DE2366221C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Faservliesrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Faservliesrohr ist aus den beiden deut­ schen Offenlegungsschriften 20 35 119 und 20 35 371 bekannt. In beiden inhaltlich miteinander korrespondie­ renden Offenlegungsschriften findet sich der grundsätz­ liche Hinweis, daß ein solches Rohr auch aus einem po­ rösen, fasrigen Band spiralig in einer einzigen Lage mit einer Eigenüberlappung gewickelt sein kann, daß fer­ ner das Band aus synthetischen Fasern herstellbar ist und daß die überlappten Abschnitte durch Wärmeeinwir­ kung miteinander verschmolzen werden können. Die dort bevorzugten und im Ausführungsbeispiel näher erläuterten Ausgestaltungen sehen allerdings ein zweilagiges Rohr vor, bei dem die äußere Lage aus synthetischem Material innenseitig noch durch eine heiß-verklebt aufgebrachte Papierinnenlage abgedeckt ist, auf die erst die Membran aufgebracht wird.

Die Notwendigkeit zur Anordnung einer zweiten inneren (Abdeck-) Lage bei dem vorbekannten Rohr ergibt sich aus der Art der Verbindung der äußeren Lage im Überlappungs­ bereich. Grundsätzlich führt ein Zusammenschmelzen der Fasern im Überlappungsbereich zur bereichsweisen Zerstö­ rung des Fasergefüges. Es entsteht eine massive, starre und spröde Naht, die sich bei Druckbeaufschlagung des fertigen Rohrs bei der Membranfilterung abweichend von den benachbarten nachgiebigen Faservliesbereichen ver­ hält und harte, vorstehende Rippen ausbildet. Diese wür­ den eine innenseitig unmittelbar aufliegende Membran in ihrer Form und Lebensdauer beeinträchtigen. Überdies lassen sich Rauhigkeiten der Naht und insbesondere ein Herausstehen freier Faserenden an den einander überlap­ penden Rändern nicht vermeiden, wodurch ein Aufbringen einer gleichmäßigen Membran verhindert oder zumindest erschwert ist. Herkömmlich zur Abhilfe vorgesehene Zwi­ schenlagen sind demgegenüber aufwendig in der Herstel­ lung, erhöhen den Durchtrittswiderstand grundsätzlich und insbesondere mit fortlaufender Zersetzung im Betrieb und erschweren die Wartung entsprechender, eine Mehrzahl solcher Rohre enthaltender Filtereinrichtungen, wenn ein gebrochenes Rohr vollständig und rückstandslos herausge­ nommen und ersetzt werden soll.

Wie zur Innenseite ist zur Außenseite hin die gegenüber dem Faservliesband inhomogene, harte Schutznaht nachtei­ lig, da sie im Betrieb bei Druckbeaufschlagung von innen in die Mantelform des Rohres einschneidet. Die begrenzte eigene Druckfestigkeit des Trägerrohrs verlangt eine außenseitige Fremdabstützung, dort jeweils durch ein Stützrohr aus Metall, dem sich ein solches Faservliesrohr nur entsprechend ungleichmäßig anzupassen vermag, zumal das Einstecken und insbesondere das Herausnehmen ein Spiel zwischen Faservliesrohr und Metallrohr voraussetzt, welches bei Druckbeaufschlagung vom Membranrohr zu über­ winden ist.

Bekannt ist es ferner aus der GB-PS 12 83 773, ein ver­ stärktes Kunststoffrohr aus schraubenförmig aneinander­ gelegten und miteinander durch hochfrequenzverschweißtem Material, das innenseitig eine Draht- oder Kunststoffbe­ wehrung enthält, zu schaffen. In Lueger "Lexikon der Technik", Bd. 8, 1967, S. 402 finden sich verschiedene, insbesondere bei Folien anwendbare, Heißsiegel- und Schweißverfahren für Kunststoff. Aus der FR-PS 10 98 513 sind plane oder zylindrische Filter mit randseitig ange­ gossenen oder angespritzten elastischen Dichtungen zu entnehmen. Aus der US-PS 21 49 745 ist ein Filter aus einem zylindrischen Metallbehälter und einer Filtermaterial­ füllung aus Baumwollabfällen zu entnehmen. Diese Schriften beziehen sich jedoch nicht auf Membranfilter, deren Struktur und deren Belastungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bei Gegenstand der beiden erstgenannten Entgegenhaltungen festzustellenden Nachteile zu vermeiden und ein auf einfache Weise herstellbares, langlebiges, festes und weitgehend homoges Membran­ filterrohr zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Faser­ vliesrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die bei Kunststoffen anderer Form (etwa bei Folien) be­ reits erprobte Ultraschallverschweißung führt hier bei der Herstellung des Faservliesrohrs zu besonders vorteil­ haften Wirkungen. Es tritt nämlich nicht, wie bei den unter Hitze und Druck ausgeführten Schmelzschweißverbin­ dungen, eine Zerstörung des Gefüges ein, vielmehr be­ wirkt die bei Ultraschall-Einwirkung an den Kontaktflä­ chen zwischen aneinander liegenden Fasern auftretende Reibwärme zu einer Vielzahl punktweiser Einzelverschwei­ ßungen und Verkettungen, die das Gefüge weitestgehend er­ halten, gleichwohl infolge der entstehenden Vernetzungen und Verankerungen eine hohe Nahtfestigkeit bewirken. Auch die Porösität des Gefüges im Nahtbereich bleibt im be­ trächtlichen Maße aufrechterhalten.

Speziell jedoch ist es hiermit möglich, die Ultra­ schalleinwirkung auf die kritischen Bereiche, nämlich die Kantenbereiche der an- oder übereinanderliegenden Ränder, zu konzentrieren, die mittels der Ultraschall­ verschweißung flach verschweißbar sind. Somit lassen sich vorstehende Ansatzkanten und Faserenden im Überlap­ pungsbereich und im Schweißnahtbereich ausschließen. Weiterhin ist es mit der Aufrechterhaltung des Gesamt­ gefüges und der Einglättung der äußeren und inneren Rohroberflächen möglich, ein innen- und außenseitig prak­ tisch glattwandiges Rohr zu erzeugen, das die Wandstärke der benachbarten Faservliesbereiche und in bestmöglicher Annäherung auch deren Kraftaufnahme- und Dehnverhalten bei radialer Belastung des Rohres erhält.

Das so gebildete Faservliesrohr gibt einen vorteilhaften Träger für eine in diesem anzubringende Membran ab, die wegen des gleichmäßigen Innendurchmessers des Rohrs und wegen dessen glatter Innenfläche eine gleichmäßige Stär­ ke erhalten kann. Die Membran wird auch nicht etwa bei Belastung des Trägers unterschiedlichen Dehnungen ausge­ setzt, die zu einem Reißen der Membran führen. Insgesamt ist also ein Membranfilterrohr mit einem gleichmäßigen einfachen Aufbau erzielbar, das auch dann, wenn es durch Abnutzung, Verstopfung oder infolge eines Bruchs auszu­ wechseln ist, seinen vorgegebenen Zusammenhalt beibehält und im allgemeinen einfach zu entfernen ist.

Vor allem hat sich bei dem ultraschallverschweißten Fa­ servliesrohr die Eignung herausgestellt, eine Umwicklung mit sich vorwiegend senkrecht zur Längsachse des Faser­ vliesrohres erstreckenden Verstärkungsfäden oder Verstär­ kungsbändern aufzunehmen und damit ein festes, dennoch hochdurchlässiges Rohr zu schaffen. Indem nämlich mit der vorstehend betrachteten Ultraschallschweißung ein Träger erzeugt worden ist, der nicht nur mit einer gleich­ bleibenden Wandstärke, mit einer glatten Innenfläche und mit einem weitgehend homogenen Dehnverhalten die bestmöglichen Voraussetzungen für das Einbringen einer Membran schafft, sondern auch außenseitig glatt ist und bei Druckbeaufschlagung von innen eine gleichmäßig ver­ teilte Druckweitergabe an die Außenseite vorsieht, ist hier im Verbund mit der Umwicklung eine für die Handha­ bung wie auch für das Betriebsverhalten begehrte Verbes­ serung der Druckfestigkeit und Eigensteifigkeit ohne Be­ einträchtigung der Durchlässigkeit des Faservliesrohres gewonnen. Demgegenüber weisen die eingangs betrachteten, vorbekannten Trägerrohre aus schmelzverschweißten Bän­ dern sprödharte Schraubennähte, im allgemeinen mit vor­ stehenden Ansatzkanten und Faserenden, auf, deren zu den angrenzenden nachgiebigen Faservliesbereichen unter­ schiedliches Druckverhalten zu Belastungsspitzen führen würde. Es ergibt sich also gerade bei dem erfindungsge­ mäßen Faservliesrohr die vorteilhafte Wirkung, daß die­ ses eine stetige Auflagefläche für die Verstärkungsfä­ den bildet, die dann eine feste und dauerhafte Abstüt­ zung bilden. Damit entsteht ein Rohr, daß sogar die Einsparung herkömmlich üblicher Metallrohre zur außen­ seitigen Druckabstützung von Membranfilterrohren erlaubt. Damit entfallen nicht nur teure Stützrohre, sondern auch umständliche und schwierige Arbeitsgänge beim Einsetzen und Herausnehmen von Faservliesrohren, die den Groß­ einsatz in Filtrieranlagen herkömmlich mit erheblichen Kosten belastet haben.

Die Verstärkungsfäden aus Glasfasern verlaufen etwa senkrecht zur Längsachse des Faservliesrohres und sind vorzugsweise durch einen unter Einwirkung von Wärme schmelzenden Leim mit dem Faservlies, z. B. einem Polyestervlies, verbunden. Dabei kann die Verleimung sehr bequem durch einen linienförmigen Auftrag in Längs­ richtung auf der Außenseite des Faservliesrohres er­ folgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrie­ ben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise schnittbildliche schematisier­ te Darstellung eines Faservliesrohres, in dem eine Membran für umgekehrte Osmose ange­ bracht wird,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch der Ultraschall­ schweißung unterworfene überlappende Wicklungen, und

Fig. 3 einen abgesetzten Abschnitt eines mit Ver­ stärkungsfäden versehenen Faservliesrohres.

In Fig. 1 ist ein Dorn 1 dargestellt, auf den schrauben­ linienförmig und überlappend ein Band 2 aus Polyesterfa­ servlies aufgewickelt wird. Die nebeneinanderliegenden Kanten von zwei aufeinanderfolgenden, sich überlappenden Wicklungen des Bandes 2 sind mit 3 und 4 bezeichnet. Nach dem Wickeln werden mittels eines Schallkopfs 5 in dem Material derartige Schwingungen erzeugt, daß durch die aus diesen resultierende Wärme die Umgebung der Kan­ ten 3 und 4 erwärmt und die dort vorhandenen Fasern unter Herstellung einer Schweißverbindung 6 miteinander ver­ schweißt werden.

Bei der Schweißung ist zunächst wichtig, daß der unter dem überlappenden Teil 4 a des die Kante 4 aufweisenden Faservlieses liegende Kantenbereich 3 mit dem überlap­ penden Teil 4 a verschweißt wird, um eine glatte Innenflä­ che zu erzeugen, jedoch ist es angezeigt, auch den Kan­ tenbereich 4 unter Verschweißung der Fasermassen zwi­ schen dem Kantenbereich 3 und dem Kantenbereich 4 an den darunterliegenden Faservliesteil anzuschweißen bzw. an­ zuheften. Hierbei erhält man ein einen sehr gleichmäßigen Innendurchmesser aufweisendes Rohr mit besonders fester Schweißverbindung, bei dem auch der Außendurchmesser nahezu konstant ist.

Die hergestellte Schweißverbindung hat z. B. eine Breite von 0,5 bis 1 mm, während die Überlappung meist zwischen 0,2 und 0,3 mm liegt. Der Schallkopf ist über eine Brei­ te von 3 bis 4 mm wirksam.

Das Ausgangsfaservlies ist z. B. in Querrichtung elastisch und hat eine Dicke von 0,15 mm.

Zur Herstellung der Schweißverbindung 6 wird ein Schall­ kopf 5 verwendet, der mittels seiner Teile 5 a und 5 b beidseits der aufeinanderliegenden Wicklungsteile 3 a, 4 a des Bandes 2 aufgepreßt wird, während die Schweißung mit­ tels Ultraschallschwingungen erfolgt. Durch die schrau­ benlinienförmig verlaufende, durch Ultraschallschweißung hergestellte Schweißverbindung 6 wird dem Rohr eine außerordentliche Festigkeit erteilt, welche im allgemei­ nen gewährleistet, daß das Faservliesrohr seinen Zusam­ menhalt auch im Dauerbetrieb behält und im Falle des Verschleißes oder eines Bruchs als geschlossene Einheit einfach zu entfernen ist. Eine derartige, aus einem Fa­ servliesrohr 7 und darin angebrachter Membran für umge­ kehrte Osmose bestehende Einheit, bei der die Membran meist eine Zelluloseacetatmembran ist, setzt dem Durch­ fluß von Wasser einen beträchtlich geringeren Widerstand entgegen, als dies bei Faservliesrohren der Fall ist, die auf ihrer inneren Seite zwischen der Membran 8 und dem Rohr 7 noch ein aus Zellulosefasern gewickeltes Rohr tragen.

Zur Anbringung einer Membran in dem Faservliesrohr kön­ nen an sich bekannte Anordnungen (etwa nach der DE-OS 20 35 371) verwandt werden. So kann ein Kalibrier­ kopf 9 mit geringem Spiel konzentrisch innerhalb des gebil­ deten Faservliesrohres 7 aufgestellt werden. Auf in Vor­ schubrichtung (Pfeil 14) des Rohrs rückwärtigen Seite des Kalibrierkopfes 9 befindet sich eine Ausflußöffnung 11, durch welche eine die Membran bildende Flüssigkeit in das Faservliesrohr eingeführt werden kann. Wenn das Faservliesrohr 7 am Kalibrierkopf vorübergeführt wird, bildet sich auf dessen Außenseite die Membran 8.

Zur Versteifung des Faservliesrohres ist es auf seiner äußeren Seite mit Verstärkungsfäden umwickelt. Es ist an­ gezeigt, die Verstärkungsfäden 12 möglichst dünn zu wäh­ len, um zu vermeiden, daß in der später auf der inneren Seite des Faservliesrohres 7 angebrachten Membran 8 mit diesen Verstärkungsfäden zusammenhängende Verformungen erscheinen.

Als Verstärkungsfäden werden Glasfäden 12 verwendet, die durch einen unter Einwirkung von Wärme schmelzenden Leim mit dem Faservliesrohr verbunden werden. Die Ver­ stärkungsfäden verlaufen im allgemeinen lotrecht zur Längsachse des Faservliesrohres.

Der zum Verbinden von den nicht mit Fasern des Faservlieses verschweißbaren Glasfäden verwendete Leim kann in sich in Längsrichtung erstreckende Linien auf der äußeren Seite des Faservliesrohres angebracht werden.

Claims (5)

1. Faservliesrohr als Träger von für die Membran­ filterung geeigneten Membranen, das aus einem schrauben­ linienförmig gewickelten, schweißbare Kunststoffasern enthaltenden oder aus solchen bestehenden Faservliesband besteht, dessen aufeinanderfolgende Bandwicklung an ihren einander zugewandten Randkanten miteinander verschweißt sind, und das auf seiner inneren Seite eine Membran aus einem für Flüssigkeit unter Druck durchlässigen Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kantenbereiche (3, 4) auf­ einanderfolgende Wicklungen (2) durch eine ein Faservlies­ rohr durchgehend gleichbleibender Wanddicke bildende Ultra­ schallschweißung verbunden sind und daß das Faservliesrohr mit einem oder mehreren, sich in angenähert senkrecht zur Längsachse des Faservliesrohres (7) ausgerichteten Windungen erstreckenden Verstärkungsfäden (12) in Form von Glasfasern umwickelt ist.

2. Faservliesrohr nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkungsfäden (12) zumindest stellenweise mit dem Faservliesrohr verklebt sind.

3. Faservliesrohr nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkungsfäden (12) mit Hilfe eines linienförmig in Längsrichtung des Faservliesrohres auf­ gebrachten Klebers festgelegt sind.

4. Faservliesrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies aus Polyester­ fasern besteht.

5. Faservliesrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservliesband in Rich­ tung seiner Breitenerstreckung federnd bzw. elastisch ist und eine Dicke von zumindest 0,15 mm aufweist.