheften ihrer Teile zu einem'Stück schmelzgeschweisst wird, während die verbleibenden Teile der Endkappe unter dem Eweichungspunkt des Materials gehalten werden, derart, dass ^edes Teil der Endkappe entsprechend" der "gewünschten. Gestalt der Umfahgsnut geformt werden kann, ohne dass die Gefahr einer Verformung der Urafangsnut. · oder der Endkappe beim Ver-*. kleben ihrer Teile miteinander und mit dem rohrförmigen Element entsteht. "'■-.- ... ■
    19. Bndkappe nach einem der Ansprüche 1. ■.- 1f, oder hergestellt nach einem.der Ansprüche 16 - 1i, d a d u r ö h g e k e η η τ, ei Q h η e t ? dasi gie -mit einem rohrförmigen Piltereleme.nt (25) ver»bund§n ist,. . ■ .. ' ·
    £0, Endkappe nach Angprueh 19» 4 a 4 U r © % g e k en. η -. ζ e i ο h η © t , dagg dag Filter@lem§nt (2^) ©ine in geschlossener Konfiguration geformt© ffilttrsehieht rait mindestens einem ofi'en@n Ende gnthSlt und d,aj& die Endkappe (1), ■die aus mindesteiis-zwei■
    Teilen; besteht, mit der FiltergeMöht 10- verb.und'§n ■ sie roindegteng das eine
    21. Endkappe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass die Endkappe aus einem thermoplastischem Harz geformt ist und dass das offene Ende der.Filterschicht. (25) in die zusammengesetzte Endkappe bis zu einer Tiefe von etwa 10 bis 90% der Endkappendicke derart eingebettet ist, dass das thermoplastische Endkappenmaterial das Material der Filterschicht von der einen Umfangsfläche bis zur anderen Umfangsfläche durchdringt und einen zusammenhängenden dichten Verbund aus Filtermaterial und thermoplastischem Harz an der Verbindungsstelle zwischen der' Endkappe und der Filterschicht sowie eine leckdichte Abdichtung zwischen der Endkappe und dem Material der Filterschicht bildet.
    Der Patentanwalt:
    (Dipl.-Ing,P. Wirth)
    409819/0830
    Leerseite
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