DE2415616A1

DE2415616A1 - Verfahren zur herstellung einer fluessigkeitsdurchlaessigen platte oder eines rohres mit fluessigkeitsdurchlaessiger rohrwand fuer filteranlagen und danach hergestellte filterkerze

Info

Publication number: DE2415616A1
Application number: DE2415616A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Strub
Original assignee: FILTROX MASCHINENBAU AG
Current assignee: FILTROX MASCHINENBAU AG
Priority date: 1973-04-03
Filing date: 1974-03-30
Publication date: 1974-10-24
Also published as: FR2224257A1; ATA270474A; US4288330A; CH565020A5; GB1436054A; AT334918B; FR2224257B1

Description

89 Augsburg 22, 29-3-197^ PATENTA N WALTE .

DR. ING. E. LI E BAU ~A~ P 9424/P DIPL. JNG. G. LI EBAU 2A15616

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MLKESTRASSE 10 - TfLEFON 93077

Sittertobel Filtrox-Maschinenbau AG, St. Gallen, Schweiz,

Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdurchlässigen Platte oder eines Rohres mit flüssigkeitsdurchlässiger Rohrwand für Filteranlagen und danach hergestellte Filterkerze

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdurchlässigen Platte oder eines Rohres mit flüssigkeitsdurchlässiger Rohrwand für Filteranlagen, insbesondere für Anschwemmfilter, sowie auf eine nach diesem Verfahren hergestellte Filterkerze und auf die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von gelochten Filterplatten bzw. -rohren für Anschwemm-Schichtenfilter bzw. Anschwemm-Kerzenfilter.

Eines der bisher noch nicht befriedigend gelösten Probleme in der Filtertechnik ist die Herstellung von in Jeder Beziehung idealen flüssigkeitsdurchlässigen Tragflächen für die sogenannten Anschwemmfilter, bei denen auf die Tragfläche eine Schicht von Filterhilfsstoffen, meist Kieselgurteilchen, angeschwemmt wird, die bei der nachfolgenden Filtrierung die eigentliche filtrierende Schicht bilden und den in der zu filtrierenden Flüssigkeit enthaltenen Trüb zurückhalten. Die'Anschwemmfilter sind insofern besonders vorteilhaft, als die eigentliche filtrierende Schicht, in und auf der sich der Trüb absetzt, also die genannte Anschwemmschicht, jeweils dann, wenn der Trüb diese Schicht nach einer gewissen Betriebsdauer weitgehend zugesetzt hat, ohne Schwierigkeiten durch Entfernung, z.B. mittels Rückspülung, und Anschwemmung einer neuen Anschwemmschicht "ausgewechselt* werden kann.

An die als Unterlage für diese Anschwemmschichten dienenden flüssigkeitsdurchlässigen Tragflächen werden folgende Anforderungen gestellt :

Zunächst einmal sollten die Tragflächen und die deren Flüssigkeitsdurchlässigkeit bewirkenden Flusspfade so gestaltet sein, dass nach der Bildung der Ansshweaeschicht praktisch keine Filterhilfsstoffteilchen mehr die Fluespfade passieren bzw. in die Oeffnungen der Flusspfade gelangen können und die gegebenenfalls während der Bildung

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der Anschwemmschicht die Flusspfade passierenden Filterhilf sstoffteilchen sich nicht innerhalb der Flusspfade festsetzen oder verhaken können.

Die Forderung, dass die Filterhilfsstoffteilchen die Flusspfade nicht passieren können, scheint auf den ersten Blick leicht dadurch erfüllbar zu sein, dass man die Oeffnungsweite der Flusspfade kleiner als die Teilchengrösse der Filterhilfsstoffteilchen macht. Bei der in der Praxis regelmässig als Filterhilfsstoff verwendeten Kieselgur ist dies aber nicht möglich, weil die Teilchengrösse der Kieselgurteilchen auf den Bereich von etwa 2 bis 60 Mikron verteilt ist und man dementsprechend Löcher «it Oeffnungsweiten in der Grösseiiordnung von einem Mikron machen müsste, damit kein Kieselgurteilchen die Löcher passieren kann. Praktisch ist so etwas aber völlig ausgeschlossen, weil solche Löcher bei der notwendigen in der Grössenordnung von einem Millimeter liegenden Wandstärke wegen des damit im Bereich von 1000 : 1 liegenden Verhältnisses von Länge zu Durchmesser überhaupt nicht herstellbar sind und weil man ausserdem dann beispielsweise eine normale Filterkerze mit etwa einer Milliarde Löchern versehen müsste.

Nun hat die Praxis aber gezeigt, dass zur Erfüllung der Forderung, dass nach der Bildung der Anschwemmschicht praktisch keine Filterhilfsstoffteilchen mehr die Fluss-

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pfade passieren bzw. in die Oeffnungen der Flusspfade gelangen können, Löcher mit einer kleineren Oeffnungsweite als der Teilchengrösse der Filterhilfsstoffe gar nicht erforderlich sind, weil die als Filterhilfsstoff verwendeten Kieselgurteilchen bei der Anschwemmung über den Oeffnungen der Flusspfade sogenannte Kieselgurbrücken bilden, die dann die Oeffnungen abdecken und dadurch verhindern, dass die.bei der weiteren Anschwemmung nachfolgenden Kieselgurteilchen in diese Oeffnungen der Flusspfade gelangen können.

Diese Brückenbildung über den Oeffnungen der Flusspfade hat man bisher der Eigenschaft der Kieselgurteilchen zugeschrieben, sich aufgrund ihrer gerüstartigen, stark strukturierten Gestalt ineinander zu verhaken und auf diese Weise Agglomerate von wesentlich grösseren Ausmassen als den Teilchengrössen der Kieselgurteilchen zu bilden, die dann bei der Anschwemmung unter der Voraussetzung, dass die Oeffnungsweite der Flusspfade geringer als die Grosse dieser Agglomerate ist, an den Oeffnungen der Flusspfade hängenbleiben und diese abdecken. Tatsächlich kann man auch solche Agglomerate von Kieselgurteilchen in einer zur Bildung einer Anschwemmschicht vorbereiteten, mit Kieselgur versetzten Flüssigkeit beobachten, und das schien die Richtigkeit der erläuterten, bezüglich der Brückenbildung getroffenen Annahme zu bestätigen.

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Unter der Voraussetzung einer solchen auf der Agglomeratbildung der Kieselgurteilchen beruhenden Brückenbildung über den Oeffnungen der Flusspfade genügt es für das gewünschte Hängenbleiben der Agglomerate an den Oeffnungen der Flusspfade, wenn die Flusspfade in nur einer ihrer beiden Querschnittsdimensionen schmäler als die Abmasse der Agglomerate sind, und diese Bedingung wird schon durch spalt- oder schlitzförmige Flusspfade erfüllt. Wenn die Spalte oder Schlitze dabei um einiges schmäler als die mittleren Abmasse der Agglomerate sind, dann ist die Abstützfläche, mit der sich ein solches Agglomerat zu beiden Seiten des Spaltes bzw. Schlitzes abstützt, nicht wesentlich geringer als die Abstützfläche, die sich für das gleiche Agglomerat ergeben würde, wenn anstatt des Spaltes bzw. Schlitzes ein kreisrundes Loch mit einem der Oeffnungsweite des Spaltes bzw. Schlitzes entsprechenden Lochdurchmesser vorgesehen wäre. Die Abstützung der Agglomerate an einem Spalt oder Schlitz ist daher nahezu ebensogut wie an einem kreisrunden Loch mit einem der Oeffnungsweite des Spaltes bzw. Schlitzes entsprechenden Lochdurchmesser, aber der unter dem Agglomerat befindliche Teil des Oeffnungsquerschnitts des Spaltes bzw. Schlitzes ist natürlich wesentlich grosser als der Oeffnungsquerschnitt des kreisrunden Loches, so dass sich in dieser Hinsicht ein eindeutiger Vorteil der in Spalt- oder Schlitzform ausgebildeten Flusspfade gegenüber den in Form von-kreisrunden Löchern ausgebildeten Flusspfadm ergibt.

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Die Annahme einer auf der Agglomeratbildung der Kiesel— gurteilchen beruhenden Brückenbildung führte daher zu dem Schluss, dass eine Spalt- oder Schlitzform für die Flusspfade günstiger als eine kreisrunde Form sei.

Da ausserdem spalt- oder schlitzförmige Flusspfade mit genügend geringer Spalt- bzw. Schlitzbreite, im Gegensatz zu kreisrunden Löchern von entsprechend geringem Lochdurchmesser, auch ohne grössere Schwierigkeiten herstellungstechnisch realisierbar sind, hat man bisher flüssigkeitsdurchlässige Tragflächen für Anschwemmfilter ausschliesslich mit spalt- oder schlitzförmigen Löchern versehen.

Hingegen sind bisher noch keine solchen Tragflächen mit kreisrunden Löchern von entsprechend geringen Lochdurchmessern (unter 300 μ) bekannt geworden. Es waren lediglich Stützplatten und Stützrohre mit relativ grossen kreisrunden Löchern (mit in der Regel über 1 mm Durchmesser) für Anschwemmfilter bekannt, die aber nicht selbst die unmittelbar mit der Anschwemmschicht in Berührung stehenden flüssigkeitsdurchlässigen Tragflächen bildeten sondern lediglich als Stützorgane für Tragflächen dienten, die selbst keine genügende mechanische Stabilität aufwiesen, insbesondere als Stützplatten oder Stützrohre für sogenannte Tressengewebe (aus Metalldraht hergestellte siebartige Gewebe) und als Stützrohr für eine die

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Tragfläche bildende Drahtwicklung aus einem schraubenlinienförmig und mit einem bestimmten Abstand (von z.B. 100 μ) zwischen den einzelnen Drahtwindungen um das Rohr gelegten Draht.

Eingehende Untersuchungen der Anmelderin haben nun aber ergeben, dass die Brückenbildung über den Oeffnungen der Flusspfade auf einer gewölbeartigen Schichtung der Kieselgurteilchen über diesen Oeffnungen beruht, wobei sich über einem Spalt oder Schlitz ein längs des Spaltes bzw. Schlitzes verlaufendes tunnelförmiges Gewölbe und über einem kreisrunden Loch ein domartiges Gewölbe von Kieselgurteilchen aufschichtet und der über der Oeffnung liegende Innenraum des Gewölbes nach .der Anschwemmung freivon Kieselgurteilchen ist. Ferner hat sich ergeben, dass die Stabilität der über Spalten bzw. Schlitzen aufgeschichteten tunnelartigen Gewölbe aus Kieselgurteilchen gegenüber Druckschwankungen, wie sie beispielsweise bei Veränderungen der Ventilstellung eines auf der Einlassseite des Anschwemmfilters angeordneten Ventils auftreten, wesentlich geringer als die Stabilität der über kreisrunden Löchern aufgeschichteten domartigen Gewölbe aus Kieselgurteilchen gegenüber den gleichen Druckschwankungen ist. Dies ist im Hinblick auf die sich aus der Baustatik ergebenden Stabilitätseigenschaften von tunnel- und domartigen Gewölben auch durchaus verständlich. Aus den gleichen Gründen ist auch die maximal zulässige Druck-

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differenz zwischen Einlass- und Auslassseite des Filters bei spalt- oder schlitzförmigen Flusspfaden unter sonst vollständig gleichen Bedingungen kleiner als bei von kreisrunden Löchern gebildeten Flusspfaden.

Ein weiteres Ergebnis der genannten Untersuchungen war, dass für die Erzielung einer stabilen gleichmässigen Anschwemmschicht nicht nur die Querschnittsform der Flusspfade sondern auch die Form der die Flusspfade begrenzenden Randzonen in der näheren Umgebung der Flusspfade eine wichtige Rolle spielt. Wesentlich dabei ist, dass die die Flusspfade umgebenden Randzonen gute Abstützmöglichkeiten für die über den Flusspfadöffnungen aufgeschichteten Gewölbe aus Kieselgurteilchen bieten sollten, und das ist der Fall, wenn die Ausbildung des Gewölbes in allen seinen Cuerschnittsebenen gleich und symmetrisch zu einer Mittellinie ist und die Abstützflächen in allen diesen Querschnittsebenen senkrecht zu der Mittellinie verlaufen und zu beiden Seiten des Flusspfades mindestens eine etwa der Oeffnungsweite des Flusspfades entsprechende Breite haben. Die vorstehende Bedingung wird von.Platten und Rohren, die mit kreisrunden Löchern oder auch mit Spalten oder Schlitzen versehen sind, erfüllt, nicht aber beispielsweise von Tressengeweben, bei denen die Flusspfadöffnungen ja von Metalldrähten begrenzt sind, die sowohl wegen ihrer gekrümmten Oberfläche und ihrer zusätzlichen Krümmung in Längsrichtung als auch wegen der relativ geringen

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Breite der von ihnen gebildeten Abstützfläche keineswegs gute sondern nur sehr mangelhafte Abstützungsmöglichkeiten bieten und daher genügend stabile gewölbeartige Aufschichtungen von Kieselgurteilchen über den Flusspfadöffnungen kaum ermöglichen (das ist auch der Grund, weswegen bei Tressengeweben selbst bei sehr geringer Maschenweite stabile Anschwemmschichten nur schwer zu erzielen sind).

Zusammengefasst hat sich als Resultat der Untersuchungen ergeben, dass von allen für die Ausbildung der in Rede stehenden Tragflächen vorhandenen Möglichkeiten (platten- oder rohrförmige Tragflächen mit spalt- oder schlitzförmigen Löchern als Flusspfaden, von ubereinandergeschichteten Metallringen gebildete zylindrische Tragflächen mit spaltr förmigen Flusspfaden zwischen den einzelnen Metallringen, von auf zylindrischen Stützorganen abgestützten Drahtwicklungen mit Spalten zwischen den einzelnen Drahtwindungen gebildete Tragflächen, platten- oder rohrförmige Tragflächen mit kreisrunden Löchern als Flusspfaden, von auf platten- oder rohrförmigen Stützorganen abgestützten Tressengeweben gebildete Tragflächen und schliesslich aus porösem und aufgrund dieser Porosität flüssigkeitsdurchlässigem Material bestehende platten- oder rohrförmige Tragflächen) platten- oder rohrförmige Tragflächen mit kreisrunden Löchern von unter 300 μ Lochdurchmesser als Flusspfaden insgesamt die günstigsten Bedingungen bieten und die grössten Vorteile aufweisen. Dieses Ergebnis steht

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im Gegensatz zu der bisher von der Fachwelt vertretenen Auffassung, dass Tragflächen mit spalt- oder schlitzförmigen Flusspfaden am günstigsten wären.

Die Grinde für dieses Ergebnis sind hinsichtlich der Vorteile von Tragflächen mit kreisrunden Löchern als Flusspfaden gegenüber Tragflächen mit spalt- oder schlitzförmigen Flusspfaden oben schon erläutert worden. Es sei aber noch kurz erwähnt, weswegen auch die restlichen beiden Möglichkeiten, nämlich Tressengewebe und poröses Material, gegenüber Tragflächen mit kreisrunden Löchern als Flusspfade nachteilig sind. Beide Möglichkeiten bieten ja ebenfalls Flusspfade mit Querschnitten, deren zwei Querschnittsdimensionen annähernd gleich sind, und die demgemäss ähnlich gute Ergebnisse wie kreisrunde Löcher als Flusspfade liefern müssten, zumal die Maschenweite bei Tressengeweben ohne Schwierigkeiten kleiner als der^ Durchmesser von Flusspfade bildenden Löchern gemacht werden kann und der Porendurchmesser von porösem Material in der Regel noch kleiner als die geringstmögliche Masjhenweite ist. Tressengewebe ist aber, wie oben schon angedeutet, für eine Ausbildung von stabilen und gleichmassigen Anschwemmschichten nicht gut geeignet und hat ausserdem keine Eigenstabilität, so dass Stützorgane für die Abstützung des Tressengewebes erforderlich sind. Die Bereiche, wo sich das Tressengewebe auf den Stützorga> nen abstützt, bilden dabei Zonen, in denen sich Schmutz

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ansammeln kann, der beim "Auswechseln" der Anschwemmschicht nicht entfernt werden kann. Diese drei Punkte, also schlechte und ungleichmässige Ausbildung der Anschwemmschicht, Notwendigkeit von Stützorganen und Gefahr der Schmutzansammlung, sind die wesentlichsten Nachteile von Tressengeweben gegenüber platten- oder rohrförmigen Tragflächen mit kreisrunden Löchern als Flusspfaden. Der Hauptnachteil von porösem Material ist, dass eine als Unterlage für Anschwemmschichten dienende Tragfläche aus porösem Material in relativ kurzer Zeit verstopft ist, weil die durch poröses Material verlaufenden Flusspfade nicht geradlinig sondern gewunden sind und keine glatten sondern rauhe Wände haben und sich daher feine Trüb- und Kieselgurteilchen in den Poren festsetzen und diese dann verstopfen können. Da die flüssigkeitsdurchlässige Tragfläche beim "Auswechseln" der Anschwemmschicht ja nicht mit ausgewechselt wird und deswegen auch nach vielmaligem Auswechseln der Anschwemmschicht noch nicht verstopft sein darf, schliesst die relativ grosse Verstopfungsgefahr von porösem Material dessen Verwendung als flüssigkeitsdurchlässige Tragfläche in Anschwemmfiltern aus.

Aufgrund der Erkenntnis, dass platten- oder rohrförmige Tragflächen mit kreisrunden Löchern als Flusspfaden die günstigsten Bedingungen für die Ausbildung von stabilen und gleichmässigen Anschwemmschichten bieten, wurde eine eingehende Untersuchung der Herstellungsmöglichkeiten von platten- und rohrförmigen Tragflächen mit kreisrunden

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Löchern im Durchmesserbereich von 5Ομ bis 25Ou durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass eine Herstellung solcher Tragflächen jedenfalls bei den für Anschwemmfilter geeigneten Materialien, z.B. rostfreiem Stahl, und den für solche Tragflächen erforderlichen Wandstärken von in der Regel über 0,5 mm mit zunächst unüberwindbar scheinenden Schwierigkeiten sowohl in technischer Hinsicht wie hinsichtlich eines tragbaren Herstellungsaufwandes verbunden war. Die gebräuchliche Methode zur Herstellung von Feinlochblechen mit Hilfe von Nadelwalzen, die bei relativ dünnen Blechen von z.B. 0,1 mm Blechstärke und relativ weichen Materialien recht gute Ergebnisse liefert, konnte bei den für Tragflächen in Anschwemmfiltern erforderlichen relativ widerstandsfähigen und harten Materialien und den für die Stabilität dieser Tragflächen notwendigen Wandstärken überhaupt nicht in Betracht gezogen werden. Auch ein Stanzen der Löcher oder eine Bildung der Löcher auf chemischem Wege, z.B. durch Aetzen, kam wegen der geringen Durchmesser und der erforderlichen Gleichmässigkeit und Glattwandigkeit der Löcher nicht in Frage. Auch alle anderen bisher bekannten Herstellungsmethoden von Feinlochblechen erwiesen sich für den vorliegenden Zweck als ungeeignet, teils weil mit diesen Methoden keine Löcher von genügend geringem Durchmesser mit der notwendigen Gleichmässigkeit herstellbar waren, teils aber auch, weil der Kostenaufwand wegen der erforderlichen grossen Lochdichte viel zu hoch lag. Versuche, die Löcher mit nadelartigen, vorn spitz zulaufenden

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Werkzeugen in Metallplatten zu stechen, haben auch nicht zum Erfolg geführt, weil die Nadeln meist schon nach einigen hundert Stechvorgängen abgebrochen sind, und zum Beispiel eine normale Filterkerze mit ca. 50.000 Löchern versehen werden müsste. Die bekannten mechanischen Verfahren zur Herstellung einzelner feiner Löcher, z.B. das Verfahren, bei dem ein Draht von entsprechendem Durchmesser mit Drehzahlen von ca. 100.000 U/min rotieren gelassen wird und mit Schwingungen in axialer Richtung von 50 - 500 Hz durch das mit dem Loch zu versehende Werkstück sozusagen hindurchgesfcossen wird, sind sowohl aus Kosten- wie auch aus Zeitgründen viel zu aufwendig, um überhaupt für die Herstellung der vorliegenden Tragflächen in Betracht gezogen werden zu können. Hingegen erschien die aus neuerer Zeit stammende Technik, die feinen Löcher mit Hilfe von Strahlenbündeln zu "bohren", für den vorliegenden Zweck geeignet. Es stellte sich jedoch heraus, dass diese Annahme weder auf das bekannte Bohrverfahren mit Hilfe von gebündelten Elektronenstrahlen noch auf das herkömmliche Bohrverfahren mit Hilfe von gebündelten Laserstrahlen zutraf. Das Bohrverfahren mittels Elektronenstrahlen ist, da es unter Vakuum durchgeführt werden muss, für so grosse Werkstücke wie für Anschwemmfilter vorgesehene platten- oder rohrförmige Tragflächen nur sehr wenig geeignet und ist ausserdem bei der erforderlichen grossen Anzahl von Löchern ebenfalls zu aufwendig. Bei dem herkömmlichen Bohrverfahren mittels Laserstrahlen fällt zwar die verteuernde Bedingung der Durchführung unter Vakuum weg, aber trotzdem ist auch dieses

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Verfahren aus Kostengründen noch viel zu aufwendig, und zwar hauptsächlich deswegen, weil sich bei der zum Bohren der feinen Löcher erforderlichen, ausserordentlich geringen Divergenz des Laserstrahlenbündels bei den üblichen Laserresonatoren nur ein ausserordentlich geringer Wirkungsgrad ergibt. Dieser Mangel der herkömmlichen Laserresonatoren konnte aufgrund neuerer Forschungsergebnisse jedoch durch einen Laserresonator mit einer in der Grössenordnung von Metern liegenden Resonatorlänge (Abstand der beiden den Strahl im Resonator hin und her reflektierenden Spiegel) behoben werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung war nun, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu finden, mit dem sich flüssigkeitsdurchlässige Platten oder Rohre mit flüssigkeitsdurchlässiger Rohrwand für Filteranlagen, insbesondere für Anschwemmfilter, herstellen lassen, die in jeder Beziehung ideale flüssigkeitsdurchlässige Tragflächen darstellen und die Mängel und Unvollkommenheiten der bekannten und gebräuchlichen flüssigkeitsdurchlässigen Tragflächen, die sich aus den oben erörterten Untersuchungen ergeben haben, nicht mehr aufweisen.

Erfindungsgemäss wird das mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Platte bzw. das Rohr mit einer Vielzahl von Löchern mit kreisrundem Lochquerschnitt und einem unter 0,3 mm liegenden Durchmesser an der engsten Stelle ver-

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sehen wird und dass zum Bohren der Löcher eine Laserstrahl-Bohreinrichtung mit einem Laserresonator verwendet wird, der eine Resonatorlänge über 0,5 m hat.

Eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Verfahrene zeichnet sich dadurch aus, dass eine Laserstrahl-Bohreinrichtung mit einem Laserresonator mit zwei praktisch ebenen Spiegeln und einem nahe dem einen Spiegel angeordneten, mittels einer Blitzlampe erregbaren Laserstab von einer unter 1096 des Spiegelabstandes liegenden Stablänge sowie mit einem Linsensystem zur Fokussierung der von dem Laserresonator ausgehenden Laserstrahlen auf die für das jeweils zu bohrende Loch vorgesehene Stelle der Platte bzw. des Rohres verwendet wird und dass die Platte bzw. das Rohr jeweils in dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bohrungen automatisch relativ zu der Laserstrahl-Bohreinrichtung derart verschoben wird, dass sich der Brennpunkt des Linsensystems nach dem Zeitintervall an der Stelle des auf das vor dem Zeitintervall gebohrte Loch nächstfolgenden zu bohrenden Loches befindet, und dass gleichzeitig während des Zeitintervalls eine neue Entladung der Blitzlampe vorbereitet wird.

Die automatische Verschiebung der Platte bzw. des Rohres kann dabei vorteilhaft ohne Unterbrechung während der einzelnen Bohrvorgänge kontinuierlich durchgeführt werden,

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wobei die Entladungen der Blitzlampe in Zeitabständen vorgenommen werden, die grosser als das 100-fache, vorzugsweise grosser als das 1000-fache, der Dauer eines Blitzes sind. Die Geschwindigkeit der automatischen Verschiebung der Platte bzw. des Rohres wird dabei vorzugsweise derart bemessen, dass das zur Verschiebung von einem zum nächstfolgenden Loch erforderliche Zeitintervall wenigstens annähernd gleich der zur Vorbereitung einer neuen Entladung der Blitzlampe erforderlichen Zeitdauer ist.

Als Laserstrahl-Bohreinrichtung wird bei dem vorliegenden Verfahren zweckmässig eine solche verwendet, die eine unter 10~^ liegende Divergenz des Laserstrahlenbündels hat.

Die Erfindung betrifft weiter eine nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Filterkerze für Anschwemm-Kerzenfilter, die gekennzeichnet ist durch ein nahtloses Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Wandstärke zwischen 0,5 und 2 mm, das zwischen zwei an den Rohrenden befindlichen ungelochten Randbereichen mit Löchern in einer Dichte von 20 bis 400 Löchern pro Quadratzentimeter Wandfläche versehen ist und bei dem die Löcher zylindrisch oder konisch mit einem Oeffnungswinkel unter 20° oder zylindrisch mit konischen Aufweitungen an beiden Lochenden

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ausgebildet sind und an ihrer engsten Stelle einen Durchmesser zwischen 0,05 und 0,25 mm aufweisen und untereinander in ihren Abmessen auf 5% genau übereinstimmen, sowie durch im Randbereich an dem einen Rohrende mit dem Rohr verbundene Befestigungsmittel zum Einbau der Filterkerze in ein Kerzenfilter und durch im Randbereich an dem anderen Rohrende mit dem Rohr verbundene Abschlussmittel zum Verschliessen der Filterkerze an diesem Ende.

Die Erfindung betrifft ferner noch eine besondere Anwendung des vorliegenden Verfahrens zur Herstellung von gelochten Filterplatten bzw. -rohren für Anschwemm-Schichtenfilter bzw. Anschwemm-Kerzenfilter, für die kennzeichnend ist, dass zwischen den Rändern der Filterplatte bzw. des Filterrohres und dem mit Löchern versehenen Bereich der Filterplatte bzw. des Filterrohres Jeweils ein Randbereich belassen wird, der nicht mit Löchern versehen wird.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Filterkerze für Anschwemm-Kerzenfilter nach dem vorliegenden Verfahren.

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Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung besteht im Prinzip aus einer Laserstrahl-Bohreinrichtung, einer Transporteinrichtung zur Drehung und Axialverschiebung des mit Löchern zu versehenden Filterkerzenrohres und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Bohrvorrichtung.

Die schematisch dargestellte Laserstrahl-Bohreinrichtung setzt sich aus einem Laserresonator, der von dem Laserstab 1, den beiden Spiegeln 2 und 3, der stabförmigen Blitzlampe 4 und dem Hohlspiegel 5 gebildet wird, dem Linsensystem, das von der Sammellinse 6, der Zerstreuungslinse 7 und dem mindestens zwei Sammellinsen umfassenden Teleskopsystem 8 gebildet wird, und schliesslich dem Speisegerät 9 für die Blitzlampe 4 zusammen.

Die Transportvorrichtung zur Drehung und Axialverschiebung des mit Löchern zu versehenden Filterkerzenrohres umfasst den Lagerbock 11 , die zur Einspannung des Filterkerzenrohres 10 vorgesehenen Spannvorrichtungen 12 und 13» die die Spannvorrichtung 12 tragende, in einer entsprechenden Gewindehülse im Lagerbock 11 gelagerte Vorschubspindel 14, die die Spannvorrichtung 13 tragende, in Gleitlagern im Lagerbock 11 verschiebbar gelagerte, mit der Keilnut 15 versehene Welle 16, das in Achsrichtmg verschiebbar auf der Welle 16 gelagerte und mit dieser durch einen in die Keilnut 15 eingreifenden Keil

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drehfest gekoppelte Zahnrad 17, das in das Zahnrad 17 eingreifende Ritzel 18 und den am Lagerbock 11 befestigten, das Ritzel 8 antreibenden Elektromotor 19 (der gegebenenfalls mit einem eingebauten Untersetzungsgetriebe mit fester oder stufenweise einstellbarer oder auch stufenlos verstellbarer Untersetzung versehen sein kann).

Die Steuereinrichtung zur Steuerung der Laserstrahl-Bohreinrichtung umfasst die mit dem Zahnrad 17 und der Welle 16 drehfest verbundene Lochscheibe 20, die Lichtquelle 21 mit der zugehörigen Sammellinse 22, die Photozelle 23 und die von der Photozelle 23» gegebenenfalls über den Impulsfrequenzteiler 24, zu dem Speisegerät 9 der Blitzlampe 4 führende Steuerleitung 25.

Mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird das Verfahren zur Herstellung des Filterrohres 10 folgende rmas sen durchgeführt :

Das Filterkerzenrohr der herzustellenden Filterkerze soll ein nahtloses Rohr von z.B. 80 cm Länge, 3_t2 cm Aussendurchmesser und 1 mm Wandstärke sein. Dieses Filterkerzenrohr soll auf seiner gesamten Länge mit Ausnahme von 3 cm breiten Randbereichen an seinen beiden Enden alt zylindrischen Löchern von 0,15 mm Durchmesser versehen werden. Die gesamte von den Löchern eingenommene Querschnittsfläche soll 1?6 der mit Löchern bedeckten Fläche

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betragen. Da die mit Löchern bedeckte Fläche gleich 74 cm χ 3,2 cm χ 3,1415, also gleich 743,91 cm ,ist, und die Querschnittsfläche eines Loches gleich (0,015 cm)² χ 3,1415/4, also gleich 1,7671 · 10~⁴ cm² ist, ergibt sich bei dem vorausgesetzten Verhältnis der Löcherquerschnittsfläche zur gesamten von den Löchern eingenommenen Fläche von 1% eine Anzahl von rund 42.100 Löchern. Die Löcher werden in konstantem Abstand auf einer schraubenlinienförmigen Bahn angeordnet, die der Brennpunkt des Linsensystems der Laserstrahl-Bohreinrichtung auf der Aussenwand des Filterkerzenrohres 10 beschreibt, wenn das Filterkerzenrohr 10 durch'den Elektromotor 19 in Drehung versetzt wird und gleichzeitig mit dieser Drehung von der sich mitdrehenden Vorschubspindel 14 in Richtung seiner Rohrachse (in der Zeichnung von rechts nach links) verschoben wird. (Präzisierend ist hier noch hinzuzufügen, dass der Brennpunkt des Linsensystems der Laserstrahl-Bohreinrichtung exakt night auf der Aussenwand des Filterkerzenrohres sondern in der Mitte der Rohrwand liegt). Die Anordnung der Löcher auf dieser schraubenlinienförmigen Bahn kann nun entweder so getroffen werden, dass die Mittelpunkte von Jeweils vier benachbarten Löchern mit den EckpunktenVitnes Quadrats zusammenfallen, oder aber so, dass die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen.

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Im ersteren Fall, also wenn die Mittelpunkte von jeweils vier benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines Quadrats zusammenfallen sollen, ist ein Lochabstand vorzusehen, zu dem der Rohrumfang in einem ganzzahligen Verhältnis steht, und die bei jeder Zündung die "Bohrung" eines Loches verursachende Blitzlampe der Laserstrahl-Bohreinrichtung ist periodisch in Zeitabständen zu zünden, die gleich dem reziproken Wert des Produktes aus der Drehzahl der Rohrdrehung und diesem ganzzahligen Verhältnis sind, und gleichzeitig mit seiner Drehung ist das Rohr translatorisch in seiner Achsrichtung'mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die gleich dem Produkt aus dem vorgesehenen Lochabstand und der Drehzahl der Rohrdrehung ist.

Im letzteren Fall, also wenn die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen sollen, ist ein Lochabstand vorzusehen, zu dem der Rohrumfang im Verhältnis (k + -x) steht, wobei k eine ganze Zahl ist, und die bei jeder Zündung die "Bohrung" eines Loches verursachende Blitzlampe der Laserstrahl-Bohreinrichtung ist periodisch in Zeitabständen zu zünden, die gleich dem reziproken Wert des (k + ^)-fachen der Drehzahl der Rohrdrehung sind, und gleichzeitig mit seiner Drehung ist das Rohr translatorisch in seiner Achsrichtung mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die gleich dem Produkt aus dem 0,866-fachen des vorgesehenen Lochabstandes und der Drehzahl der Rohrdrehung ist.

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Im oben erwähnten Beispiel mit ca. 42.100 zylindrischen Löchern von 0,15 mm Durchmesser bei einer Rohrlänge von 74 cm eines Filterkerzenrohres von 80 cm Länge, 3»2 cm Durchmesser und 1 mm Wandstärke ist im Fall, dass die Mittelpunkte von jeweils vier benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines Quadrats zusammenfallen sollen, der Abstand der Mittelpunkte der Löcher gleich 1,3228 am und die Steigung, der schraubenlinienförmigen Bahn bei einem Umlauf bzw. die Ganghöhe des Gewindes der Vorschubspindel 14 ebenfalls gleich 1,3228 mm zu machen, so dass die genannte schraubenlinienförmige Bahn etwa 560 Windungen und 76 Löcher pro Windung hat, und im Fall, dass die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen sollen, ist der Abstand der Mittelpunkte der Löcher gleich 1 ,4676 mm und die Steigung der schraubenlinienförmigen Bahn bei einem Umlauf bzw. die Ganghöhe des Gewindes der Vorschubspindel 14 gleich 1,271 mm zu machen, so dass die genannte schraubenlinienförmige Bahn etwa 582 Windungen und 68,5 Löcher pro Windung hat.

Generell gesehen ist die Anordnung der Löcher in der Weise, dass die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen, der Löcheranordnung, bei der die Mittelpunkte von jeweils vier benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines Quadrats zusammenfallen, aus dem Grunde

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vorzuziehen, weil sich bei der "Dreiecksanordnung" ein etwas grösserer Lochabstand und damit eine etwas grössere Stabilität des mit Löchern versehenen Rohres ergibt und ausserdem bei der "Dreiecksanordnung" der Abstand zwischen einem beliebigen Loch und sämtlichen umliegenden Löchern gleich ist, während bei einer "quadratischen Anordnung" der Abstand zwischen zwei an diagonal gegenüberliegenden Eckpunkten des Quadrats angeordneten Löchern um das 2-fache grosser als der Abstand zwischen zwei an benachbarten Eckpunkten des Quadrats angeordneten Löchern ist. Die "Dreiecksanordnung" der Löcher setzt aber eine genaue Positionierung der Löcher voraus, da andernfalls der Vorteil des grösseren Lochabstandes verlorengeht und sich unter ungünstigen Umständen sogar ein um einige Prozent geringerer Lochabstand als bei der "quadratischen Anordnung" ergeben kann, während bei der "quadratischen Anordnung" die Positionierungsfrage nicht ganz so kritisch ist, weil sich dort im Falle einer Versetzung der Löcher gegenüber der vorgesehenen Position nur Erhöhungen der Lochabstände ergeben können. Trotzdem ist aber auch bei der "quadratischen Anordnung¹¹ schon aus Gründen der Gleichmässigkeit eine genaue Positionierung der Löcher wünschenswert. Im Falle einer genauen Positionierung liegen die Mittelpunkte der in Rohrlängsrichtung übereinanderliegenden Löcher auf Parallelen zur Rohrachse.

Wird eine solche genaue Positionierung gefordert, dann ist es zweckmässig, die Zündung der Blitzlampe der Laser-

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strahl-Bohreinrichtung mit der Rohrdrehung zu synchronisieren und hierzu eine mit dem Rohrdrehungsantrieb gekoppelte Synchronisiereinrichtung zu verwenden, die mindestens ein mit der Drehzahl an der Koppelstelle rotierendes Organ umfasst, das jeweils nach einer Drehung des Rohres um einen dem Verhältnis des vorgesehenen Lochabstandes zum Rohrradius entsprechenden Drehwinkel eine Zündung der Blitzlampe auslöst.

Zu diesem Zweck ist bei der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung die schon oben erwähnte Steuereinrichtung zur Steuerung der Laserstrahl-Bohreinrichtung vorgesehen, die die Lochscheibe 20, die Lichtquelle 21 mit Sammellinse 22, die Photozelle 23, die Steuerleitung 25 und gegebenenfalls den Impulsfrequenzteiler 24 umfasst.

Die Lochscheibe 20, diu drehfest mit der Welle 16 und über diese drehfest mit dem Filterkerzenrohr 10 gekoppelt ist, ist im Falle einer "quadratischen Anordnung¹¹ der Löcher mit 76 in gleichem Winkelabstand von 4°44^t12,6¹¹ angeordneten radial verlaufenden engen Schlitzen von 0,05 bis 0,1 mm Weite und im Falle einer "Dreiecksanordnung" der Löcher mit 137 in gleichem Winkelabstand von 2 37'40^lf angeordneten radial verlaufenden engen Schlitzen von ca. 0,05 mm Weite versehen. Die Schlitze sind im äusseren Randbereich der Lochscheibe 20 angeordnet, so dass das von der punktförmigen Lichtquelle 21 ausgehende

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und mittels der Sammellinse 22 fokussierte Licht durch die einzelnen Schlitze hindurchtreten kann, wenn diese bei der Drehung der Lochscheibe 20 vor die Sammellinse kommen und so den Lichtweg zur Photozelle 23 freigeben. Zweckmässig können die Lichtquelle 21 und die' Sammellinse 22 noch in einem lichtundurchlässigen Gehäuse angeordnet sein, das nur an der der Lochscheibe 20 zugewandten Gehäusewand mit einem engen Schlitz versehen ist, dessen Weite etwa gleich gross wie die Weite der Schlitze in der Lochscheibe ist und dessen Längsrichtung mit der Längsrichtung eines Schlitzes in der Lochscheibe übereinstimmt, wenn dieser sich in der Stellung befindet,

er
in der/das Licht von der Lichtquelle 21 zur Photozelle 23 passieren lässt. Die betreffende, mit dem Schlitz versehene Gehä,usewand sollte möglichst nahe an der Lochscheibe 20 angeordnet sein. Der Brennpunkt, in dem die Sammellinse 22 das Licht der Lichtquelle 21 fokussiert, liegt etwa in der Mitte zwischen den beiden Seiten der Lochscheibe und etwa in der Mitte zwischen dem äusseren und dem inneren Ende der Schlitze in der Lochscheibe.

Wenn bei der Drehung der Lochscheibe 20 einer ihrer Schlitze in die Stellung kommt, wo er das Licht der Lichtquelle 21 zur Photozelle 22 passieren lässt, gibt die Photozelle 22 einen Steuerimpuls ab. Dieser Steuerimpuls wird im Falle einer "quadratischen Anordnung" der Löcher über die Steuerleitung 25 direkt dem Speisegerät der Laserstrahl-Bohreinrichtung und im Falle einer "Drei-

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ecksanordnung" der Löcher dem in diesem Fall in die Steuerleitung 25 eingeschalteten Impulsfrequenzteiler 24 zugeführt, der nur bei jedem zweiten von der Photozelle 23 eintreffenden Impuls einen Ausgangsimpuls über die Steuerleitung 25 an das Speisegerät 9 der Laserstrahl-Bohreinrichtung abgibt. Mit jedem über die Steuerleitung 25 bei dem Speisegerät 9 einlaufenden Impuls wird die Blitzlampe 4 gezündet.

Der Impulsfrequenzteiler 24 ist nur im Falle einer "Dreiecksanordnung" der Löcher in die Steuerleitung 25 eingeschaltet, und zwar deswegen, weil bei einer "Dreiecksanordnung¹¹ der Löcher auf den Rohrumfang 68,5 Löcher verteilt sein müssen und man das, wenn wie im vorliegenden Fall die Lochscheibe 20 mit gleicher Drehzahl wie das Filterkerzenrohr 10 läuft, nur so erreichen kann, dass man 2 χ 68,5 =137 Schlitze in der Lochscheibe 20 vorsieht und die sich damit pro Umdrehung der Lochscheibe ergebenden 137 Impulse der Photozelle 23 mittels des Impulsfrequenzteilers 24 durch 2 teilt.

Das Speisegerät 9 für die Blitzlampe 4 besteht im Prinzip aus einem Kondensator von sehr hoher Kapazität, einer Ladeeinrichtung, die den Kondensator auf eine für eine Blitzentladung über der von der Blitzlampe gebildeten Entladungsstrecke ausreichende Spannung auflädt, und einem Zündimpulsgenerator, der jeweils bei Einlaufen

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eines Impulses über die Steuerleitung 25 an die Zündelektrode der Blitzlampe 4 einen Zündimpuls abgibt und damit die Blitzlampe zündet bzw. die Entladung des Kondensators über die von der Blitzlampe gebildete Entladmgsstrecke auslöst.

Bei Zündung der Blitzlampe 4 ergibt sich über der von der.Blitzlampe gebildeten Entladungsstrecke ein Lichtblitz. Die Dauer dieses Lichtblitzes liegt in der Grössenordnung von Mikrosekunden und kann z.B. 10 μββο betragen. Die von dem Lichtblitz ausgehende Lichtstrahlung wird an dem die Form eines Rotationsellipsoids aufweisenden Hohlspiegel 5 derart reflektiert, dass die von dem Lichtblitz ausgehenden Lichtstrahlen im Bereich des Laserstabes 1 wieder konzentriert werden. Wäre die Lichtquelle eine im einen Brennpunkt des die Form eines Rotationsellipsoids aufweisenden Hohlspiegels angeordnete punktförmige Lichtquelle, dann würden bekanntlich alle von dieser Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen in dem anderen Brennpunkt des Rotationsellipsoids wieder zusammenlaufen. Die Blitzentladung stellt Jedoch eine linienförmige Lichtquelle dar, in deren Mitte etwa der eine Brennpunkt des Rotationsellipsoids liegt, und entsprechend laufen die von der Blitzentladung ausgehenden Lichtstrahlen auch nicht nur im anderen Brennpunkt des Rotationsellipsoids sondern in einem linienförmigen, mit der Achse des Rotationsellipsoids zusammenfallenden Bereich, in dessen

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Mitte der andere Brennpunkt des Rotationsellipsoids liegt, zusammen. In diesem Bereich ist der Laserstab 1 angeordnet. Es ist hierbei noch zu erwähnen, dass sowohl die Blitzlampe 4 als auch der Laserstab 1 in der Zeichnung mit zu grossen Durchmessern dargestellt sind. Tatsächlich liegt der Durchmesser bzw. die Dicke dieser beiden stabförmigen Organe unter 5$ des von dem Hohlspiegel 5 gebildeten Rotationsellipsoids. In der Zeichnung wurden die beiden Organe jedoch so breit dargestellt, damit die äusseren Begrenzungen des dargestellten Laserstrahlenbündels nicht zu einem Strich verschmelzen.

Mit der auf den Laserstab 1 konzentrierten Energie der von der Blitzentladung ausgesandten Lichtstrahlung wird der Laserstab 1 "aufgepumpt"_f d.h. es wird in dem Laserstab durch Anregung der in diesem verteilten paramagnetischen lohen Energie gespeichert, indem Elektronen dieser Ionen auf eine höhere Quantenbahn angehoben werden und dafür das dem Laserstab zugeführte Licht absorbiert wird. Die Stärke der Blitzentladung bzw. die Höhe der dem Laserstab 1 zugeführten Pumpenergie wird dabei so bemessen, dass Relaxationsschwingungen der in dem Laserstab gespeicherten Energie auftreten, bei denen die im Laserstab gespeicherte Energie in relativ kurzer Zeit (Grössenordnung 0,1 μββο) in Form von kurzen Energieimpulsen, sog. Spikes, abgegeben wird und die Speicherung neuer Energie in dem Laserstab bis zum nächsten kurzen Energieimpuls dann eine gegenüber der Dauer dieser kurzen Energie-

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impulse wesentlich grössere Zeitdauer in Anspruch nimmt. Die Höhe der Pumpenergie wird durch die Stärke der Blitzentladung bestimmt und kann demgemäss durch die Höhe der Spannung, auf die der die Energie für die Blitzentladung liefernden Kondensator aufgeladen wird, in gewissen Grenzen beeinflusst werden. Der genannte Vorgang der Speicherung neuer Energie zwischen zwei von dem Laserstab abgegebenen kurzen Energieimpulsen entspricht dem Einschwingvorgang eines Resonanzschwingkreises von hoher Güte. Der Resonanzschwingkreis wird dabei von dem Laserstab 1 und den beiden Spiegeln 2 und 3 gebildet, von denen der Spiegel 3 zur Auskopplung eines Teils der Schwingungsenergie des Resonanzschwingkreises teilweise durchlässig ist. Wesentlich ist, dass der Spiegel 3 im Gegensatz zu der Spiegelanordnung der allgemein gebräuchlichen Laserresonatoren in relativ grosser Entfernung (Grössenordnung Meter) von dem Laserstab 1 und dem in der Nähe desselben befindlichen Spiegel 2 angeordnet ist und dass die beiden Spiegel 2 und 3 praktisch eben sind. Dadurch wird nämlich erreicht, dass der an der Resonanzschwingung beteiligte Teil des Gesamtvolumens des Laserstabes 1 annähernd gleich dem tatsächlichen Volumen des Laserstabes wird, während dieser Teil bei den üblichen Laserresonatoren unter 596 des Gesamtvolumens des Laserstabes liegt, sobald sich der Laserstab bei relativ grosser Energiezufuhr, wie sie zum Bohren mittels Laserstrahlen erforderlich ist, erhitzt hat. Da der an der Resonanzschwingung beteiligte Teil des VoIu-

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mens des Laserstabes bei der vorliegenden Laserstrahl-Bohreinrichtung annähernd gleich dem. Gesamtvolumen des Laserstabes 1 ist, werden bei der vorliegenden Laserstrahl-Bohreinrichtung nur in einem geringen Volumenanteil des.Laserstabes, nämlich nur in dem nicht an der Resonanzschwingung beteiligten Volumenanteil,- durch die Pumpenergie Jonen angeregt, die ihre bei der Anregung aufgenommene Energie nicht der Resonanzschwingung zuführen können und deren Energieaufnahme daher als Energieverlust in Erscheinung tritt. Bei der vorliegenden Laserstrahl-Bohreinrichtung geht daher, im Gegensatz zu den üblichen Laserstrahleinrichtungen mit Festkörper-Lasern relativ wenig Pumpenergie verloren, oder mit andsren Worten, der Wirkungsgrad der Umsetzung der von der Blitzlampe abgegebenen Lichtenergie in Laserstrahlenergie ist relativ gross. Das wiederum führt zu einer wesentlich geringeren erforderlichen Blitzentladungsenergie und damit zu einer wesentlich geringeren Belastung der Blitzlampe 4, die sich in einer um ein Vielfaches grösseren Lebensdauer der Blitzlampe niederschlägt♦

Die durch den teilweise durchlässigen Spiegel 3 hindurchtretende, aus dem Laserresonator ausgekoppelte Lichtenergie wird mittels des das Teleskopsystem 8, die Zerstreuungslinse 7 und die Sammellinse 6 umfassende Linsensystems derart auf die Bohrstelle konzentriert, dass der Brennpunkt des von der Sammellinse 6 gebündelten Lichtes etwa in der Mitte zwischen Aussen- und Innenwand des

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Filterkerzenrohres 10 an der Bohrstelle liegt. Infolge der Divergenz des Laserstrahlenbündels, also des nicht genau parallelen Verlaufs der einzelnen Strahlen des Strahlenbündels, ergibt sich Jedoch im Bereich des Brennpunktes des Laserstrahlenbündels keine doppelkegelförmige Bündelung der Laserstrahlen sondern ein etwa zylindrischer von Strahlung durchsetzter Bereich, der als Kaustik bezeichnet wird. Innerhalb dieses Bereiches wird, bei genügender Intensität der Laserstrahlung, das metallische Material des herzustellenden Filterkerzenrohres verdampft. Der Verdampfungsprozess geht im einzelnen so vor sich, dass von jedem der vom Laserstab abgegebenen kurzen Energieimpulse, den sog. Spikes, eine Metallschicht vom Durchmesser des Brennfleckes bzw. der Kaustik und von relativ geringer Dicke verdampft wird und der dadurch gebildete Metalldampf in der Zeit bis zum nächstfolgenden Spike aus dem bereits eingebrannten Lochabschnitt entweicht. Das Entweichen des Metalldampfes ist wichtig, weil sonst bei einer zu grossen Dichte von Metallatomen in dem Loch ein beträchtlicher Anteil der mit einem Energieimpuls zugeführten Energie von den Metallatomen absorbiert wird und damit für den "Bohrvorgang" verlorengeht. Aus diesem Grunde ist es von Bedeutung, dass die Spikes in möglichst gleichgrossen Zeitabständen aufeinanderfolgen, was bei der vorliegenden Laserstrahl-Bohr- · einrichtung der Fall ist. Die gleichmässige Folge der Spikes liegt offenbar daran, dass aufgrund des grossen

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Abstandes der Spiegel 2 und 3 in dem Laserresonator nur Eigenschwingungen von sehr niedriger Ordnung verstärkt werden bzw. der Resonator nur mit diesen Eigenschwingungen schwingt.

Der Radius der Löcher, die mit der vorliegenden Laserstrahl-Bohreinrichtung in das herzustellende Filterkerzenrohr "gebohrt" werden, ist gleich dem Produkt aus der Divergenz des Laserstrahlenbündels und der Brennweite der Sammellinse 6. Da die Divergenz des Laserstrah^enbündels eine vom Laserresonator vorgegebene Grosse ist, ist demgemäss das Linsensystem bzw. die Brennweite der Sammellinse 6 so zu wählen, dass der gewünschte Lochdurchmesser erzielt wird. Sollen sich die zu bohrenden Löcher auf einer Seite, z.B. von der Aussenwand nach der Innenwand des Filterkerzenrohres zu, konisch erweitern, so ist das Linsensystem so zu verschieben, dass der theoretische Brennpunkt des Strahlenbündels nach der anderen Seite, bei dem gewählten Beispiel also nach der Aussenwand zu, verschoben wird. Bei geringer Konizität lassen sich auch vollständig konische Löcher erzielen. In diesem Fall muss der theoretische Brennpunkt der Laserstrahlen etwa auf gleicher Höhe wie die Aussenwand liegen, wenn ein sich nach innen zu konisch erweiterndes Loch gewünscht wird, und etwa auf der Höhe der Innenwand, wenn ein sich von aussen nach innen zu konisch verengendes Loch gewünscht wird. Bei einem in der Mitte zwischen Aussenwand und

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Innenwand liegenden theoretischen Brennpunkt des Strahlenbündels ist die Lochform, wie schon gesagt, im wesentlichen zylindrisch, wobei gegebenenfalls, insbesondere bei sehr engen Löchern, konische Aufweitungen an beiden Lochenden vorhanden sein können. Bei konischen oder konisch aufgeweiteren Löchern entspricht der Durchmesser an der engsten Stelle dem Doppelten des Produktes aus der Divergenz des Laserstrahlenbündels und der Brennweite der Sammellinse 6.

Die Zeitdauer für das Bohren eines Loches entspricht ziemlich genau der Brenndauer der Blitzentladung und liegt dementsprechend in der Grössenordnung von 10 μββο. Die für die Ladung des Kondensators in dem Speisegerät 9 erforderliche Zeit liegt demgegenüber in der Grössenordnung von 10 bis 100 msec und ist somit 1000 bis 10.000 mal grosser als die Bohrzeit. Es ist daher nicht erforderlich, die Drehung des Filterkerzenrohres 10 während der Bohrung des Loches anzuhalten, da der Lochabstand ja nur in der Grössenordnung von Millimeter und demgemäss die Verschiebung des Loches während seiner "Bohrung¹¹ nur in der Grössenordnung von 0,1 μ liegt.

Die Drehgeschwindigkeit des Filterkerzenrohres 10 wird zweckmässig derart bemessen, dass das zur Verschiebung von einem zum nächstfolgenden Loch erforderliche Zeitrintervall wenigstens annähernd gleich der zur Vorbereitung einer neuen Entladung der Blitzlampe 4, also zur Ladung

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des genannten Kondensators im Speisegerät 9, erforderlichen Zeitdauer ist. Hierzu wird das Filterkerzenrohr 1.0 kontinuierlich mit einer Drehzahl gedreht, die wenigstens annähernd gleich dem Verhältnis des vorgesehenen Lochabstandes zu dem Produkt aus dem Rohrumfang und der für die Vorbereitung einer neuen Entladung der Blitzlampe erforderlichen Zeitdauer ist, und jeweils unmittelbar nach Abschluss der Vorbereitung einer Entladung der Blitzlampe bzw. unmittelbar nach Abschluss der Ladung des im Speisegerät 9 vorgesehenen Kondensators wird die Blitzlampe gezündet und die Blitzentladung durchgeführt, und unmittelbar danach wird mit der Vorbereitung einer neuen Entladung bzw. mit der Wiederaufladung des genannten Kondensators begonnen.

Die automatische Verschiebung bei der Herstellung eines gelochten Filterkerzenrohres kann natürlich auch aus einer Ueberlagerung einer schrittweisen Drehbewegung des Rohres um seine Rohrachse und einer mit der Drehbewegung des Rohres gekoppelten schrittweisen translatorischen Bewegung des Rohres in Richtung der Rohrachse bestehen, wobei der Brennpunkt des Linsensystems auf der Aussenwand des Rohres ebenfalls eine schraubenlinienförmige Bahn beschreibt. In diesem Falle ist anstelle des mit konstanter Drehzahl drehenden Elektromotors 19 für den Rohrdrehungsantrieb ein Schrittschaltmotor zu verwenden, der mit je einem Stromimpuls pro Schritt versorgt wird. Dabei kann vorteilhaft von jedem solchen Stromimpuls, vor-

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zugsweise von der Anstiegsflanke desselben, eine Zündung der Blitzlampe ausgelöst werden, und die die Lochscheibe 20, die Lichtquelle 21, die Sammellinse 22, die Photozelle 23 und gegebenenfalls den Impulsfrequenzteiler 24 umfassende Steuereinrichtung zur Steuerung der Laserstrahl-Bohreinrichtung kann dann entfallen.

Die Filterkerzen mit nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten gelochten Filterkerzenrohren (Rohrdurchmesser 32 mm, Wandstärke 1 mm, Lochdurchmesser 0,15 mm, Lochabstand 1 ,468 mm, Löcher in Dreiecksanordnung, Rohre nahtlos gewalzt,Material rostfreier Stahl) haben sich in umfangreichen Untersuchungen unter in der Praxis üblichen Betriebsbedingungen ausserordentlich gut bewährt und haben insbesondere Anschwemmschichten von wesentlich grösserer als der bisher erreichbaren Stabilität ermöglicht. Ausserdem war auch die erzielte Gleichmässigkeit der Anschwemmschichten wesentlich besser als bei allen bisher bekannten Filterkerzenkonstruktionen. Ein weiterer bedeutender Vorteil dieser Filterkerzen ist, dass sie in wesentlich geringerem Masse als alle anderen bekannten Filterkerzenkonstruktionen zur Verstopfung neigen und daher eine wesentlich längere Betriebszeit funktionsfähig bleiben, ehe die zur Entfernung solcher Verstopfungen dienende Reinigung erforderlich wird. Schliesslich haben die vorliegenden Filterkerzen auch noch sehr gute Abwurfeigenschaften für das Abgleiten des Trübes bei der RückspüTreinigung, die noch etwas besser als die günstig-

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bisher erreichten Abwurfeigenschaften sind, und sie haben ausserdem gegenüber den meisten bisher bekannten Filterkerzenkonstruktionen den Vorteil einer sehr hohen mechanischen Stabilität und einer relativ grossen Unempfindlichkeit gegen Schlagbeanspruchungen, wie die beim Transport und der Montage der Filterkerzen auftreten können (solche Schlagbeanspruchungen führen bei den meisten Filterkerzenkonstruktionen zu Beschädigungen, die die Funktionsfähigkeit der Kerze stark beeinträchtigen, weil als Folge dieser Beschädigungen Erweiterungen der genannten Flusspfade auftreten können und sich an diesen Stellen keine stabile Anschwemmschicht bilden kann).

Mit dem vorliegenden Verfahren können natürlich auch ebene gelochte Filterplatten, die für Anschwemm-Schichtenfilter verwendet werden können, hergestellt werden. In diesem Fall kann die automatische Verschiebung bei der Herstellung einer gelochten rechteckigen oder quadratischen Platte zweckmässig aus einer derartigen translatorischen Bewegung der Platte bestehen, dass der Brennpunkt des Linsensystems auf der Platte eine Mäanderlinie beschreibt, und bei der Herstellung einer gelochten kreisförmigen Platte zweckmässig aus der Üeberlagerung einer Drehbewegung und einer translatorischen Bewegung der Platte in einer in die Plattenebene fallenden Richtung, so dass der Brennpunkt des Linsensystems auf der Platte eine Spirale beschreibt. Vorteilhaft kann dabei sowohl bei der Herstellung einer rechteckigen oder quadratischen

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gelochten Platte als auch bei der Herstellung einer kreisrunden gelochten Platte der Abstand benachbarter Linienabschnitte der Mäander- bzw. der Spirallinie und die Anordnung der Löcher auf diesen Linienabschnitten so gewählt werden, dass entweder die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen oder aber die Mittelpunkte von jeweils vier benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines Qaudrats zusammenfallen.

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Claims

Patentansprüche

."^Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdurchlässigen Platte oder eines Rohres mit flüssigkeitsdurchlässiger Rohrwand für Filteranlagen, insbesondere für Anschwemmfilter, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte bzw. das Rohr mit einer Vielzahl von Löchern mit kreisrundem Lochquerschnitt und einem unter 0,3 mm liegenden Durchmesser an der engsten Stelle versehen wird und dass zum Bohren der Löcher eine Laserstrahl-Bohreinrichtung mit einem Laserresonator verwendet wird, der eine Resonatorlänge über 0,5 m hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Läserstrahl-Bohreinrichtung mit einem Laserresonator mit zwei praktisch ebenen Spiegeln und einem nahe dem einen Spiegel angeordneten, mittels einer Blitzlampe erregbaren Laserstab von einer unter 1096 des Spiegelabstandes liegenden Stablänge sowie mit einem Linsensystem zur Fokussierung der von dem Laserresonator ausgehenden Laserstrahlen auf die für das jeweils zu bohrende Loch vorgesehene Stelle der Platte bzw. des Rohres verwendet wird und dass die Platte bzw. das Rohr jeweils in dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bohrungen automatisch relativ zu der Laserstrahl-Bohreinrichtung derart verschoben wird, dass sich der Brennpunkt des Linsensystems nach dem Zeitintervall an der Stelle des

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auf das vor dem Zeitintervall gebohrte Loch nächstfolgenden zu bohrenden Loches befindet, und dass gleichzeitig während des Zeitintervalls eine neue Entladung der Blitzlampe vorbereitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verschiebung der Platte bzw. des Rohres ohne Unterbrechung während der einzelnen Bohrvorgänge kontinuierlich durchgeführt wird und die Entladungen der Blitzlampe in Zeitabständen vorgenommen werden, die grosser als das 100-fache, vorzugsweise grosser als das 1000-fache, der Dauer eines Blitzes sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der automatischen Verschiebung der Platte bzw. des Rohres derart bemessen wird, dass das zur Verschiebung von einem zum nächstfolgenden Loch erforderliche Zeitintervall wenigstens annähernd gleich der zur Vorbereitung einer neuen Entladung der Blitzlampe erforderlichen Zeitdauer ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verschiebung bei der Herstellung eines gelochten Rohres aus einer Ueberlagerung einer kontinuierlichen Drehbewegung des Rohres um seine Rohrachse und einer mit der Drehbewegung des Rohres gekoppelten kontinuierlichen translatorischen Bewegung des Rohres in Rieh-

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tung seiner Rohrachse besteht, so dass der Brennpunkt des Linsensystems auf der Aussenwand des Rohres eine schraubenlinienförmige Bahn beschreibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lochabstand vorgesehen wird, zu dem der Rohrumfang in einem ganzzahligen Verhältnis steht, und dass die Blitzlampe periodisch in Zeitabständen gezündet wird, die gleich dem reziproken Wert des Produktes aus der Drehzahl der Rohrdrehung und diesem ganzzahligen Verhältnis sind, und dass das Rohr gleichzeitig mit seiner Drehung translatorisch in seiner Achsrichtung mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die gleich dem Produkt aus dem vorgesehenen Lochabstand und der Drehzahl der Rohrdrehung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lochabstand vorgesehen wird, zu dem der Rohrumfang im Verhältnis (k + ·*) steht, wobei k eine ganze Zahl ist, und dass die Blitzlampe periodisch in Zeitabständen gezündet wird, die gleich dem reziproken Wert des (k + ^)-fachen der Drehzahl der Rohrdrehung sind, und dass das Rohr gleichzeitig mit seiner Drehung translatorisch in seiner Achsrichtung mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die gleich dem Produkt aus dem 0,866-fachen des vorgesehenen Lochabstandes und der Drehzahl der Rohrdrehung ist.

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8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit einer Drehzahl gedreht wird, die wenigstens annähernd gleich dem Verhältnis des vorgesehenen Lochabstandes zu dem Produkt aus dem Rohrumfang und der für die Vorbereitung einer neuen Entladung der Blitzlampe erforderlichen Zeitdauer ist, und dass jeweils unmittelbar nach der Vorbereitung einer Entladung der Blitzlampe die Entladung durchgeführt und unmittelbar danach mit der Vorbereitung einer neuen Entladung begonnen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 ader 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung der Blitzlampe mit der Rohrdrehung synchronisiert wird und hierzu eine mit dem Rohrdrehungsantrieb gekoppelte Synchronisiereinrichtung verwendet wird, die mindestens ein mit der Drehzahl an der Koppelstelle rotierendes Organ umfasst, das jeweils nach einer Drehung des Rohres um einen dem Verhältnis des vorgesehenen Lochabstandes zum Rohrradius entsprechenden Drehwinkel eine Zündung der Blitzlampe auslöst.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verschiebung bei der Herstellung eines gelochten Rohres aus einer Ueberlagerung einer schrittweisen Drehbewegung des Rohres um seine Rohrachse und einer mit der Drehbewegung des Rohres gekoppelten schrittweisen translatorischen Bewegung des Rohres in Richtung der Rohrachse besteht, so dass der Brennpunkt des Linsen-

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systems auf der Aussenwand des Rohres eine schraubenlinienförmige Bahn beschreibt, und für den Rohrdrehungsantrieb ein Schrittschaltmotor verwendet wird, der mit je einem Stromimpuls pro Schritt versorgt wird, und dass von jedem solchen Stromimpuls, vorzugsweise von der Anstiegsflanke desselben, eine Zündung der Blitzlampe ausgelöst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verschiebung bei der Herstellung einer gelochten rechteckigen oder quadratischen Platte aus einer derartigen translatorischen Bewegung der Platte besteht, dass der Brennpunkt des Linsensystems auf der Platte eine Mäanderlinie beschreibt, wobei der Abstand benachbarter Linienabschnitte der Mäanderlinie und die Anordnung der Löcher auf diesen Linienabschnitten vorzugsweise so gewählt wird, dass die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen.
12. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verschiebung bei der Herstellung einer gelochten kreisförmigen Platte aus der Ueberlagerung einer Drehbewegung und einer translatorischen Bewegung der Platte in einer in die Plattenebene fallenden Richtung besteht, derart, dass der Brennpunkt des Linsensystems auf der Platte eine Spirale beschreibt, wobei der Abstand

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benachbarter Linienabschnitte der Spirallinie und die Anordnung der Löcher auf diesen Linienabschnitten vorzugsweise so gewählt wird, dass die Mittelpunkte von jeweils drei benachbarten Löchern mit den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserstrahl-Bohreinrichtung verwendet wird, die eine unter 10"·^ liegende Divergenz des Laserstrahlenbündels hat.
14. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Filterkerze für Anschwemm-Kerzenfilter, gekennzeichnet durch ein nahtloses Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Wandstärke zwischen 0,5 und 2 mm, das zwischen zwei an den Rohrenden befindlichen ungelochten Randbereichen mit Löchern in einer Dichte von 20 bis 400 Löchern pro Quadratzentimeter Wandfläche versehen ist und bei dem die Löcher zylindrisch oder konisch mit einem Oeffnungswinkel unter 20° oder zylindrisch mit konischen Aufweitungen an einer oder beiden Lochenden ausgebildet sind und an ihrer engsten Stelle einen Durchmesser zwischen 0,05 und 0,25 mm aufweisen und untereinander in ihren Abmassen auf 596 genau übereinstimmen, sowie durch im Randbereich an dem einen Rohrende mit dem Rohr verbundene Befestigungsmittel zum Einbau der Filterkerze in ein Kerzenfilter und durch im Randbereich an dem anderen Rohrende mit dem Rohr ver-

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• bundene Abschlussmittel zum Verschliessen der Filterkerze an diesem Ende.
15. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von gelochten Filterplatten bzw. -rohren für Anschwemm-Schichtenfilter bzw. Anschwemm-Kerzenfilter, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rändern der Filterplatte bzw. des Filterrohres und dem mit Löchern versehenen Bereich der Filterplatte bzw. des Filterrohres jeweils ein Randbereich belassen wird, der nicht mit Löchern versehen wird.

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