DE2417551B2

DE2417551B2 - Filterelement

Info

Publication number: DE2417551B2
Application number: DE2417551A
Authority: DE
Inventors: Tadas K. Great Neck Jasaitis; David B. Roslyn Estates Pall
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1973-05-09
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1979-03-22
Also published as: SE400902B; FR2228516A1; US3867294A; JPS509166A; ZA742874B; AU6730774A; IT1004490B; FR2228516B1; BE814639A; CA1014482A; JPS5336624B2; DE2417551A1; AU472849B2; GB1460925A

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit einem im wesentlichen zylindrischen Filterbogen mit über ein Bindemittel miteinander verbundenen Endteilen, die im Vergleich zu den ihnen gegenüberliegenden Flächen des Filterbogens kürzer ausgebildet sind, wobei das Bindemittel in dem Raum zwischen den Stirnkanten der Endteile und benachbarten Flächen des Filterbogens vorgesehen ist.

Bei dem in der US-PS 35 70 675 beschriebenen Filterelement ist ein sehr kleiner Abstand zwischen den Stirnkanten der Endteile des Filterelementes und den benachbarten Flächen des Filterbogens ausgebildet. Die Verbindung der Endteile des Filterelementes erfolgt dort über einen Bindemittelstreifen, welcher zwischen den benachbarten Flächen der Endteile vorgesehen ist. Das Bindemittel geht also eine sehr großflächige Verbindung mit den Materialien des Filterbogens ein. Unter fluidem Druck im Betrieb eines solchen Filterelementes können sich dadurch bedingt Leckstellen an den Verbindungsstellen zwischen Bindemittel und Filtermaterial ausbilden.

Diese Nachteile treten noch schwerwiegender zutage, wenn das Filterelement für die Ultrafeinfilterung eingesetzt werden soll, d. h. eine Filtergröße von etwa 5 bis 0,2 Mikron oder auch weniger besitzen soll. Hierbei ist es oft vorteilhaft einen sehr dünnen Filterbogen zu verwenden, da dieser dem fluiden Strom weniger Widerstand entgegenbringt als ein starker FiLerbogen.

to Derartige dünne Bögen sind leicht zerreißbar, so daß ein solcher Bogen häufig dadurch verstärkt wird, daß er einseitig oder beidseitig mit stärkeren und festeren Schichten aus durchlöchertem Bogenmaterial umgeben wird, beispielsweise mit harten, langfaserigem Papier einschließlich Hanffaserpapier oder Baumwollfaserpapier.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sich durch eine gute Abdichtung im

Bereich der Endteile des Filterbogens auszeichnet

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet daß die Endteile mit ihren Oberflächen aneinander anliegen. Durch diese Maßnahmen werden die Stirnkanten besonders sicher mit dem Bindemittel abgedichtet Die Oberflächen der Endteile liegen ohne die Zwischenlage eines Bindemittels ineinander an, so daß auch dort eine gute Filterwirkung erzielt wird. Die Verbindung zwischen dem Filterbogen und dem Bindemittel erfolgt nur über eine relativ kleine Fläche und nicht über die gesamte Länge in Strömungsrichtung des Filtermediums.

Durch diese Maßnahmen bleiben fernerhin die Stirnenden des Filterelementes im wesentlichen unge stört von dem Bindemittel. Es kann daher auch an diesen Stirnenden eine gut lecksichere Abdichtung erzielt werden, indem Abschlußkappen mit den Enden des Filterelementes lecksicher verbunden sind. Hierzu wird es bevorzugt, wenn die Abschlußkoppen mit den Enden des Filterelementes durch ein Kunstharz verbunden sind, das das Filterbogenmaterial imprägniert Die Verbindung kann auch durch einen Schmelzkleber erfolgen.

Als Bindemittel kann ein selbsthaftendes Bindemittel-

band verwendet werden, dessen Stärke so zu wählen ist, daß der Aufnahmeraum genau ausgefüllt ist. Bevorzugt wird als Bindemittel ein Wärmeschmelz-Bindemittel. Das Bindemittel kann aber auch aus einem Material bestehen, das beii/t Erwärmen polymerisiert. In jedem

">^ο Fall muß das Bindemittel eine Viskosität besitzen, die niedrig genug ist, so daß das Bindemittel geringfügig in die Filterschicht eindringt.

Alternativ kann als Bindemittel ein flüssiges Material verwendet werden, das beim Polymerisieren aushärtet.

Die Verwendung eines selbsthaftenden Bindemittelbandes ermöglicht die Herstellung eines Bindemittelstreifens gleichförmiger Stärke über die gesamte Nahtlänge. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü-

<*> chen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein Filterelement mit zylindrisch gewellter Form mit einer Seitennahtdichtung nach der Erfindung;

F i g. 2 perspektivisch eine Endansicht des Filterelements nach F i g. 1; Fig. 3 den zwischen zwei Schutzschichten sandwich-

artig angeordneten Filterbogen vor dem Wellen als erste Stufe der Ausbildung eines Filterelementes mit einer Seitennahtdichtung nach der Erfindung;

F i g. 4 das Material nach F i g. 3 nach dem Wellen mit den übergefalteten Enden des Bogens, der in der richtigen Breite zugeschnitten und zum Auftragen des Klebemittels bereit ist;

Fig.5 den Bogen des gev/elltesi Filtermaterials nach Fig.4 nach dem Aufbringen des selbsthaftenden Klebebandes in dem an der Seitennaht vorgesehenen Bereich und

Fig.6 den gewellten Filterbogen nach Fig.5 nach dem Falten in eine zylinderische Form, wobei die beiden Kanten in einem Saum zusammengefaßt sind, und wobei sich das Klebeband in dem Bereich zwischen diesen befindet, während die Wärmeplatten zum Anbringen von Wärme positioniert sind, um die Seitennahtdichtung zu vervollständigen.

Das Filterelement nach der Erfindung wird auf einfache Weise durch Wellen und Formen in gewohnter Weise aus Filterbogenmateria¹ hergestellt Von der bekannten Herstellungsweise unterscheidet ;ich lediglich die Ausbildung der Seitennahtdichtung. Die F i g. 3 bis 6 zeigen die verschiedenen Schritte zur Ausbildung des Filterelementes.

Das Filterelement nach der Erfindung, von dem ein Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 bis 6 dargestellt ist. besteht aus dem Materialbogen 10 mit diesen umschließenden Schutzschichten 11 und 12 aus gröberem Material, die als Ganzes mit Wellen 12 ausgebildet sind. Aus den Elementen 10, 11 und 12 wird ein Zylinder 14 von gewünschter Länge ausgebildet. Im vorliegenden Fall wird eine Seitennaht 15 durch Falten der beiden inneren Flächen 1,2 von Enden 3,4 des inneren Bogens 11 (und gleichzeitig der benachbarten Enden der Bögen 10, 12) ausgebildet, so daß diese mit ihren jeweiligen Stirnseiten eng aneinander stoßen, wobei Kanten 5, 6. kürzer sind als die Umspannung einer gewellten Falte, im vorliegenden Fall nämlich Vg inch (=3,175 mm) weniger be'-agen als die Länge einer derartigen Falte. Die entgegengesetzten äußeren Flächen 7, 8 von anschließenden Falten 17, 18 liegen somit ebenfalls mit ihren Vorderseiten aneinander, und zwar hinter den Kanten 5, 6 des Filterbogens 12 (und der Bögen 10, 11). Ein Bereich oder Raum ist als offener Kanal bzw. Wanne 9 .!wischen diesen inneren Γ lachen 7,8 und den Kanten 5,6 der Filterbögen 10, II, 12 hinter dem Saum 15 ausgebildet. Ein Klebestreifen bzw. -band 16 wird in dem Kanal 9 angebracht, das sich nach dem Schmelzen verfestigt und dort eint !ecksichere Dichtung ausbildet. Die Wanne kann sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Zylinders 14 befinden.

Aus der Figur wird deutlich, daß bei einem Saum dieser Art die Klebemittelschicht sich nicht von dem inneren Bogen ti bis zum äußeren Bogen 12 des Zylinders erstreckt. Tatsächlich ist diese Schicht in dem Bereich 9 eingeschlossen und erstreckt sich überhaupt nicht bis in die Dichtung 15. Gleichwohl gewährleistet die Schicht eine feste und austrittssichere Verbindung zwischen den äußeren Flächen der vorletzten wellenförmigen Falte 17,18 der Bögen an deren Enden, und zwar durch einfachen Zugang zu den Enden des Filterbogens 10. Dies hat zur Folge, daß die in dem Saum 15 befindlichen Teile der Bögen 10, 11, 12 frei von Klebstoff sind. Wenn daher ein Füllmittel 19, das zum Verbinden der Enden des Filterzylinders mit AbschluB-kappen 21,22 dient, pos'.ioniert wird, so kann dieses die Enden 22, 23 der Filterbögen 10, 11. 12 über den gesamten Umfang des Zylinders 14 imprägnieren, und zwar ohne daß der den Saum zusammenhaltende Klebstoff störend einwirkt, so daß die Möglichkeit eines Lecks von der Innenfläche zur Außenfläche des Zylinders durch die Klebschicht nicht gegeben ist

Beim Ausbilden des Filterelementes mit einer Seitennahtdichtung nach Fig.3 wird ein flacher Bogen 10 aus Filtermaterial mit beliebigen erwünschten Schutzschichten 11, 12 aus gröberem Material (vgl.

ίο Fig. 1, 2) zunächst gewellt (vgl. Fig.4), so daß ein zusammengesetzter Filterbogen 10, 11, 12 entsteht Ein Band oder Streifen 16 eines Klebemittels (welches selbsthaltend ist und die gewünschte Breite und Stärke besitzt, um die Wanne 9 zwischen den inneren Flächen der vorletzten Falten 17 und 18 des Zylinders vollständig zu füllen, und welches den Breiten und der zweifachen Stärke des Filterbogen-i 10 zuzüglich der zweifachen Stärke der beliebigen Schutzschichten 11,12 entspricht um dort eine lecksichere Dichtung herzustellen, wie dies in den F i g. 1 und 2 ge7sigt ist) wird dann auf die äußere Fläche des Füterbcgens 12 auf der rechten Seite angebracht Der Streifen kann durch einen Klebstoff dort befestigt sein, dieses ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die entstehende Zusammtnsetzung ist in F i g. 5 gezeigt

Der gefaltete, in drei Schichten zusammengesetzte Bogen wird dann zu einem Zylinder gefaltet, und die beiden Enden 3 und 4 des zusammengesetzten Bogens werden derart zusammengebracht. Haß die inneren Flächen 1,2 des Bogens 11 sich stirnseitig gegenüberliegen, und die äußeren Flächen 7,8 der vorletzten Falten 17, 18 der Enden 3, 4 des Filterbogens liegen sich ebenfalls stirnseitig gegenüber, während sich der Streifen 16 mit dem Klebemittel dazwischen befindet und die Wanne 9 zwischen diesen Stirnseiten ausfüllt, und zwar hinter den Kanten 5, 6 des Filterbogens (vgl. Fig.5). Zwei Wärmeplatten 25, die ausreichend erwärmt sind, um den Klebestreifen an die Oberflächen 5, 6, 7, 8 anzuhaften, werden sodann mit äußeren Oberflächen 26, 27 der vorletzten Falten 17, 18 des Zyünders 14 in Berührung gebracht und Wärme bzw. Wärme und Druck wird durch die beiden Stärken des Materialbogens 10 auf den Streifen aufgebracht Es entsteht somit die Seitennahtdichtung nach Γ i g. 1 und

Eine Einrichtung zum Erwärmen bzw. zum Anwenden von Wärme und Druck, die keine Wärmeplatte ist, kann ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann die gewellte Packung in einer äußeren Ummantelung der Ausbildung derart vorgesehen sein, daß die Stirnseiten 1, 2 utid 17, 18 in gewünschter Weise so ausgebildet sind, daß sie einander gegenüberliegen und aneinander anstoßen, wobei der in der Tasche ■vorgesehene Klebstoff geformt wird. Das Element wird anschließend in einen Ofen gegeben, um den Klebstoff zu polymerisieren. Es können flüssige, zwei komponentige Klebstoffe verwendet werden, die auf Raumtemperatur gebracht sind, so daß die Anwendung von Wärme überflüssig ist

Selbstverständlich kann ein einzelner Bogen verwendet werden, um den Zylinder auszubilden, wobei die Seitennahtdichtung zwischen den Enden dieses Bogens ausgebildet wird.

Der erhaltene Zylinder kann als Filterelement verwendet werden --der als Grundlage bzw. Basis zum Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung, um die Filtrierungseigenschaften zu verändern. Wie erwähnt besitzen derartige Zylinder Abschlußkappen, um den

von dem Element umschlossenen inneren Bereich abzuschließen und den Durchfluß des Filtrats zu regeln. Eine oder beide Abschlußkappen können Kanäle für den Durchfluß des Filtrats aufweisen. Die Kappen können aus beliebig erwünschtem Material bestehen, und zwar je nach dem verwendeten System und dem Erfordernis, und sind mit den Zylinderenden in einer lecksicheren Dichtung durch das geeignete Klebemittel verbunden. Das Vorgenannte ist hinreichend bekannt und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Es können schmelzverdichtete Abschlußkappen verwendet werden, wie sie beispielsweise in der US-PS 34 57 339 beschrieben sind.

Das Filterelement nach der Erfindung kann aus beliebigem porösem Bogenmaterial hergestellt sein, ti dessen Poren sich von Oberfläche zu Oberfläche erstrecken. Eine oder mehrere Schichten der gleichen oder variierender Porosität können verwendet werden.

Und **!Π^Ρ (ytipr mphrprp ^vr*n Hipcf»n !''^ΠΠ'^ΓΪ ^a!s VorfÜi*¹!* dienen, und zwar eng aneinandcrliegcnd oder sogar 2<i miteinander verbunden bzw. verklebt, oder auch unter Abstand voneinander. Schichten wie beispielsweise offenmaschiges Gewebe können zugefügt werden, um einen freien Durchfluß des fluiden Mediums nach oberhalb und/oder unterhalb der feinen Filtrierschicht r> zu gewährleisten. Ein bevorzugtes Grundmaterial ist Papier, das wunschgemäß mit Harz imprägniert ist. da Papier ein wirksames, vielseitiges und preisgünstiges fluiddurchlässiges Filtermedium darstellt. Gemäß der Erfindung kann jedoch Papier und ähnliches Fasermate- jo rial verwendet werden, einschließlich nicht nur CeIIuIosefasern sondern auch Kunstharzfasern und Fasern anderer Cellulosederivate einschließlich beispielsweise Fasern aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen. Polyvinylidenchlorid, Celluloseacetat, Celluloseacetat- J5 propionat, Kunstseide. Polyacrylnitril, Polymerisate von terephthalischer Säure und Äthylenglycol. Polyamiden sowie Proteinfasern verschiedener Arten, wie beispielsweise Zein und die Alginate, Glas, Asbest. Kaliumtitanat, Schlackenwolle, Polystyrol, Kautschuk. ->o Casein. Hanf, Jute, Leinen. Baumwolle. Seide, Wolle und Mohair. Ebenfalls nützlich sind, außer Papier, textile Materialien und gewebte und nicht-gewebte Vliesstoffe aller Arten, vie beispielsweise Filz, Matten und Rollen aus Fasermaterial der oben aufgeführten Art. -»ΐ

Das Bogenmaterial ist in den meisten Fällen ausreichend starr, so daß es selbsthaltend ist. wenn es in die zylindrische Form gefaltet wird. Falls dies nicht der Fall ist. so kann ein starrer Kern aus Metall. Kunststoff oder anderem harten Material als innere Stütze in vorgesehen sein.

Ebenfalls kann das Filterbogenmateria! zur Herstellung des Filterelementes nach der Erfindung, falls erwünscht, mit Kunststoffharz bzw. einem Cellulosederivat imprägniert sein, um seine Biegefestigkeit und Abnutzungsfestigktit gegenüber dem filtrierten Medium zu erhöhen. Das Imprägniermittel kann ein beliebiges Material sein, das sich für das Imprägnieren von Papier oder textilem Material als nützlich erwiesen hat. Derartige Materialien sind auf dem Gebiete der Papier- und Textilverarbeitung bekannt und bilden daher keinen Teil dieser Erfindung. Das Imprägniermittel kann flüssig sein und durch Polymerisation, Vernetzung o. dgl. erhärtet werden. Das Material kann auch eine feste Form besitzen und dem Grundmaterial von einer Lösung in einem inerten Lösemittel oder als Schmelze zugegeben werden. Repräsentative Imprägnierharze sind Phenolformaldehyd-, Ureaformaldehyd-, Melaminformaldehyd-, Polyester- und Polyepoxidharze.

Der Streifen bzw. das Band aus einerin Klebemittel kann aus einem beliebigen Film aus Kunstharz oder Cellulosederivat bestehen, der ausreichend stark und biegefest ist, um selbsthaltend zu sein. Die Stärke entspricht etwa dem Filterbogcnmaterial. Ein Material mit rauher Oberfläche bedarf eines stärkeren Streifens als ein Material mit glatter Oberfläche. Gewöhnlich ist ein Film mit einer Stärke von 0.25 bis 5.0 mm ausreichend.

Typische Materialien sind Polyvinalchlorid. Polyvinylidenchlorid. Polyacrylnitril, Polyäthylen, Polypropylen, Kautschuk, Polymerisate aus Terephthalsäuren und

se. Polyestere. Polyepoxide, Polystyrol, Polyisobutylen. Ureaformaldehyd, Phenolformaldehyd. Melaminformaldehyd. Poltctrafluoräthylen und Polytrifluorochloro· äthylenharze.

Ein thermoplastisches oder druckempfindliches Klebemittel kann auf eng aneinanderliegende Bogenoberflächen durch Anwendung von Wärme und Druck aufgebracht werden. Ein hitzehärtbares Harz, wie beisrelsweise Phenolformaldehyd, Ureaformaldehyd und Polycpoxiharz kann in einer unvollständig polymerisierten Stufe verwendet werden, in der diese noch thermoplastisch druckempfind^rich sind, und sie können in eine hitzhärtbare nichtthermoplastische Stufe der Polymerisation unter Anwendung von Wärme und Druck umgewandelt werden, um eine lecksichere dauerhafte Dichtung herzustellen.

Für den Fall, daß das Bogenfiltermaterial mit Imprägnierharz imprägniert ist, um die Biegefestigkeit zu erhöhen, und das Harz ist noch nicht vollständig polymerisiert, so kann das Härten des Imprägnierharzes und des Harzstreifens gleichzeitig erfolgen. Das Filtermaterial kann auch im Ofen o. dgl. wärmebehandelt werden, nachdem die Seitennahtdichtung ausgebildet ist. um das Härten des Imprägniermittels und des Klebemittels für den Streifen zu vervollständigen.

An Stelle des Streifens oder Bandes kann ein fluides Klebemittel bzw. Klebstoff verwendet werden, das dem Bereich zugeführt wird, der zu verbinden ist. Der Zylinder wird oben auf diesen Bereich aufgebracht, und die Enden der Wanne bzw. des Bereichs werden mit Abschlußkappen o. dgl. verschlossen, um das fluide Medium darin bis zum Härten fest zu halten. Hierzu kann jedes der genannten Materialien für den Streifen bzw. das Band verwendet werden, und zwar in geschmolzenem Zustand, aufgelöst, in einem Lösungsmittel oder in flüssigem, nicht bzw. teilweise polymerisiertem Zustand, und das Material wird anschließend in feste Polymerisation gebracht

Wichtig für die Erfindung ist, daß zylindrische Filterelemente vorgesehen sind, die eine verbesserte Seitennahtdichtung aufweisen, die mit Abschlußkappen verbunden werden können, um eine lecksichere Dichtung zu bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Filterelement mit einem im wesentlichen zylindrischen Filterbogen mit über ein Bindemittel miteinander verbundenen Endteilen, die im Vergleich zu den ihnen gegenüberliegenden Flächen des Filterbogens kürzer ausgebildet sind, wobei das Bindemittel in dem Raum zwischen den Stirnkanten der Endteile und benachbarten Flächen des Filterbogens vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (3, 4) mit ihren Oberflächen aneinander anliegen.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterbogen (10) aus Rapier besteht

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (16) ein Kunstharz ist

4. Filterbogen nach einem der Ansprüche ! bis 3, dadurch ,gekennzeichnet daß Abschlußkappen (20, 21) mit de.-T Enden (22, 23) des Filterelementes (14) lecksicher verbunden sind.

5. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Abschlußkappen (20, 21) mit den Enden (22,23) des Filterelementes (14) durch ein Kunstharz verbunden sind, das das Filterbogenmaterial (10) imprägniert.

6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß der Filterbogen (10) wellenförmig gebogen ist

7. Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitennahtdichtung durch die jeweils ersten buden \* „-Ilen der betrefferden Endteile (3,4) ausgebildet ^;st.

8. Filterelement nach Ai pruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenmaterial (10) Papier enthält.

9. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abschlußkappen (20, 21) mit den Enden schmelzverklebt sind.

10. Filterelement nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterbogen (10) zwischen porösen Schutzschichten (11, 12) mit höherer Porosität als der Filterbogen (10) sandwichartig angeordnet ist.