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 filterelementInfo
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- DE2353610A1 DE2353610A1 DE19732353610 DE2353610A DE2353610A1 DE 2353610 A1 DE2353610 A1 DE 2353610A1 DE 19732353610 DE19732353610 DE 19732353610 DE 2353610 A DE2353610 A DE 2353610A DE 2353610 A1 DE2353610 A1 DE 2353610A1
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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-
4099197 08-3
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
- 3 4Q9819/0830
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.
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 .
AO98 19/0830
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
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
409819/0830
■-■'-■-■ · - 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.
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;
0^819/0830' -".."
ORIGINAL INSPECTED
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#
409819/0830
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.
• *■ 8 -
9819/0830
2 3 5 3 h 1 Γ ι
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
- 9 -4098 1 9/083 0 0Rlelf«PECTED
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
WIiVa/0 8 30 " 10~
ORIGINAL INSPECTED
- το -
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
- 11 -
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
409819/0830 -12-
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-
409819/0830 " 13 "
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-
409819/0830
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.
-15-
409.819/0830
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
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
- 16 -
40981970830
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.
409819AO830
- 17 -
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,
4Q9819/Q83P - ■ " 19 "
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)
(KeI-F)
Polymethylmethacrylat
Synthetische Gummis,
wie Hartgummi
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
- 20 -
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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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- 22 -
Claims (1)
- 235361QML24. Oktober 1973 Pall CorporationPW/Si Case 2-188Patent- 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.409819/08307. 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) zwischenaneinander 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.40 9 8 1 9/083015· 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.4098 T9/083 017. 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 verbundenwird. -_.-".-· ■,■·"·.„■.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 eine21. 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)409819/0830Leerseite
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